农林生物质资源热化学方法能源化利用调查

摘要：生物质能有很大的发展前景，其利用方式主要包括热化学转化方法和生物化学转化方法。生物质热化学转换技术包括直接燃烧、气化、热裂解和液化技术，除了能够直接提供热能外，还能以连续的工艺和工厂化的生产方式，将低品位的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且具有商业价值的固态、液态及气态燃料，以及热能、电能等能源产品。因此生物质热化学转换技术和产品具有极大的潜在市场，成为世界、特别是我国发展多元化清洁能源战略的重要组成部分。
关键词：生物质能 热化学转化利用技术  燃烧  气化  液化  热解
 
        生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。中投顾问发布的《2016-2020年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告》指出，全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%，极具开发潜力。我国生物质能资源广泛，根据《生物质能发展“十二五”规划》的统计，我国可利用生物质资源量折合标准煤约4.6亿吨，其中已利用资源量折合标准煤2200万吨，剩余可利用资源量折合标准煤4.38亿吨。

一、燃烧

        生物质在空气中燃烧是人类利用生物质能历史最悠久的、应用范围最广的一种基本能量转化利用方式，包括炉灶燃烧和锅炉燃烧技术。传统的炉灶转化效率不到10%，即使是优化的省柴灶也不过0%~25%。炉灶燃烧能量利用水平低，卫生条件差，但是在我国经济欠发达的农村特别是中西部地区仍是主要的生活用能方式。
        炊事方式对能源的最原始的利用方式，目前主要应用于农村地区。通过改进农村现有的炊事炉灶，燃烧效率不仅可以从原来的10%~5%，提高到现在的25%左右，而且有助于减少室内空气污染，改善农村生活环境，截止到2004年底，我国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶1.89亿户，极大缓解了农村能源短缺的紧张局面，此外，生物质燃烧所产生的能源还可应用于工业过程，区域供热，发电机及热电联产的区域，利用农作物秸秆作为生产用燃料，进行生物质发电或热电联产是近年来的新技术，它有效提高了生物质能源的转换效率，解决了几个浪费污染的问题。据我国有关部门统计，2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量为7亿吨。秸秆品种以水稻，小麦，玉米等为主，其中稻草约2.11亿吨，麦秸约1.54亿吨，玉米秸约2800万吨，薯类秸秆约2300万吨，2010年秸秆综合利用率达到70.6%，利用量约5亿吨，其中作为饲料使用量约2.18亿吨，占31.9%；作为肥料使用量约1.07亿吨（不含根茬还田，根茬还田量约1.58亿吨），占15.6%；作为种植食用菌基料量约0.18亿吨，占2.6%；作为人造板，造纸等工业原料量约0.18亿吨，占2.6%；作为燃料使用量（含农户传统炊事取暖，秸秆新型能源化利用），约1.22亿吨，占17.8%，秸秆综合利用的明显成效。在这个统计中，生物质作为能源利用只有1.22亿吨，只占秸秆可收集资源量的17.8%，作为能源利用的数量很少，而且今后还会减少。
        锅炉燃烧技术是更高效率的直接利用技术，以生物质为燃料锅炉主要也是用来大规模集中发电、供热和采暖，在经济发达的欧美国家和巴西应用较多，例如奥地利Arbesthal集中供热系统，美国宾夕法尼亚州Viking木材发电厂，都是世界上成功运行的先例。15~715MW规模不等的流化床锅炉已商业化运行20a，美国就有100多座。瑞典、丹麦、德国等国家在流化床燃用生物质燃料技术方面具有较高的水平。
        生物质能燃烧的净生物能转化效率为20%~40%，负荷达100MW以上或采用与煤共混燃烧技术时可以得到更高的转化效率。大型燃煤电厂将生物质与矿物燃料联合燃烧已成为新的概念，如将木材及其废弃物、农业废弃物和城市生活垃圾燃烧发电或直接供热，目前燃烧功率可达到50MW。美国这方面比较领先，相关的发电装机容量已达750万kW。我国也已经开始混燃发电的相关尝试，但是碱金属结渣是生物质锅炉燃烧转化技术中最棘手的难题，还有待于理论上的突破与解决。
        生物质直接燃烧发电技术投资较高，大规模使用时效率也较高，但要求生物质集中，达到一定的资源供给量，降低投资和运行成本是其未来发展方向。由于生物质结构蓬松，堆积密度大，不容易储存和运输。经过机械加压将粉碎后的生物质挤压成致密的条形或颗粒形的成型燃料的工艺称为致密成型技术。经过这样的固化处理后，生物质的品位提升，强度增加，储运更加便捷。固化技术的耗能是该技术推广应用的关键。
        目前我国在生物质燃烧发电方面技术发展相对落后，大量薪材和作物秸秆长期仅仅作为农村生活用能资源使用，利用率极低，燃烧还产生烟尘、NOx和SO2等污染物。为了开发和利用生物质能，龙基电力公司于2004年从丹麦引进世界先进的生物质直燃发电技术。截至2007年底，我国共有10家生物发电厂陆续建成投产并网发电。
        与走在生物质能发电前列的国家相比，中国的生物质发电扶持政策远远落后。投资成本巨大、产业门槛过高使生物质能发电发展并不顺利。总体来看，生物质发电产业在我国目前还处于起步阶段，产业基础薄弱，自身经济效益不高，与常规大型燃煤发电厂相比缺乏市场竞争力。国产生物质发电锅炉的制造尚处于试验示范阶段，还没有摆脱对国外技术或进口设备的依赖，对生物质直燃发电厂的运行经验也十分缺乏。

二、气化

        经过十几年的研究试验，示范，生物质气化技术已基本成熟，气体设备已有系列产品，产气量200-1000立方米/小时，气化效率达70%以上。2003年，我国生物质气化集中供气系统供气站525处，年产生物质燃气1.82亿立方米。截止到2010年底，中国共建成秸秆热解气化集中供气站900处，运行数量为600处，平均每个正在运行的气化站平均供气约350户。我国现有生物质气化发电站20余座，与以前规模较小，仅以稻壳为原料的固定床气化炉气化发电相比，现在已有数处使用流化床气化炉，可以用稻壳，锯末乃至粉碎的秸秆为原料进行气化发电。已研制的中小型生物质气化发电设备功率由一千瓦提高到两千千瓦。气化炉气化效率一般可达60%到80%，建成生物质气化站，对居民进行集中供气。举例：临沂市郯城县，李庄镇诸葛店村，也搞气化集中供气站，2009年建成，设计工期规模为500户，总投资1.87元，气化站实际共计为300户，运行负荷率为60%，该站采用下吸式气化炉进行空气气化，主要原料为玉米芯，燃气净化后储存到储气柜，由铺设地下管网送到用户。

三、液化（关于液化和方法，目前还在研究中，并没有大规模被应用，所以无法调查能源利用情况，只做了以下调查）

（一）直接液化技术

        直接液化技术分为两种：一种是高压液化技术，包括催化液化和超临界液化。欧美等国正积极开展这方面的研究工作，包括超临界水液化纤维生物质、超临界水和超临界甲醇液化木质素生物质等技术。我国还没有见到相关的研究成果。另一种液化技术是在常压下进行的生物质快速(闪速)热裂解技术。
        目前许多国家都先后开展了这方面的研究工作，开发了很多不同的热裂解工艺，快速热裂解的反应器主要分为如下几类：(1)机械接触式反应器。典型的有英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、美国国家可再生能源实验室(NREL)提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥反应器等；(2)间接式反应器。如美国Washington大学的热辐射反应器；(3)混合式反应器。如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和美国乔治亚理工学院(GIT)开发的携带床反应器等。相比于前两种类型，国外已开发并且试图规模化的生物质热裂解液化反应装置侧重于第三类，尤其是应用流化床技术的生物质热裂解反应器。
        Ensyn公司最早建立了商业规模的快速热裂解装置，当前最大生产能力可达到75t/d生物质的消耗量。加拿大达茂科技公司利用鼓泡流化床生物质反应器于1997年成立了可日产半吨生物油的示范厂。2006年在加拿大安大略省西洛恩镇建成日耗100t生物质的快速热裂解装置。BTG公司基于荷兰Twente大学的旋转锥反应器技术，2005年在马来西亚建成一座50t/d的生物油厂。
       由于传统的热解技术不适合湿生物质的热转化，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术Hydro Thermal Upgrading(HTU)。该技术将湿木片或生物质溶于水中，经高压软化并液化后进行经脱羧基作用，移去氧，从而产生生物油。荷兰Shell公司试验表明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。
       近几年来，我国陆续开展生物质热解液化的研究。沈阳农业大学最早从荷兰BTG引进一套50kg/h旋转锥闪速热裂解装置并进行了相关的试验研究。浙江大学建立了流化床快速热裂解试验中试装置、。中国科学院广州能源所发明了自热式循环流化床生物质热解油化装置(专利号ZL01242632.6)，并进行热解液化热态小试及中试。中国科技大学则提出低成本无污染的生物质液化工艺及装置(专利号ZL01134142.4)。山东理工大学开发出离心分离陶瓷球加热下降管热裂解液化工业示范装置，达到200kg/h加工能力；东北林业大学开发了高速旋转锥液化装置；上海理工大学建立了小型旋转锥热解装置。目前这些工作尚处于起步阶段。

