新能源技術(shù)綜述

摘要:本文介紹了全球新能源的格局及我國新能源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了國內(nèi)新能源技術(shù)開發(fā)存在的問題。

關(guān)鍵字：新能源；發(fā)展格局；開發(fā)技術(shù)

前沿

能源是人類文明賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。然而，目前能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，不但帶來了生態(tài)環(huán)境問題，而且阻礙了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。在能源危機(jī)出現(xiàn)端倪時，人們試圖通過利用新能源來解決這一嚴(yán)峻問題，實現(xiàn)人類文明的延續(xù)。此時，新能源技術(shù)為人們擺脫危機(jī)帶來了新希望。

石油等傳統(tǒng)資源的逐步枯竭，已經(jīng)預(yù)示著以石油資源為代表的舊能源時代開始走下坡路。然而人類工業(yè)文明時代還在如火如荼地進(jìn)行著，對能源的需求越來越大；與此同時這些傳統(tǒng)能源儲量有限、不可再生等性質(zhì)使其在經(jīng)過長期開采以后已經(jīng)逐漸不能滿足社會發(fā)展對能源的需求；由于開采方式不合理，再加上一些地區(qū)能源利用率低，導(dǎo)致能源浪費(fèi)的同時還嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，使資源和自然環(huán)境的承受力達(dá)到了極限，人與自然的關(guān)系處在有史以來最為緊張的時期。面對這樣嚴(yán)峻的形式，世界各國就新能源的研究與開發(fā)開展了一系列的工作⑴。

能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源⑵。按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，能源可分為一次能源和二次能源、常規(guī)能源和新能源、不可再生能源和可再生能源，圖1清楚地描述了能源的種類劃分：

?1能源種類

新能源是相對時間而言的一個相對概念。新能源又稱非常規(guī)能源，它們是剛開始被開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源。包括了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產(chǎn)生的能量，還包括對常規(guī)能源進(jìn)行創(chuàng)新利用而產(chǎn)生的能源［3］。新能源技術(shù)包括核能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮堋淠芎惋L(fēng)能等開發(fā)技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展觀念的樹立，過去一直被視做垃圾的工業(yè)與生活有機(jī)廢棄物被重新認(rèn)識，作為一種能源資源化利用的物質(zhì)而受到深入的研究和開發(fā)利用，因此，廢棄物的資源化利用也可看作是新能源技術(shù)的一種形式⑷。本文主要綜述了幾種新能源的應(yīng)用技術(shù)。

1全球新能源技術(shù)發(fā)展格局⑸

煤炭等化石能源的消耗以及化石能源對環(huán)境污染的加劇促使世界各國高度重視以人類可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的新能源開發(fā)，在世界范圍內(nèi)新能源技術(shù)，特別是太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源技術(shù)發(fā)展十分迅速，已進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段。

1.1太陽能方面

太陽能發(fā)展的主要方向是熱利用和光伏發(fā)電。太陽能熱水器技術(shù)已經(jīng)完成商業(yè)化過程，2005年太陽能熱水器/供熱總?cè)萘窟_(dá)88GWth,覆蓋面積12500萬m2。太陽能熱發(fā)電技術(shù)還處于示范和接近工業(yè)化發(fā)展階段，2005年發(fā)電總?cè)萘績H為400MW。目前，并網(wǎng)太陽能光伏電池（PV）依然是世界上增長最快的技術(shù)。近10年來，太陽能電池/組件生產(chǎn)的年平均增長率達(dá)到33%。2005年世界光伏生產(chǎn)達(dá)到170萬kW，日本是光伏電池最大生產(chǎn)國，產(chǎn)量領(lǐng)先增長到83萬kW，其次是歐洲（47萬kW）、中國（20萬kW）和美國（15萬kW）。

光伏發(fā)電的主要市場是發(fā)達(dá)國家的并網(wǎng)發(fā)電和發(fā)展中國家偏遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立供電。世界上3個最主要的光伏應(yīng)用市場。2005年全球（88GW）安裝太陽電池組件1460MW，比前一年增長了34%。德國安裝837MW，比前一年增長了53%，占世界安裝量的57%；日本安裝292MW，比前一年增長了14%，占世界安裝量的20%；美國安裝102MW，占世界安裝量的7%；歐洲其它地區(qū)安裝88MW，占世界安裝量的6%；世界其它地區(qū)安裝146MW，占世界安裝量的10%。