（二）间接液化技术

       间接液化技术是先通过气化得到以CO、CH4和H2为主的生物质合成气，然后将合成气经过催化重整调配碳氢比，再利用催化工艺合成甲醇、二甲醚和烷烃(柴油)等的过程。间接液化得到的是与传统化石燃烧类似的碳氢燃料，能够直接用作动力和交通燃料，具有较高的性能。但是间接液化工艺复杂，最后一步的催化合成对合成气比例、洁净程度要求非常高，目前生物质合成气制备技术还不成熟。
       生物质间接液化的第一步是制取合成气，这种以生产合成气为目标的气化过程称为生物质定向气化，其目的是使木质纤维素尽可能多地转化为富含H2、CO和CO2的混合气体，以减轻后续重整变换的难度，不以合成气热值为追求目标。以下措施有助于实现生物质的定向气化：提高气化反应温度；采用纯氧和水蒸气复合作为气化剂；延长反应物在气化炉内的滞留时间；提高气化反应的运行压力。高效、清洁的生物质定向气化技术是生物质利用中重要的上游技术，生物质定向气化的关键技术在于选择性的提高，高活性和高选择性催化剂及反应器的开发等。

四、热解（同液化情况一般）

        热解原理：按温度、升温速率、固体停留时间(反应时间)和颗粒大小等实验条件可将热解分为 炭化(慢热解)、快速热解和气化。由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。所以，化学反应、传热传质以及相变现象都起重要作用。关键问题是使生物质颗粒只在极短时间内处于较低温度(此种低温利于生成焦炭)，然后一直处于热解过程最优温度。要达到此目的一种方法是使用小生物质颗粒(应用于流化床反应器中)，另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面 接触达到快速传热(这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中)。由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间有利于碳的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利。
        生物质热裂解产物主要有生物油、不可冷凝气体及木炭组成。生物油主要用在燃烧供热、电力生产、燃料油及化学品的生产。尽管生物油的热值仅为化石燃料油的一半左右，而且大量的水分含量使其应用难度增加，但液体产品应用在燃烧方面的优点是易于处理、运输和储存，也有利于现有燃油装置的利用。生物油应用于燃烧的主要问题是生物质油的粘度大，易变质。生产液体产品的优点是这种液体产品的生产可以与电力生产相分开，因此用热解装置建立调峰电站是可行的，或将液体产品直接送到中心电站发电。生物油中含有许多化工原料和产品，热解的液体产品已经确认的物质有数百种，因此人们回收其中的化合物或同系化合物的兴趣大增，某些特定的化合物即使回收量很少，其潜在的价值也比回收油的价值高很多。总之，生物油作为燃料在锅炉、汽轮机、柴油机上的应用实验比较成功，其精炼提纯、提取化学物质的研究上尚不成熟，不具有经济可行性。
         达茂能源系统公司在2002年开始先后在加拿大(West Lorne和Guelph)建设了2座生物质原油生产示范厂，生物质热解日处理能力分别为100t和200t，原料以木材加工尾料为主，其中100t／d的装置已于2005年试车成功，所得生物油主要用于燃烧发电，部分用于精制研究。200t／d装置也已于2008年建设完成，但由于产品没有经济性很好的用途，生产负荷不高。该公司曾在中国推广其热解技术，但困扰于产品的市场应用问题，进展较为缓慢。
        在国内，2006年中国科学技术大学生物质洁净能源实验室朱锡锋教授团队研制成功了自热式流化床热解液化装置，每小时可处理100余公斤生物质原料。
        该装置在实验室采用多种生物质原料进行了热解试验，其中使用木材为原料时，生物质原油总收率最高可达70％。2007年该技术在安徽某生物能源有限公司进行放大试验，装置加工能力提升至800～1000kg／h。该项目的实施标志着我国的快速热解技术获得了较大的突破，因而引起了当时国家层面的高度关注。
       中科院过程工程研究所依托多年煤拔头工艺技术研究基础，于2007年开发建设了处理能力为50kg／h的放大试验装置。该装置采用下行式循环流化床技术，生物质热解的直接加热载体为砂粒。
        装置尺寸较传统流化床小，因而相同处理能力时投资略省。缺点是，如何克服或减少砂粒在高温情况下高速循环对设备造成的摩擦损耗。
        华中科技大学煤燃烧国家重点实验室2007年完成了生物质热解液化小试装置研发，生物质处理量为2kg／h。在进行处理量百公斤级放大实验装置设计的过程中，采用了与上述2家研发单位不同的理念，即设计撬装式移动液化装置，尽量克服因生物质原料收集困难造成的推广不便。但后续进展未见报道，也没有推广的装置在运转。
         广州迪森集团公司采用自行研发的快速携带床与多室流化床技术结合的反应技术，于2006年开始设计建设3000t／a的中试装置，2008年成功进行了不同生物质原料的热解液化测试与装置运行。测试结果显示，生物质原油收率依原料不同而异，农作物秸秆为55％，木材最高可达70％，与世界先进水平相当。该装置的创新点在于使用热解产生的可燃气通过内燃机发电，用于装置的部分电力供应，从而提高了装置的能效。该公司还成功解决了生物油燃烧器技术，实现了利用生物油在锅炉和窑炉上的燃烧测试。公司于2014年建成了1万t／a生物质原油的生产示范装置，所生产的生物质原油主要用于工业锅炉燃料油替代。
        厦门大学、浙江大学、山东科技大学、中科院广州能源研究所、上海交通大学、华东理工大学等也开展过生物质快速热解液化的研究。
        总体看来，经过近20年的努力，生物质快速热解液化技术在世界范围内已经较为成熟，具备了工业化推广的技术条件。尽管不同的热解工艺与装置还存在一些问题，如机械磨损、密封等，但并不妨碍该技术的推广应用。
        目前存在问题及建议：液体生物油具有易存储、易运输和能提供某些有价值的化工原料等诸多优点。但涉及到产品、技术和应用诸方面，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高 10%~100%；生物油同传统燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；广大用户不熟悉这种产品；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，阻碍其广泛应用。因此，需要做大量工作对生物油分类及制定标准，并寻求更广泛的应用。 由于上述问题，所以对快速热解研究还需要做如下工作：建造更大的生产装置，降低生物油成本；提高产物品质，包括为生产者和用户制定规范和标准；生物油的储存。
        总结：生物质的热化学转化技术的研究，可以缓解当下紧张的能源危机，改善生物质资源，分散原料，不易运输和储存，原料组分复杂和热值低等特点，并且可以实现环境与经济上的双赢。我国的生物质资源非常广泛，但都是属于实验室研究阶段，工业化程度不高，实现生物质热化学转化的自动化和工业化是今后的研究发展方向，在研究过程中仍存在一些问题需要解决，国家在政策上应当给予积极的响应，加快出台具体可操作的扶持政策，使生物质能源有更加广阔的发展空间。
 

参考文献：

[1] 程备久 《生物质能学》
[2] 董常青 《生物质热化学转化技术》
[3] 蒋正武 《生物质燃料的燃烧过程及其焚烧灰特性研究》
[4] 李 坚 《木材科学》
        

 

生物质能

 
摘要：中国生物质资源储量及其估算：我国作为世界农业大国，农作物种类很多，数量也很大。
关键词：生物质能转化技术 酶技术 沼气技术 乙醇技术

一、我国生物质资源开发利用状况分析

（一）我国生物质资源种类众多，储量巨大

        全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%,极具开发潜力。与化石燃料相比，生物质资源种类众多、数量巨大、分布广泛。其主要有:木柴燃料、农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、城市废物等。其中，农作物废弃物主要有秸秆(稻草、麦秸、棉花秸等)、杂草、稻壳、花生壳等。能源作物指专门作为能源的作物，目前用于油料作物种植的树种有:麻风树、油桐、乌桕、漆树、核桃、油茶、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等。
        我国生物质能资源广泛，我国可利用生物质资源量折合标准煤约4.6亿吨，其中已利用资源量折合标准煤2200万吨，剩余可利用资源量折合标准煤4.38亿吨。
        以农作物秸秆为例，包括玉米、水稻、小麦、棉花、油料作物秸秆在内的农作物秸秆可收集资源量每年约6.9亿吨。目前，作为肥料、饲料、食用菌基料以及造纸等用途共计每年约3.5亿吨，可供能源化利用的秸秆资源量每年约3.4亿吨。另外，稻谷壳、甘蔗渣等农产品加工剩余物每年约1.2亿吨，可供能源化利用的每年约6000万吨。目前来看,秸秆资源化、商品化程度低，相关企业规模小,综合利用产业化发展缓慢，秸秆综合利用潜力巨大。林业剩余物和能源植物方面，全国现有林地面积3.04亿公顷，可供能源化利用的主要是薪炭林、林业“三剩物”、木材加工剩余物等，每年约3.5亿吨。适合人工种植的能源作物(植物)有30多种，包括油棕、小桐子、光皮树、文冠果、黄连木、乌桕、甜高粱等，资源潜力可满足年产5000万吨生物液体燃料的原料需求。
        此外，全国约有6000万公顷的边际性土地，包括宜农后备地、冬闲田、后备林地、油料林地等，在“不与民争粮、不与粮争地”的基本原则下，可以探索开发利用边际土地资源用来种植,能源农作物和能源林木。

（二）我国生物质能资源种类繁多、应用技术种类多，但是各种技术发展不均衡

        目前，少数生物质能利用技术已经比较成熟，具有一定的经济竞争力，初步实现了商业化、规模化应用，如沼气技术;一批生物质能利用技术已进入商业化早期发展阶段，目前需要通过补贴等经济激励政策促进发展，如生物质发电、生物质固体成型燃料、以非粮作物为原料的生物液体燃料等;还有许多新兴生物质能利用技术正处于研发示范阶段，渴望在未来二十年内逐步实现工业化、商业化应用，主要是以纤维素为原料的生物燃料乙醇，以油料植物为原料的生物柴油等。

（三）生物质能产业化程度低导致我国生物质资源浪费严重

        长期以来，由于种植经营分散、农机化滞后、秸秆处置成本高等原因，我国秸秆等农业废弃物的焚烧现象一直没有得到很好的解决。农业废弃物一烧了之，不但是生物质资源的极大浪费，而且加剧了秋冬时节北方地区的雾霾天气，还会降低土壤肥力、破坏耕地墒情、破坏农田生物群落等一系列后果。将生物质高效地转化为生物燃料是实现资源有效利用、优化能源结构、减少大气污染的有效途径。
        我国能源结构矛盾更为突出、节能减排压力空前，与其他清洁能源相比，我国生物质能产业发展最为滞后，未来将成为我国清洁能源的发展重点。

二、简介生物质与生物质能

        生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomassenergy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。

（一）生物质能的特点：

1．可再生性：
        生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可 保证能源的永续利用；
2．低污染性
        生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3．广泛分布性
        缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4．总量十分丰富
        生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
5．广泛应用性
        生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。

（二）生物质的分类：

        依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体 废物和畜禽粪便等五大类。

三、生物转换技术的分类：

        生物质生物转换技术主要分为酶技术乙醇技术和沼气技术等。

（一）酶技术制取乙醇或甲醇

        各种绿色植物(如玉米芯、水果、甜菜、甜高粱、秸秆、稻草、木片、草类及许多富含纤维素的原料)都可用作提取乙醇的原料。乙醇又称酒精，人们通常将用作燃料的乙醇称为“绿色石油”。生产乙醇的方法很多，主要有：1.利用含糖的原料直接发酵；2.间接的利用碳水化合物或淀粉进行发酵；3.将木材等纤维素原料通过酸水解或酶水解制乙醇

（二）乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

        目前的工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。
美国能源部预计纤维素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破，而欧洲的一些研究机构则认为大约在2015－        2020年，此外还有一些研究机构认为则有可能在2025年之后纤维素燃料乙醇才能进入规模生产和市场应用阶段。除了燃料乙醇外，一些企业还选择研发生物质气化生产生物柴油、费托合成柴油和生物质液化生产生物柴油等技术的关键问题，为未来规模应用储备技术，为抢占未来市场打基础。
        美国业界普遍认为目前生产纤维素乙醇的成本在3-4美元/加仑之间，即0.8-1美元/升。在纤维素燃料乙醇实现商业化生产之后，预计其生产成本在0.53美元/升左右，稍低于目前的玉米乙醇价格。如果玉米等粮食作物的价格继续上涨，纤维素乙醇实现量产之后的价格极具竞争力。但生产纤维素乙醇的前期投资较大，根据美国一些研究机构的测算，生产规模相同的条件下，纤维素燃料乙醇需要的投资是玉米燃料乙醇的7-8倍。
        中国在纤维素酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，目前各单位中试研究的每吨纤维素乙醇的原料消耗都在6吨以上，生产成本估算都在5000-6500元/吨乙醇以上，还不适合于工业化生产。理性估算，中国的纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3-4年以上研究。河南天冠、安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范走在全国前列。
        近两年来，各大能源消费国竞先寻求替代石油的新能源。美国和欧洲不约而同地都选择生物燃料乙醇作为主要的替代运输燃料，并制订了雄心勃勃的开发计划。2007年1月，美国总统布什在《国情咨文》中宣称，美国计划在今后10年中将其国内的汽油消费量减少20%，其中15%通过使用替代燃料实现，计划到2017年燃料乙醇的年使用量达到1325亿升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。研究进展-----日本成功开发出一项新技术，可低成本、高产量地利用稻草生产生物乙醇。
        在通常情况下，稻草中的淀粉很难溶解于水，所以，现有技术主要是利用稻草中的纤维素来生产乙醇，淀粉没有得到有效利用。技术人员在稻草原料中增添了一种特殊的碱溶液，并确认淀粉在碱溶液中能充分溶解。然后，再将溶解后的淀粉采用与纤维素不同的生产工艺，使淀粉转化成糖。
        日本实验生产设备已经能够用1吨干稻草生产出315升乙醇，与利用原有技术与设备生产相比，产量增加了24%以上，成本也已下降到每升70.7日元（约合0.7美元）。
        生物乙醇已成为美国、巴西等国重要的清洁燃料，但目前生物乙醇基本上用玉米等粮食作物生产，常常会与粮食安全产生矛盾，不具有可持续性。
        根据阿得雷德大学的研究，墨西哥沙漠植物龙舌兰有望成为生物燃料和其他生化产品的来源。澳大利亚研究理事会植物细胞壁卓越中心的研究者们发现，每公顷龙舌兰植物每年可以生产多达1.5万升的生物燃料，而且它还可生长在低降雨条件下的贫瘠土地。
         研究者们正在寻找乙醇生产的最佳栽培方法，例如利用种植密度和机械化来最大限度地提高产量并优化发酵。龙舌兰植物生产大量的糖，很容易发酵成生物乙醇。研究者们对乙醇产量进行了建模，每公顷植物预测每年可生产4000~15000升乙醇。

（三）沼气是生物质在严格厌氧条件下经发酵微生物作用而形成的气体燃料

        沼气是一种混合气体，其主要成分为甲烷50%~70%和二氧化碳30%~40%。可用于产生沼气的生物质非常广泛，包括各种秸秆，水生植物，人畜粪便，各种有机废水污泥的。沼气可直接使用或加二氧化碳除去得到甲烷纯度较高的产品。沼气发酵，沼气发酵的定义是：沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。
        沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等），经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。
        沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%~75%之间，而如使用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。
沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，同时也带来巨大的经济效益。
        我国沼气发电研发有20多年的历史，目前国内0.8-5000kw各级容量的沼气发电机组均已先后鉴定和投产，主要产品又已全部使用沼气的纯沼气发动机及部分使用沼气的双燃料沼气-柴油发动机。这些机组，各具特色，各有技术上的突破和新颖结构，已在我国部分农村、有机废水、垃圾填埋场的沼气工程上配套使用。近十几年由于农村家庭责任制，大、中型的工厂化畜牧场的建立及环境保护等原因，我国的沼气机、沼气发电机组已向两极发展。农村主要以3-10kw沼气机和沼气发电机组方向发展，而酒厂、糖厂、畜牧场、污水处理厂的大中型环保能源工程，主要以单机容量为50-200kw的沼气发电机组方向发展。
         如今，除西藏区以外，我国内地其他所有省市区均建设了大中型沼气发电项目，仅2009年，获得发改委批复的沼气发电CDM项目就有28个，其中大多数为垃圾填埋场的沼气发电项目，部分为养殖场发电及工业废料（酒精厂）发电项目。除这些较大的项目申请了CDM项目外，国内还有众多小型沼气发电工程。
       如今，国内很多废水厌氧处理的沼气，CH4含量在50-60%之间，如果选用合适的沼气发电机组，每方沼气可发电2.2-2.6度，而如今很多企业为节省投资，上容量小的机组，每方沼气只能发1.8度电。以17000M3/天，热值为25MJ/M3