1.2風(fēng)電方面

2006年世界風(fēng)電繼續(xù)蓬勃發(fā)展，截至年底全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量約達(dá)到7422萬kW，比上年新增1520萬kW，增長25.6%。歐洲是全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快，也是風(fēng)電裝機(jī)最多的地區(qū)。2006年底歐洲地區(qū)累計風(fēng)電裝機(jī)容量為4855萬kW，占世界風(fēng)電裝機(jī)65.4%；美洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1357萬kW，占世界風(fēng)電裝機(jī)的18.3%；亞太地區(qū)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量為1167萬kW，占世界的15.7%。非洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)為44.1萬kW，占世界0.6%。但從世界范圍看，小水電20年來整體進(jìn)程不盡人意［6］。

1.3生物質(zhì)能方面

生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本成熟，在全世界應(yīng)用廣泛,2005年底總?cè)萘窟_(dá)44GW。歐盟15國2000年全部電力的1.5%就來自于生物質(zhì)能，生物質(zhì)能的開發(fā)已經(jīng)作為其實現(xiàn)2010年22%可再生能源發(fā)電目標(biāo)的主要內(nèi)容。德國在利用厭氧發(fā)酵（沼氣工程）處理廢棄物發(fā)電技術(shù)方面走在了世界的前列，目前已建成1900個沼氣工程，2004年沼氣發(fā)電裝機(jī)27萬kW。生物質(zhì)能的另一項重要應(yīng)用是開發(fā)生物油，主要包括生產(chǎn)乙醇、甲醇和柴油燃料。生物質(zhì)燃料（乙醇和生物柴油）2005年生產(chǎn)量超過369億L，其中乙醇產(chǎn)量從305億L上升至330億L，增長率為8%；生物柴油產(chǎn)量達(dá)39億L，比上年增產(chǎn)18億L，增長率達(dá)85%。盡管歐盟的燃料乙醇生產(chǎn)還處于較低水平，但2005年產(chǎn)量增加70%，且歐盟又新增3個生產(chǎn)燃料乙醇的國家。

總體而言，得益于技術(shù)進(jìn)步及各國的激勵政策、措施，全球范圍內(nèi)新能源技術(shù)發(fā)展迅速，新能源發(fā)電容量2005年達(dá)182GW（不含大水電），比上年增長22GW。排名前6位的國家分別是中國、德國、美國、西班牙、印度和日本。全球化打破了地域界限，加快了能源利用的進(jìn)程。全球主要能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國積極地融入能源供需市場的全球化進(jìn)程中。在新的社會歷史背景下，任何國家、企業(yè)、組織都不可能作為“技術(shù)孤島”而生存，無法完全從內(nèi)部獲得所需要的所有技術(shù)，這迫使他們重新考慮能源技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。搶占新能源戰(zhàn)略制高點成為世界各國新一輪角斗的焦點，核心在于新能源技術(shù)，尤其是新能源技術(shù)創(chuàng)新能力。

2我國新能源技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀

2.1太陽能開發(fā)技術(shù)

目前，我國太陽能光電池的研究還處于低級階段，以產(chǎn)品開發(fā)為主，技術(shù)研究較差。在太陽能熱電技術(shù)方面，研究開發(fā)也進(jìn)展緩慢。1KW級的太陽能試驗熱電站已投入運(yùn)行，5KW級正在研究，太陽池?zé)岚l(fā)電技術(shù)才開始起步。太陽熱能直接利用技術(shù)發(fā)展較快，其中尤以太陽能熱水器為最快。全國現(xiàn)有生產(chǎn)廠家140-150家，年產(chǎn)量30-40萬米2。太陽能溫室、太陽能干燥器、太陽灶等產(chǎn)品已進(jìn)入實用階段。我國已建成60座太陽能試驗型和生產(chǎn)型干燥裝置，總面積達(dá)5687米2,太陽干燥器應(yīng)用10178米2,太陽灶10.8萬臺。建立太陽房18萬米2（628棟），在西藏及甘南，已形成使用太陽房的小氣候。這些方面的研究和應(yīng)用人員也較多,已初步形成了產(chǎn)業(yè)［7］。