四、结论与展望

       生物质能作为唯一一种可替代化石能源的可再生的含碳资源，在新能源开发中的地位越来越重要。由于煤、石油、天然气等化石燃料的不可再生性和使用过程中对环境的破坏，生物质能源将成为现代的主要能源之一，生物质的转化利用技术也将成为这一转变的关键。目前有关生物质转化利用的应用包括生物质气化发电、气化制氢、热裂解制氢、发酵法生产燃料乙醇、热裂解制生物油、固化成型制固态燃料、堆肥发酵制肥料、厌氧性消化生产沼气、生物质催化裂解生产生物燃料等，在许多领域都有广泛的应用。
         世界上每年生物质产量约1460亿t，仅农林废弃物及禽畜粪便资源量每年可达10亿t。根据联合国环境与发展大会(UNCED)的预计，到2050年，生物质能的转化利用将占全球能源消费的一半左右。生物质能有望贡献欧盟可再生能源目标的一半，到2020年生物能源在欧盟层面上，预计仍将是可再生能源的主要贡献者。因此，生物质的可持续发展是一个关键问题。利用生物质转化技术可将生物质资源进行再利用，这对于节约资源、保护和改善生态环境、促进区域经济和谐发展、缓解人类能源危机具有举足轻重的作用。由于生物质的种类不同，其适合的转化利用技术也不同，由于实用性和经济性无法完全统一，导致这些技术大部分都难以普及，但是随着国内外研究的不断深入，更多的生物质转化利用新技术及集成技术会不断涌现。

参考文献：

[1] 中投顾问发布的《201 6-2020年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告》
[2] 《生物质能发展“十二五”规划》
[3] 中投顾问发布的《2016-2020年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告》
[4] 《生物质生物转化技术》

 

新能源利用现状分析

摘要：本文主要分别从地热能，核聚变，海洋能，生物质能这几种典型的新能源着手分析，分析方向为新能源的概念，优缺点，我国和世界该种新能源的储量分布，我国与世界对该种能源的利用现状，还有对能源的利用形式和优秀的能源企业的介绍，我国及全球消费结构的分析，该能源的发展趋势，存在问题及对策。从这些方面分析意图了解新能源在经济，政治，地理方面的发展可能性，优越性，从而更好对其的利用现状展开分析。
关键词：新能源、地热能、核聚变、海洋能、生物质能

一．核聚变发展现状分析

        核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。
        定义：核聚变，即轻原子核结合成较重原子核时放出巨大能量，原理是利用质量亏损时。因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质，组成，结构与变化规律的科学，而核聚变是发生在原子核层面上的，所以核聚变不属于化学变化。
        核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。由爱因斯坦的质能方程（E=mc2）可知核聚变是能够产生大量能量的
        原料储量：核聚变的原料现用为氘和氚储量非常多，每1升海水中含30毫克氘，因此核聚变有着极大的原料储量。
        利用现状分析：人类已经实现了不受控制的核聚变即氢弹的利用，而可控制的核聚变尚不能被人类利用，现在可控的核聚变都是在实验室中进行，常见的方式有重力场约束.惯性约束.磁约束和激光约束。其中磁约束核聚变（托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等）是被认为是最有前途的
        发展趋势：由于核聚变的维持需要十分高的温度，所以一旦核聚变装置出现损坏，温度下降核聚变就会停止，所以核聚变在应用方面是十分安全的，其次氘核聚变的产物为氦本身没有危害，在环保方面是没有问题的，再者氘的储量十分丰富，因此核聚变能可长期利用，因此核聚变的利用前景广阔，有着极大的利用价值，发展前景广阔。
存在问题：核聚变在实际中还不能应用（氢弹除外），原因是核聚变所需的温度极高，世界上还没有任何一种物质能承受核聚变，而现在实验室中的核聚变技术尚不能大型、大量的使用。
        国家政策：聚变能源由于资源丰富和近无污染，成为人类社会未来的理想能源，是最有希望彻底解决能源问题的根 本出路之一，对于我国经济、社会的可持续发展具有重要的战略意义，是关系长远发展的基础前沿领域。
本专项总体目标是：在“十三五”期间，以未来建堆所涉及的国际前沿科学和技术目标为努力方向，加强国内与国际热核聚变实验堆（ITER）计划相关的聚变能源技术研究和创新，发展聚变能源开发和应用的关键技术，以参加ITER计划为契机，全面吸收消化关键技术；加快国内聚变发展，开展高水平的科学研究；以我为主开展中国聚变工程实验堆的详细工程设计，并结合以往的物理设计数据库在我国的“东方超环”（EAST）、“中国环流器2号改进型”（HL-2M）托卡马克装置上开展与中国聚变工程实验堆（CFETR）物理相关的验证性实验，为CFETR的建设奠定坚实科学基础。加大聚变技术在国民经济中的应用，大力提升我国聚变能发展研究的自主创新能力。建立国际一流的研发平台，初步构建聚变工业发展体系，培养并形成一支稳定的高水平聚变研发队伍，在2020年前后具备自主建造聚变工程堆的能力，适时启动高效安全聚变堆研究设施建设，加快聚变能走向实际应用进程，跨入世界聚变能研究开发先进行列。
        本专项重点围绕未来ITER、CFETR科学实验的目标，加强理论、数值模拟与实验的紧密结合，在EAST、HL-2A、J-TEXT上安排先行重要科学问题的相关实验，演练若干有我国特色的、能为ITER、CFETR提供重要实验数据的参考运行模式，为未来聚变堆的科学实验奠定基础。以EAST、HL-2A为核心装置，培养未来主持和参与ITER和CFETR科学实验的物理人才队伍。
        本专项围绕磁约束核聚变能发展研究进行全链条设计和一体化实施，项目执行周期不多于5年。按照分步实施、重点突出原则，2017年第二批启动10个方向，经费总概算约为6亿元。对于支持1-2项的指南方向，原则上只支持1项，如申报项目的评审结果前两位评价相近，且技术路线明显不同，可同时立项支持，并建立动态调整机制，结合过程管理开展中期评估，根据评估结果确定后续支持方式。所有项目均应整体申报，须覆盖相应指南方向的全部考核指标。申报指南中第1—8研究方向的项目下设课题数不超过6个，项目所含单位数不超过20家；申报指南中第9—10研究方向的项目下不设课题。
        想法：核聚变拥有着非常大的发展空间，人们能利用核聚变为我你们的生活提供能源。特别是核聚变反应的能量密度十分的高，反应不会产生有污染性的废料，所以是清洁能源的一大候选能源。但是由于利用技术的不成熟，我们仍要加大努力去进行研发，尽早研究出可以有效控制核聚变的方法，尽快将核聚变这一有效的能源利用到现实生活中。我们年轻人也要努力学习，未来能够参加到对这一能源的研究中，为尽快研究出可以控制这一能源的技术，来造福我们自身，为世界解决能源危机做出贡献。

二．生物质能发展现状分析：

        生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机物包括所有动植物，微生物，生物质则是太阳能一热化学形式储存在生物质中的能量形式。
        生物质能的优点：可再生性，低污染性，普遍性，丰富性，可再生性
成分：糖类，醛类等
缺点及生物质发展中存在问题：
1，受地域限制大
2，资金投入大
3，有害微量元素含量较高
4，生物质能量密度{堆积密度和热值}，PH值，粉尘融化温度比较高。生物质灰堆积密度比较高年
5，生物质燃料颗粒燃烧在燃烧器中正常燃烧产生二氧化硫，二氧化氮等污染物排放低于国际标准，但生物质颗粒燃料灰含量大，结渣严重，从而导致燃烧器无法使用
6，生物质燃料种类多，温度难以控制，导致结渣率很高难以下降。
7，颗粒饲料成型机生产中厂家未根据要求进行实质性的改革，使得维修周期短，成本消耗高。
8，产品发展不成熟，无序发展，设备无标准。没有衡量设备实际状况的技术检测和鉴定。个体户大部分缺乏现代企业管理意识，缺乏抗风险能力。
9，政策引导能力待加强，生物质成型燃料相关政策引导作用还未完全表现，补贴不成熟。
        经济现状：生物质的生物燃料和生物化学应用的缺点大于优势。但产生环境，社会效益，经济利润可以部分弥补由生物质组成和性质导致技术性缺陷和其他缺点。总的来说，很有潜力但技术不成熟。
        地位现状：对于生物质能源行业分析，中国生物质能仅次于煤炭，石油，天然气的世界第四大能源，地球每年经光合作用产生的物质1730亿T，其中所蕴含的能量相当于世界消耗总量的10到20倍，但目前利用率不到3％，世界能源消耗中，生物质能占总消耗的14％，其中在发展中国家占35％。
       资源现状：现货金世界每年由光合作用所形成的有机质约为2000亿T相当于3*10的二十一次方J，其中，粮食等农业种植物提供8％，相当于2.4*10的二十次方J能量，其中约52％为森林和草地生物所提供，约相当于1.56*10的二十一次方J能量。全世界每天生产的垃圾2700万T，每年的人畜粪便量超过几十亿T。据测定，城市垃圾热值与褐煤和油相近，大约2T垃圾相当于1T煤，相当于0.4T燃油，焚烧1KG垃圾得到热量约为城市煤气每立方米热量1/3左右.在《中国林木生物质能源资源潜力测算及变化趋势》一书中，首先根据核密度估价法测算了1993年，1998年，2003年，2008年和2013年中国林木生物质资源实物总蕴藏量可获得量和可利用量。具体来看，1993年中国林木生物质资源实物总蕴藏量为8.71亿T，1998年增加到9.81亿T，2003年略有下降为9.71亿T，2008年开始增长当年为11.34亿T，2013年达到12.09亿T，总体呈现一个较快增长趋势。林木生物资源可获得量，1993年为4.36亿T，1998年为4.92亿T，2003年为4.74亿T，2008年开始增长【当年为5.73亿T】，2013年达到5.68亿T.与前两者所不同的是林木生物资源可利用量一直处于上升状态，在2003年也保持了增长趋势，究其原因还是因为国家逐渐重视起了可持续发展。
        改进：对国外的技术进行引进，对燃烧器进行优化升级及排灰渣，缩减生物质粒半径
        储量分布和消费结构：全国近几年秸秆产量约6亿T/年，少量使用。《中国水利》维普 2004年人均占有量仅占世界百分之45，相当于七个大庆能源。
        新疆：2015年新疆生物资源总量2991.65万吨标准煤{标准能源表示方式}热值7000千卡/千克，其中秸秆资源优势地区主要是塔城地区，喀什地区，阿克苏地区，伊犁州直属县。伊犁直属县总量占全疆秸秆资源76.1％。喀什地区，昌吉回族自治区，阿克苏地区，伊利直属县占全疆禽畜资源总量71.91％，林果业废弃物资源优势地为喀什地区。阿克苏地区占其资源总量77.44％
        因生物质原料主要由树木和采伐加工剩余物等资源处理加工而成，因而生物质资源储量自然离不开森林的分布，我国共有森林15894.1万公顷，森林储蓄量112.7亿立方米，森林覆盖率为16.55％，中国现有原始森林已经不多了，他们主要集中在东北，西南天然林地区。森林资源据世界前列。中国每年生物质燃料产量可达500万T，但市场不够广阔只有每年接近300万T的需求量制约了生物质燃料的进一步发展。
        全世界：生物质能储量18000亿吨，相当于640亿万吨煤。世界中有很多森林覆盖率很高的城市，如瑞典，加拿大。他们因需要长时间供暖，使得对于生物质能使用更为广泛，相对来说生物质能燃料储量也就更大。而世界达到了每年生物质燃料5000余万T的生产，销量达到了3000万T左右，但还是主要集中在大西洋沿岸地区因为气候原因，自然环境使得他们生物质量大而且对于生物质燃料需求量大，大大促进了生物质生产的动力。
生物质能利用：
1，生物质气化燃料替代燃油改造，生物质把生物燃料分解为半燃烧，全燃烧
2，燃料电池，在BGFC/GT发电系统的基础上，利用生物质能装置可分为间接型燃料电池和直接性，直接型用一种氧化还原蛋白质作为电子由基质直接转移到电极的中间物，由甲醇脱氢酶和甲酸脱氢酶所催化的甲醇完全氧化作用用来产生电流。生物质燃料电池尚且处于实验阶段虽然可产生稳定电流，但工业化尚未成熟。
3，液化：将木质素，纤维素，淀粉转化为醇类。技术包括生物质水解发酵制燃料乙醇，生物质直接液化技术，生物质裂解液化技术。
发展生物质能的杰出公司：内蒙古金骄集团
        该公司生物质能产业链相较于国内的经营模式不同，表现出更好的生态工业特性和循环经济特性。该集团利用系统工程思想，采用多种生物质能原料，利用多种生物质能技术，生产多种生物质能产品，采用一体化经营模式发展生物质能产业。
外国推动生物质发展的过程：
1，进入21世纪以来，英美两国14位科学家联合《科学》杂志上撰文发出了“在还没有被冻僵在黑暗中之前，人类必须实现对不可再生碳基资源依赖向生物基资源转变”的呼吁。
2，根据《BP世界能源统计2011》全球石油储量储产比仅剩46.2，天然气58.6.长期以来，被大型能源企业集团垄断的资源攻击方式长期以来由于缺乏民族性而广受诟病，从来催发了分布式的能源，为能源具有分散性特点的生物质能发展提供了机遇。
3，以木叶为原料的生物质颗粒燃料在欧美等地快速发展，世界十大颗粒燃料生产国瑞典，加拿大，美国，德国，奥地利，芬兰，意大利，波兰，丹麦，俄罗斯。近年，颗粒燃料在瑞典快速发展，已成为欧洲颗粒燃烧最大的生产和消费国。
国外生物质能发展良好给我们的启示：
1，影响现阶段发展的主要原因是资源和市场，资源种类很重要，欧洲高森林覆盖率提供丰富原料资产。而长时间的区域供暖，提供了巨大市场。
2，成熟的工程化技术，他们在工程化阶段投入大量资金。
3，国家也重点发展这一块由比较完善的标准体系是产业健康发展的保障。美国甚至从机械化开始就有完善的标准，用市场和标准两把武器严格把握产品的质量和进程。
国外政策：《未来能源-可再生能源》白皮书，将可再生能源作为欧盟能源政策战略。
可再生能源法律框架建设
2001/77/EC促进可再生能源发展指令，反映了欧盟对减少化石燃料燃烧，发展可再生能源的决心。
促进生物燃料指令，2003年五月运输行业利用生物质燃料代替化石燃料。
中国政策支持：可再生能源电价附加项目：武威百川畅新能源有限公司武威市凉州区垃圾填埋气发电项目，乌鲁木齐西山垃圾填埋场填埋气发电工程。
《中华人民共和国可再生资源法》第十六条规定，国家鼓励清洁，高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展新能源作物。
《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》
        从现状来分析，我认为中国的生物质能还处于刚刚开始起步的萌芽阶段，虽然他生物质燃料的产量在世界范围内看起来十分可观。但相对于本国的能源消耗来说，这只是很少的一部分。而且由于生产中没有标准，使得生产机器损耗过快加大了成本，利益的降低减少了人们对于生物质能领域追寻的热情。生产技术不成熟，造成了很大的污染。国家政策引导不够准确，使得很多中小企业难以为继。中国本身为煤炭大国，对于生物质燃料的需求不大，，市场原因所致生物质能发展缓慢。但生物质能的确也在发展，随着可持续发展观念的普及使得生物质能逐渐被人们所知，在某些方面也推进了生物质能在中国的发展。

三．海洋能的发展现状分析：

       近年来，我国海洋能开发蓬勃发展，海洋能发电装置用海需求稳步增加，给我国海域管理工作带来了新的内容。如何有效规范海洋能开发用海的管理程序、解决当前海洋能项目用海审批程序复杂、海域使用金不统一等问题，建立完善海洋能开发用海政策体系，统一海洋能开发用海审批的技术方法和规范，是推动我国海洋能开发利用发展的重要环节。
        随着我国节能减排、应对气候变化战略的实施，海洋能作为清洁、可永续利用、储量丰富的可再生能源，越来越得到国家的重视。最新一轮的《可再生能源发展“十二五”规划》、《全国海洋功能区划》和《全国海岛保护规划》等国家层面的规划均对海洋能的发展和布局作出了重要部署，海洋能开发已经上升为国家战略。近年来，在中央资金的大力支持下，大批海洋能发电装置进人海上发电试验和工程示范阶段，海洋能开发的海上活动蓬勃发展起来。2010年以来，海洋能开发的相关科研活动已经 遍布在沿海各地，除广西地区外，其他沿海省份均有项目在开展；部分内陆地区也积极参与 海洋能发电装置研发或制造，比如哈尔滨、长 春、济南、成都、宜昌、广州等地区。海洋能项目用海少则几公顷，多则上百公顷，用海规模日益扩大。由于海洋能属于战略性新兴产业，在工程技术和海域使用方面具有别于传统海洋能产业的特点，在海域空间使用和海洋环境保护方面对管理工作提出了创新要求。因此，开展海洋能开发的用海管理研究具有重要意义。