2.2風(fēng)能開發(fā)技術(shù)

我國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電技術(shù)開發(fā)應(yīng)用發(fā)展比較快。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型已成系列，性能、結(jié)構(gòu)工藝、制造質(zhì)量和可靠性已接近國外先進(jìn)水平。國內(nèi)現(xiàn)有小型風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠近50家,年生產(chǎn)風(fēng)機(jī)約2.2萬臺，研究單位不下30多家，小型風(fēng)電技術(shù)已商品化，風(fēng)力發(fā)電已初步形成產(chǎn)業(yè)。全國現(xiàn)已安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)6萬多臺,總裝機(jī)容量達(dá)7兆瓦。我國在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計、制造和材料方面均落后于丹麥、荷蘭、英、美等國。我國千瓦級風(fēng)機(jī)在機(jī)型設(shè)計上已有多項成果性能達(dá)國際先進(jìn)水平，但制造工藝不及國外。千瓦級中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)還處于試用階段,100千瓦以上級大型機(jī)還是空白。風(fēng)力田發(fā)電才開始起步。

2.3生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)

我國沼氣技術(shù)（厭氧消化技術(shù)）研究水平較高，可與世界先進(jìn)水平相比。近年來，在大型沼氣池的供氣或發(fā)電及環(huán)境的綜合治理技術(shù)開發(fā)、廉價商品化組合式沼氣池研制與開發(fā)，沼氣發(fā)酵微生物和生物化學(xué)發(fā)酵工藝研究等方面，都取得了較好的研究成果。在沼氣技術(shù)的推廣應(yīng)用上，我國居世界領(lǐng)先地位。全國農(nóng)村有沼氣池500萬口，年產(chǎn)沼氣10億米3以上，受到國際上的重視。大中型沼氣工程已建成l000多處，且普遍采用高效型池型。20多年大規(guī)模的沼氣技術(shù)開發(fā)，培養(yǎng)了大量人才，形成沼氣技術(shù)開發(fā)的中堅。

2.4地?zé)崮荛_發(fā)技術(shù)

地?zé)崮荛_發(fā)包括地?zé)岚l(fā)電技術(shù)和地?zé)嶂苯永眉夹g(shù)，前者屬于高技術(shù)。地?zé)崮軐嵸|(zhì)上是一種以流體為載體的熱能，地?zé)崮馨l(fā)電與火力發(fā)電大同小異，所有一切可以把熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功再轉(zhuǎn)化為電能的最實用的方法只有通過熱力循環(huán)，用熱機(jī)來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。利用不同的工質(zhì)，或不同的熱力過程，可以組成各種不同的熱力循環(huán)。目前，使用較多的是雙工質(zhì)發(fā)電，較成熟的有兩種：有機(jī)朗肯循環(huán)和卡林那循環(huán)。

干熱巖（EGS）開發(fā)利用技術(shù)在中國已經(jīng)起步⑻。干熱巖（增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)）開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是：深部地?zé)豳Y源的圈定和儲量評價;干熱巖選址、調(diào)查的描述；降低成本和提高效率的技術(shù)（如數(shù)值模擬）。部分其他技術(shù)也同樣重要，例如深井開采、斷裂特征、高溫測井、液體成像、激發(fā)預(yù)測模型、示蹤試驗和數(shù)據(jù)解釋及層間封閉技術(shù)。未來的十熱巖開發(fā)與目前高溫水熱型地?zé)崽锞媾R鉆井技術(shù)這一難題［9］。

水熱型地?zé)崽锏幕毓嗍介_采是實現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用的必不可少的技術(shù)。但是，地?zé)峄毓喾浅?fù)雜，不但要考慮地?zé)崴倪\(yùn)移，還要考慮熱運(yùn)移。如果回灌過程中出現(xiàn)不成熟的熱突破，即回灌水很快回到開采井，就會極大地危及到地?zé)崽锏膲勖?0］。因此，地?zé)岽笠?guī)模的回灌前必須進(jìn)行地?zé)峄毓嘣囼?，確定熱儲的聯(lián)通性以及回灌井與開采井之間的水力聯(lián)系是非常必要的。同時，需要借助數(shù)值模擬的手段對不同生產(chǎn)和回灌情景下熱儲壓力的溫度變化進(jìn)行預(yù)測，指導(dǎo)地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。