（一）海洋能开发用海发展趋势

1、海洋能开发用海需求稳步释放
        2012年，国家发展和改革委员会发布《可 再生能源发展“十二五”规划》，在重点任务 中明确提出要促进海洋能技术进步，包括：“以提高海洋能开发利用技术水平为着力点， 建设海洋能利用示范工程，支持海洋能利用装 备产业体系建设，突破海洋能开发利用关键技 术瓶颈，逐步扩大海洋能利用规模。到2015 年，建成总量5万kW的各类海洋能电站，为更大规模的发展奠定基础［3］。”《全国海洋功能 区划》为我国管辖海域划定十种主要海洋功能区，其中包括海洋能利用区，《区划》指出，海洋能是可再生的清洁能源，开发不会造成环 境污染，也不占用大量的陆地，在海岛和某些 大陆海岸很有发展前景。我国海洋能资源蕴藏 量丰富，开发潜力大，应大力提倡和鼓励。《全国海岛保护规划》为我国无居民海岛划定 了不同的发展方向，其中包括可再生能源用 岛，明确规定要统筹安排和综合利用风能、太 阳能、海洋能等可再生能源建设可再生能源 岛，并在重点任务中划定了部分无居民海岛作 为可再生能源用岛的范畴。为实现《可再生能 源发展“十二五”规划》提出的到2015年建成总量5万kW的各类海洋能电站，我国海洋 能开发的用海面积将达到500~3 500 hm2 （参 考表1，波浪能按照0.006hm2/kW、潮流能按 照0. 007 hm2/kW、潮汐能按照0. 033 hmz/kW 计算）。
        我国海洋能资源可开发量巨大，为海洋 能开发用海提供了必要的支撑条件 根据有关文献的统计结果，我国近海潮汐能资源可开发量为1. 925 X 107 kW，全部开发 其用海面积将达到6. 352 5 X 105 hm2;潮流能 资源可开发量1.395 X 107 kW,全部开发其用 海面积将达到9. 765 X 101 hm2；波浪能资源可 开发量为1.285 X 107 kW,全部开发其用海面 积将达到7.71X104 hm2,合计用海面积将达 到8. 1 X 105 hm2,约占我国300万km2海域总 面积的0.27%［4］（计算方法同上）。
2、海洋能技术的日益进步，提高了海洋能 开发用海的紧迫性
        我国的潮汐能发电技术相对于其他海洋能 技术较成熟，但潮汐发电因需围坝蓄水，工程建设用海、水库蓄水以及防护用海等涉及海域 使用面积较大，未来发展将重点集中到少数潮 汐能资源丰富、库容面积大并不与其他行业用 海相冲突的少数海域，且一般集中在近海湾口， 比如山东的乳山口［5］、浙江的健跳港、浙江的 岳井洋、福建的八尺门、厦门的马銮湾等优良 站址。另外，国内外专家也提出了不局限于天然的湾口，利用垂直于海岸线的T型纵坝在坝 两侧形成较为可观的水头差进行发电的思路， 这是潮汐能开发的一种新思路。该方法占用海域面积相对拦坝式较小，可与现有的人工码头、防波堤等相结合，工程造价也会降低，但该方 法仅限于理论研究，未开展过实海验证［6］。
         我国潮流能技术相比潮汐能尚未完全成熟， 但近年来成为我国海洋能开发利用技术的热点 方向，在其技术研发与示范过程中，将优选潮 流能资源丰富的地区。我国潮流能资源最丰富 的地区集中在浙江舟山地区，在国务院将舟山 划为新区，且定义为海洋新区后，该地区在短 期内必将作为我国潮流能发展的重点区域。
        我国波浪能资源以福建、广东、海南和山 东等地区所辖海域比较丰富。波浪能属于连续 变化且无规律的海洋能，设备无论采取哪种方 式，都必须与海面打交道，所以更容易受恶劣 天气影响，设备稳定性方面要求最高，目前波 浪能发电技术还是以研究试验为主，即使开展 示范，也多靠阵列式布置取胜，因此用海方面， 近期将维持科研短期用海为主，示范用海集中 在少数海岛。
        我国温差发电以南海海域为主，因其技术 难度大、前期投人高等特点，温差发电也将维持以短期科研用海为主。但利用温差能制冷、供热或制淡等技术也在蓬勃发展。
        我国盐差能主要集中在几个江河人海口， 但该方面技术尚处于实验室原理验证阶段，短 期不涉及到用海需求。

（二）我国海洋能开发用海存在的问题

1、缺乏针对海洋能特点的用海规定
         可再生能源中的海上风电开发项目涉及用 海，早在2011年，国家能源局和国家海洋局就联合印发了《海上风电开发建设管理暂行办法》 和实施细则,对海上风电开发建设过程中涉 及的用海和海洋环评等工作做出了部署，明确 了用海管理和审批标准，但海洋能项目至今没 有出台用海方面的政策指导文件。目前我国海 洋能项目用海过程基本参照其他用海活动，按 照透水构筑物和非透水构筑物进行分类管理， 但对海洋能发电设备到底属于透水构筑物还是 非透水构筑物没有明确界定。
2、对海洋环境的影响缺乏深入研究
        由于规模化的海洋能开发项目在中国起步 较晚，此类项目对海洋环境、生态和资源影响的实证研究尚不深人，特别是磁辐射和噪声对 海洋生态系统的影响研究很少。目前的研究结 果表明，单个项目对环境生态的影响也许是可 接受的，但随着海洋能开发项目的陆续建成， 将造成沿海地区多个项目的集中布置，由此产 生的累积效应目前尚无法评估。此外，海洋能 开发项目与其他海洋资源开发项目对海洋生态 环境的协同和累加效应也缺乏深入研究。
缺乏技术方法和规范
         海域使用的相关技术方法和规范很大程度 是落实用海管理规定的体现，也是明确海域使用审批程序和征收海域使用金的具体操作依据 目前没有明确的海洋能用海技术方法和规范，导致海洋能项目在海籍管理、面积测量等方面 缺乏可操作性的指导，论证、环评的重点无法 明确。
3、海域使用审批程序复杂、周期长
         海洋能发电项目的总体设计、装置设计等 工作必须在落实具体实施海域，并完成海洋能资源和自然环境调查、工程勘测的基础上开展， 因此，确定具体实施海域是实施海洋能项目的前置条件。海洋能项目目前在立项过程中都按 照科研类项目确定，但在实施过程中涉及的海域使用问题，往往按照工程建设类项目进行海 域使用论证，导致论证过程很长，审批程序复杂，大幅度加长了海洋能项目的实施周期。
4、海域使用金征收缺乏合理的收费标准
        目前对海洋能项目的海域使用金标准不统 一，缺乏明确的减免政策。海洋能项目的海域使用金征收按照透水构筑物和非透水构筑物进 行征收，一般非透水构筑物的海域使用金是透水构筑物的10倍以上。对同一海洋能设备，在 不同地区，征收海域使用金的参照标准不同， 如按照非透水构筑物征收，海洋能项目的整体 造价将上升很多。同样是国家经费资助的海洋 能项目，有一大部分经费通过海域使用金的方 式返还到国库中，无疑不利于海洋能的发展。

（三）规范海洋能开发用海的对策建议

1、落实海洋强国发展战略，积极鼓励海洋 能开发用海
        随着经济发展和常规能源的日益消耗，开发海洋已成为全民共识，特别是党的十八大提 出建设海洋强国的战略思想后，海洋开发已成 为国家重要的战略支撑点和经济增长点。海洋 能是我国能源的储备能源，鼓励海洋能开发，并推向实海况试验和示范，最终推动海洋能行 业健康快速发展，将对促进我国经济结构转型、改善能源供应模式，以及节能减排具有重要意 义，也必将成为建设海洋强国的重要一面。
2、以海洋能资源丰富地区为试点，逐步研 究制定海洋能开发用海政策
       我国海域使用功能区划已经明确界定了十 大功能区，并预留了海洋能利用区，鉴于目前海洋能开发尚处于初级阶段，建议定义为科研 性质非经营性公益事业用海。近期发展过程中，我国海洋能开发用海必将优先考虑在海洋能资 源丰富的地区开展试验和示范，待技术成熟后再逐步向资源储量稍微差一点的海区推广，因 此建议以我国海洋能资源丰富的地区为海洋能开发用海试点区，开展海洋能开发用海政策研 究与示范，建立适应我国海洋能发展的用海政策体系并逐步完善。
3、简化海域使用审批流程
        按照我国海域使用的管理程序，科研类项 目在申请海域使用时相对工程建设类项目要简化很多，而目前我国的海洋能开发利用项目都 属于科研类项目，涉及的工程类项目也是示范性质，尚未达到建设工程的程度，因此建议按 照国家批复海洋能项目的渠道和性质，明确区分海洋能科研类项目和建设工程类项目在海域 使用审批过程中的具体流程，对现阶段实施的海洋能科研项目按照科研用海的海域使用审批 流程进行审查。简化海洋能示范类项目海域使用审批流程，缩短海域使用审批周期。
4、完善相关技术方法和规范
        相关用海政策的同 时，逐步建立健全海洋能项目用海的相关技术方法和规范，并充分结合海洋能项目发展阶段 的不同特点，对研究试验项目、示范项目分别进行指导，同时应明确海洋能发电系统主体设 备、配套设备、电缆等在用海方面的不同要求。5.5逐步建立完善海洋能公共服务体系，对 海洋能项目用海实施动态监管，并为海洋能装备提供预警服务我国近海海域属于海洋灾害频发区，而海 洋能发电装备偏向于大型化，且需长期在海上运行，特别是漂浮式海洋能装备，主动避灾能 力较弱，经常会因为灾害天气的到来，导致锚链断裂，装置随流飘走，造成无法挽回的经济 损失。因此建议建立完善海洋能公共服务平台，并与我国近海全海域覆盖的海域动态监管系统 相链接，一方面为海洋能装置的实海况试验、检测提供有利条件，推动海洋能技术成熟；另 一方面，通过海域动态监管系统为海洋能装备提供预警服务。