中低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)在中國擁有悠久的歷史，積累了豐富的實踐經(jīng)驗［11-14］。20世紀(jì)70年代在地?zé)岚l(fā)電方面，我國主要開發(fā)了地?zé)嵴魵獍l(fā)電技術(shù)，已建成8座地?zé)犭娬?，總裝機(jī)容量14.586兆瓦，列世界第14位。在地壓地?zé)帷⒏蔁釒r體和巖漿型高溫地?zé)岬陌l(fā)電技術(shù)開發(fā)研究上,我國尚屬空白。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的地?zé)嶂苯永玫睦每偭肯喈?dāng)于74.3X104千瓦。其中工業(yè)用15.8X104千瓦，農(nóng)業(yè)用17.2X104千瓦，生活用41.3X104千瓦。

2.5核能開發(fā)技術(shù)

我國核工業(yè)已有近40年的歷史，現(xiàn)已形成比較完整的核科研和核工業(yè)體系。但在20世紀(jì)70年代才開始由純軍用轉(zhuǎn)入民用開發(fā)，致使核能開發(fā)的主體核電起步較晚，至今還未有一座建成的核電站投入使用。正在建設(shè)中的秦山核電站一期工程預(yù)計在1990年可并網(wǎng)發(fā)電，從而結(jié)束我國的核電空白。20世紀(jì)90年代我國將相繼建成一系列核電站,如秦山核電站二期工程,廣東大亞灣核電站等。在核能開發(fā)研究上，我們已能自行設(shè)計、制造和建設(shè)大、中型熱堆核電站，并建成了一批重要的研究試驗裝置。在核快堆發(fā)電技術(shù)方面，建了快堆另功率裝置及一些其它試驗裝置，還建立了專門研究所。在快堆物理、鈉回路方面作了許多研究，取得了一批科研成果。

2.6海洋能開發(fā)

我國潮汐能發(fā)電技術(shù)巳取得一定成就，相繼建成一批中小潮汐電站，總裝機(jī)容量已超過10000千瓦，列世界第3位。在燈泡式貫流機(jī)組研制、防腐防垢、沉箱施工筑堤和電站自動化運(yùn)行等方面積累了成功的經(jīng)驗，開始了小型全貫流式機(jī)組的研究，對單機(jī)容量為萬千瓦級的潮汐電站也進(jìn)行了論證研究。在波浪能發(fā)電方面，我國已研制出BD102型航標(biāo)燈用波力發(fā)電裝置,性能達(dá)20世紀(jì)80年代世界先進(jìn)水平，并已成批生產(chǎn)。裝機(jī)容量為8千瓦的珠江波力試驗電站即將建成，年內(nèi)試發(fā)電。潮流發(fā)電、溫差發(fā)電的研究尚處實驗室模擬階段。

3我國新能源技術(shù)開發(fā)利用中存在的主要問題

我國發(fā)展新能源大部分從引進(jìn)技術(shù)開始，逐步消化吸收，部分實現(xiàn)了自主化。目前，我國的新能源門類較齊全，但與國際先進(jìn)水平相比，技術(shù)及其應(yīng)用存在較大差距。主要存在的以下5個問題［15。］

3.1新能源技術(shù)的研究開發(fā)缺乏長期規(guī)劃和持續(xù)穩(wěn)定的支持。一方面，新能源技術(shù)的研究開發(fā)投入相對不足；另一方面，缺乏穩(wěn)定的研究開發(fā)支持。如，應(yīng)0世紀(jì)50年代起，我國就開始進(jìn)行煤制油技術(shù)的研究開發(fā)，經(jīng)歷了四上三下的過程。直到21世紀(jì)初，仍然沒有進(jìn)行工程化試驗。而美國聯(lián)邦政府對煤制油技術(shù)的研究開發(fā)和示范項目持續(xù)支持了30多年，至今還沒有規(guī)?；蜕虡I(yè)化發(fā)展。