四、地热能的现状分析：

        地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。
        地热能是确切的新能源，属于非常规能源，因为地热可源源不断地产生，永不枯竭，所以是可再生能源，可以说，只要地球存在就会有地热。国外地热发电站长期发电而不用继续添加能源，不像煤炭烧完了就没有了。
地热来源主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能，按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。

（一）地热能储储量分布

在我国：
        我国的地热资源很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。
在世界：
        地热能集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。世界地热资源主要分布于以下5个地热带：
1.环太平洋地热带
       世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界，即从美国的阿拉斯加、加利福尼亚到墨西哥、智利，从新西兰、印度尼西亚、菲律宾到中国沿海和日本。世界许多地热田都位于这个地热带，如美国的盖瑟斯地热田，墨西哥的普列托、新西兰的怀腊开、中国台湾的马槽和日本的松川、大岳等地热田。
（2）地中海、喜马拉雅地热带
         欧亚板块与非洲、印度板块的碰撞边界，从意大利直至中国的滇藏。如意大利的拉德瑞罗地热田和中国西藏的羊八井及云南的腾冲地热田均属这个地热带。
（3）大西洋中脊地热带
         大西洋板块的开裂部位，包括冰岛和亚速尔群岛的一些地热田。
（4）红海、亚丁湾、东非大裂谷地热带
        包括肯尼亚、乌干达、扎伊尔、埃塞俄比亚、吉布提等国的地热田。
（5）其他地热区
       除板块边界形成的地热带外，在板块内部靠近边界的部位，在一定的地质条件下也有高热流区，可以蕴藏一些中低温地热，如中亚、东欧地区的一些地热田和中国的胶东、辽东半岛及华北平原的地热田。

（二）地热能的利用现状

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下：

（1）200～400℃直接发电及综合利用；
（2）150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；
（3）100～150℃双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品；
（4）50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；
（5）20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工。
        许多国家为了提高地热利用率，而采用梯级开发和综合利用的办法，如热电联产联供，热电冷三联产，先供暖后养殖等。
地热发电
        地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。
（1）蒸汽型地热发电
        蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制（参考《资源》栏目有关文章）。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。
（2）热水型地热发电
热水型地热发电是地热发电的主要方式。
热水型地热电站有两种循环系统：
（a）闪蒸系统
        当高压热水从热水井中抽至地面，由于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注入地层。
（b）双循环系统
        地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注入地层。
地热能地热供暖。
        将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t80℃的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源， 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸浆加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。
地热能地热务农
        地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量 等。 将地热能直接用于农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。
地热能地热行医。
        地热在医疗领域的应用有诱人的前景，热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。如含碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症； 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。 由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条 件，使温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病的历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此充分发挥地热的医疗作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。
        未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资源；钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进入一个飞速发展的阶段。
        地热能在应用中要注意地表的热应力承受能力，不能形成过大的覆盖率，这会对地表温度和环境产生不利的影响。

（三）地热能的存在问题及解决对策

问题：
（1）地热管理体制和开发利用工程、项目的适合市场经济的运行机制没有建立起来，旧的计划经济管理体制、运行机制还没有完成改变，影响地热产业快速健康发展；
（2）地热资源的勘探、开发具有高投入、高风险和知识密集的新兴产业，化解风险的机制和社会保障制度尚未建立起来，影响投资者、开发者的信心、影响了地热产业发展；
（3）系统的技术规程、规范和技术标准尚不健全和完善。
解决对策：
天津市政府和国土资源部联合召开天津市浅层地热能资源调查报告评审验收会。
        据悉，天津市浅层地热能资源调查查明了该市浅层地热能资源赋存条件和开发利用现状，编制了开发利用方案，总结完善了浅层地热能地源热泵场地勘察技术，开展了典型地区环境地质影响评价，并初步建立了浅层地热能资源开发利用动态监测网和数据库。
        调查评价首次建立了大规模现场热响应试验场，实施了浅层地热能资源开发利用适宜性分区，对全市浅层地热能资源地埋管地源热泵系统可利用资源量进行了评价，研制出具有自主知识产权的地层温度精细测量、数字采集传输系统。
        评审组认为，天津浅层地热能调查评价工作形成的技术方案，总体达到国际先进水平，对推进我国城市浅层地热能调查评价具有重要借鉴意义。

（四）地热能的发展趋势

人造热能
        人造地热能EGS(Enhanced Geothermal Systems)是为了解决全球暖化对于干净能源的大量需求而逐渐成为21世纪显学的一种新方法，最初概念70年代已经提出但是一直没有受到重视，因为地热分布地区极为受限，于是有人提出采用深度钻孔技术于任何地方钻至靠近地底熔岩附近300度以上的区域，至少钻2井，一井注入热水一井收回地热蒸气发电，如果成本允许钻更多回收井则可以减少散失蒸气；增加发电效能。 虽然原理简单但是由于所需井深极深达5公里以上，又要通过许多坚硬花岗岩地壳，传统冲钻法需磨损数百具高价钻头成本太大，而地底状况难以掌握有可能钻出水汽不能流通的废井，加上地热在大众媒体关注不如太阳能和风力高，诸多因素使人不愿投资而停于实验阶段。
        但是新兴科技例如水热钻机、等离子钻机的概念已经提出，钻井成本有望大幅下降，届时地热能不受位置和气候影响能提供24小时稳定基载电量的特性，建设时间、成本和大众疑虑又远低于核能；很有望成为最具竞争力绿色能源和全球暖化的解救方案。
        根据我国地热开发利用现状、资源潜力评估和国家、地区经济发展预测，地热产业规划目标、任务初期，中期，远期三个阶段。
长期目标与任务
1）高温地热发电装机达到75～100MW
        主要藏滇高温地热勘探开发200～250℃以上深部热储。力争单井地热发电潜力达到10MW以上，单机发电10MW以上。
2．地热采暖达到2200~2500㎡
        主要在北方京、津、冀地区，环渤海经济区、京九产业带、东北松辽盆地、陕中盆地、宁夏银川平原地区发展地热采暖、地热高科技农业，建立地热示范区。单井地热采暖工程力争达到15万㎡。
中期目标与任务
1．高温地热发电装机达到40~50MW
        主要在西藏羊八井开发利用已有深部高温热储，使ZK4001地热井得以利用（温度250℃以上，发电10MW）；积极建设西藏羊易地热电站，拟定装机12MW；在滇西腾冲高温地热田力争完成250℃以上1~2口地热生产井施工，发电潜力12MW以上。
2．地热采暖达到1500万㎡
       主要在京津冀，京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区建立地热示范区。单井地热采暖达10~15万㎡，单个地热采暖区50~100万㎡。在已开发的地热田建立生产回灌系统。初期目标与任务

1. 高温地热发电

        主要在羊八井地热电站，对现有地热发电装备进行完善、优化，稳发25MW；力争利用ZK4001孔高温地热流体，增发、满发、达到总装机30MW；努力完成滇西腾冲高温地热井施工，打出250℃地热流体，力争发电潜力达到12MW。
（2）地热采暖达到950万㎡
        主要在京津地区、京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区，完善、优化已有地热供热工程，选点建立示范区。总之，至2010年地热开发利用总量：地热发电装机达到75~100MW，地热采暖达到2500㎡。热能利用总计约相当于1500万吨标煤当量。

（五）地热能的弊端

1. 在于地域限制,通常位于地震带嘅地方先用到地热能。
2. 地热能属于再生比较慢的一种资源。地热蒸汽产区只能利用一段时间，其长短难于估计，可能在30-3000a之间。

（六）地热能的可持续发展

         岩浆/火山的地热活动的典型寿命从最低5000年到100万年以上。这么长的寿命使地热源成为一种再生能源。此外，地热库的天然补充率从几兆瓦到1000兆瓦(热)以上。
        人类第一次用地热水发电是在1904年意大利的拖斯卡纳。1958年新西兰的北岛开始用地热源发电(2013年为212兆瓦)；美国加州的喷泉热田，从1960年就开始发电，输出功率为1300兆瓦。显然，地热资源能够可靠、安全和可持续性地运行。地热生产的可持续性也可从存在于热库岩石(含热量85%～95%)中的热源判断。在美国加州的喷泉热田，热含量保守估计至少相当于燃烧280亿桶石油或62亿短吨(1短吨=907公斤)煤所得的能量。
 
 
总结：本文中所提到的核聚变，生物质能，海洋能，地热能都是具有可再生性的新能源，说明新能源的一种趋势是趋近于可再生性。但同样他们因其本身所处环境及自身特点又都具有一种共同的缺点那就是不稳定性，核聚变不能很好的应用于市场，只能用于氢弹的制造，应用的价值不稳定，而生物质能由于技术不稳定导致产量低下污染上升，海洋能的密度不集中，分布广阔，能源的产量不稳定。而地热能因其受地理位置特殊性的影响不具有广泛的应用的可能，应用的范围不稳定。最终的解决方法都指向了解决稳定性上。可新能源依然有其独到之处相较于其他能源有着低污染的良好表现，国家的力量也逐渐向新能源这个方向倾注，可以说新能源的前景是非常广阔的，必然成为未来经济的支柱。但先进的新能源又是让人迷茫的，核聚变只有国家有精力和财力发展，生物质能的小型企业长期处于亏损，海洋能地热能是国家的发展范畴，这些现状都在制约着人们去发展新能源。也许随着技术的革新，创新，这些曾经的难题将得到解决。