3.2研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)脫離，基礎(chǔ)研究較多，轉(zhuǎn)化能力較弱，應(yīng)用滯后。我國新能源技術(shù)的研究開發(fā)以政府投入為主，大部分國家科技計劃項目由大學(xué)與科研院所承擔(dān)。由于大學(xué)和科研院所與企業(yè)分離，研究成果距離可應(yīng)用的程度較遠(yuǎn)，加上缺乏技術(shù)轉(zhuǎn)移機(jī)制，成果的產(chǎn)業(yè)化滯后。

3.3滿足于設(shè)備制造國產(chǎn)化，缺乏技術(shù)儲備，不掌握核心技術(shù)。如，在太陽能光伏電池和風(fēng)能設(shè)備制造領(lǐng)域，通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收，我國已經(jīng)基本實現(xiàn)了風(fēng)能設(shè)備和太陽能光伏電池制造國產(chǎn)化，但因沒有掌握核心技術(shù)，與國際先進(jìn)水平相比，國產(chǎn)設(shè)備和裝置的能源轉(zhuǎn)化效率較低。盡管目前我國的太陽能光伏電池及組建的加工規(guī)模居世界第三位，但不掌握硅材料的核心技術(shù)，加工光伏電池及其組件的設(shè)備主要靠進(jìn)口。由于國外控制硅材料的核心技術(shù)，引進(jìn)硅材料生產(chǎn)線，單位產(chǎn)品耗能高；光伏電池的效率普遍與國際先進(jìn)水平相差4%。

3.4研究開發(fā)投入不足，生產(chǎn)工藝較落后。在一些技術(shù)比較成熟的領(lǐng)域，已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，但研究開發(fā)基本停滯。如，太陽能熱水器技術(shù)成熟，但由于企業(yè)分散競爭，研究開發(fā)投入嚴(yán)重不足，技術(shù)進(jìn)步較慢，能源利用效率有待進(jìn)一步提高。

3.5缺少自主創(chuàng)新能力，雖然研究開發(fā)投入和專利不少，但是大都是外圍技術(shù)和非核心技術(shù)。因此，我們往往只能制造一些配套設(shè)備，核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備還要依靠進(jìn)口。

存在上述問題的主要原因，一是國家的新能源戰(zhàn)略目標(biāo)不明確，政策不穩(wěn)定，一些研究項目上馬又下馬。二是沒有形成完整的研究開發(fā)與示范、推廣相結(jié)合的體系。由于資源分割，基礎(chǔ)研究與成果轉(zhuǎn)化脫節(jié)，研究開發(fā)與試驗示范脫節(jié)，技術(shù)引進(jìn)與消化吸收脫節(jié)，已有的研究成果和專利沒能及時得到應(yīng)用；由于缺少中試資金，有些新產(chǎn)品沒有經(jīng)過嚴(yán)格的試驗考核就批量用于工程。三是缺少共性技術(shù)聯(lián)合研究與利益分享機(jī)制，導(dǎo)致一些具有共性的研究項目低水平分散重復(fù)，造成資源浪費(fèi)。

4結(jié)束語

通過綜述各種新能源技術(shù)的國際發(fā)展格局和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，我們很容易意識到目前大部分發(fā)達(dá)國家的新能源技術(shù)發(fā)展已經(jīng)領(lǐng)先一步，對新能源技術(shù)發(fā)展的支持力度非常大，而且掌握了一定的核心技術(shù)［1圍我國正處于工業(yè)化階段，對能源的需求在不斷增加，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)短時間內(nèi)得不到根本解決；新能源技術(shù)的發(fā)展才剛剛啟動，政策激勵機(jī)制也不夠完善。因此，我國政府首先要有明確的能源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃方向，不斷完善能源技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，增強(qiáng)技術(shù)自主創(chuàng)新能力，加強(qiáng)與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)合作，為新能源技術(shù)發(fā)展提供更多的平臺。

參考文獻(xiàn)

［1］郭文娟.新能源研發(fā)態(tài)勢及對我國能源戰(zhàn)略的影響［D］.北京：中國石油大學(xué)，2010.

⑵李傳統(tǒng).新能源與可再生能源技術(shù)［M］.東南大學(xué)出版社.2005.09.p:1-2.

［3］ 翟秀靜，劉奎仁，韓慶編著.新能源技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社.2005.06.p:1-2.

［4］ 呂重犁.中日“新能源