 

参考文献

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[6] 许雪峰.潮汐能海湾的动态水位差模拟研究一一 种全新的潮汐能开发方式探索[M].北京：海洋出 版社，2012:3—11.
[7] 百度学术网，中国知网《中国林木生物质能源资源潜潜力测算及变化趋势》臧良震 张彩霞

 

新能源研究报告

        能源是人们生存和发展的物质基础，人类的每一次进步都是在能源的改革的基础上进行的，先在随着人类经济的发展和人类生活质量的提高人们对能源的要求也逐渐提高，这就让传统能源的问题被无限放大，传统能源不仅是有限的，而且过度的使用导致了雾霾、温室效应、赤潮等环境问题。这种情况下能源的改革是必然要进行的，我们要更多的使用清洁、可靠、可再生的新能源，让这些新能源逐步扩大代替传统能源。

一 、太阳能

        太阳能在新能源中算是发展时间比较长的、技术比较完善、应用量比较多的。太阳能是指太阳光辐射的能量，每年太阳辐射能带给地球约 1.8MW的能量，远大于人类需求的能源，但我们不能完全利用。太阳能的优势有；1.它是可再生能源，取之不尽用之不竭；2.只要有设备，有太阳光就可以随时利用；3.太阳能对环境无污染。其实人类对太阳能的使用，在很早以前就开始了。西周人发明了阳燧取火，可以说人类对太阳能的利用要在煤炭等传统能源之前，但是那时候对他的使用并不多，那时候并没有很多可以利用太阳能的设施，虽然现在人类利用的太阳能也不能占太阳辐射总能量的大部分，但我们有了很多的设备，可以更多的利用太阳能了，我们有了太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电机、太阳能制冷空调等。太阳能热水器在太阳能利用中占了很大的比例,太阳能热水器主要组成包括集热器、储存装置、循环管路，因为太阳辐射的能流密度，低所以必须让这些能量集中在一起对水加热，集热器决定了一个太阳能热水器的好坏，而储存对太阳能利用也有重要的意义，储存装置就是指保温水箱，它一般由不锈钢的内胆、保温材料的保温层、镀铝锌的外胆组成，它让太阳能带来的热水在能在阴天、黑天继续使用，它让能收集太阳能的时间和需要太阳能的时间得到了平衡，特别是在寒冷的地方储存装置更重要，否则到用到热水的时候热水都变凉了。太阳能热水器于 20世纪 20年代开始流行，在 1958年我国研制了第一台太阳能热水器，经过政府的支持和科研人员的努力我国的太阳能热水器已经很成熟了，我国的热水器产销量已占世界首位。当然太阳能也是有缺点的，比如：1.达到地球表面的太阳辐射能的总量尽管丰富，但是太阳能具有分散性，能量流密度很低，想要得到一定的辐射功率，就只有两种方法：第一是使用更大的采光面积，第二就是提高聚焦程度，前者会占很大面积，而后者会使成本大大提高。2.由于受到季节、昼夜、地理纬度、天气等自然条件的限制，太阳能既间断又不稳定如果想把它作为主要能源是要有很高的储存能力的，然而目前储存能力是太阳能利用中最薄弱的环节之一。3.从目前太阳能利用发展水平来说，有些方面虽然理论上可行，但成本是人们接受不了的，即使政府有很多补贴，也是很难推广的。2007年，国家发改委发布了《可再生能源中长期发展规划》，规划提出了 2010-2020 年，太阳能发电达到 1800MW，太阳能热水器总集面积达到 3亿 m²，并且对太阳大力支持，政府给了太阳能很多发展的机会，希望在政府的支持下太阳能的利用逐渐提高。

二、风能

        风是一种极其普遍的自然现象，风能是由太阳辐射造成的，太阳辐射加热了大气，但由于太阳辐射的强度不同造成了大气运动，从而产生了风能，地球从太阳接受的辐射能量中有 1%∽2%的转换成风能。风能具有很明显的优点，但是也有突出的局限性。风能的优点是：1.蕴藏量巨大，并且取之不尽，用之不竭，只要太阳存在就可以不断的形成风；2.可以就近取材；3.风能还不会对环境造成污染。而风能突出的局限性有：1.风能来源于空气流动，空气密度很小，所以风能的含能量极低；2.风能不稳定，会随季节变化。风能的大小主要取决于风速、风级、风能密度。功能密度是指单位时间内通过单位横截面积的风所含的能量，影响风能密度的因素有很多，比如气压、温度、湿度，在滨海地区地势低、气压高，海拔高的地区空气稀薄、气压低，相同的风速风级下，在滨海地区的风能就较大。我风能资源丰富的地区主要有北部、西北、东北草原、新疆戈壁滩和东南沿海地区。风能的利用主要有风力提水、风力助航、风力制热、风力发电。风力提水解决了灌溉、牲畜饮水等问题。风力助航可以辅助燃油提供动力，节约燃油。风力制热是利用风能搅拌液体，使液体加热，然后用这些液体供热。风力发电是现在风能利用的主要方式，风力发电就是用风力机把风能转化为电能，风力发电系统是由风轮、传动系统、发电机、储能设备、塔架及电气系统组成的发电设备，其中风力机是风力发电系统的核心部件。进入 21世纪之后，全球风电依旧保持着快速增长的势头，同时世界各国积极的采取各种激励政策来鼓励风电的发展，比如长期保护性电价。我国风电发展的目标是：到 2020年风电装机容量将达到 2亿 kW，到 2050年风电装机容量将达到 10亿kW，成为我国主要的可再生能源，可见我国对风能的期待很大。

三、地热能

         地热能是由地壳抽取的天然热能，地球内部是一个高温高压的世界，蕴藏着巨大的热能，地球通过火山爆发温泉等途径，源源不断的把内部的热能传到地面上来。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两类，不同温度的地热能适用于不同的方向：
（1）200-400℃的可以直接发电；
（2）150-200℃可以双循环发电、工业干燥、工业热加工；
（3）100-150℃可以双循环发电、供暖、工业干燥、脱水加工；
（4）50-100℃可以用于供暖、温室、家庭用热水、工业干燥；
（5）20-50℃可用于沐浴、水产养殖、土壤加温。
    地源热泵是主要的地热能应用的设施，它可以利用地下浅层地热资源来供热等，地源热泵的优越性有：

1. 节能高效；
2. 环保无污染；
3. 应用灵活，安全可靠，用途广泛。

        各国政府的支持地源热泵应用迅速扩大，我国地源热泵的使用较晚，在 2006年，国家分别将北京、天津、沈阳三个城市作为地源热泵试点城市。经过政府的支持已有 3000多个浅地热能供暖供冷建筑项目。中低温地热水在工业上有广泛的应用，特别是轻纺食品，造纸木材等行业的烘干工序，地热水是难得的稳定热源，烘干质量好，可以避免过热而损坏产品。在我国地热广泛用于农业干燥，抑制农副产品发霉。地热发电技术有地热蒸汽发电、热水发电、地压地热发电、干热岩地热发电。地热能相比于风能，太阳能的优点在于供能稳定，作为主要能源，不会因为突然间断而影响人们的生活。
        希望在政府的支持下，我国新能源能够迅速的发展，技术逐渐成熟，逐渐替代石油等常规能源。

 

浅析气候变化及对应调查

摘要：气候和环境的变化直接影响到人类的生产和生活，尤其是一些突发性的气候异常事件往往会极大的改变生态系统。因此，新生代气候研究一直是国际上科学界的重点和热点。通过深海钻探计划和海洋钻探工程，地质学家经过近30多年的研究，已经基本掌握了第三纪以来气候的总体变化趋势、变化的周期以及各个气候变化的异常事件。同时地质学家也对气候变化的原因进行了探索，提出了各种假设，并作了大量的研究工作。本文对气候变化进行了简单介绍及近年来发达国家应对气候变化采取的措施，并探讨其对我国能源政策的相关影响。
关键词：新生代   气候变化  碳、氧同位素    异常事件

一、气候变化

        气候变化（Climate change）是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为30年或更长）的气候变动。气候变化不但包括平均值的变化，也包括变率的变化。气候变化一词在政府间气候变化专门委员会（IPCC）的使用中，是指气候随时间的任何变化，无论其原因是自然变率，还是人类活动的结果。这有别于《联合国气候变化框架公约》中的用法。在公约中，气候变化是指“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。
        气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。既有自然因素，也有人为因素。在人为因素中，主要是由于工业革命以来人类活动特别是发达国家工业化过程的经济活动引起的。化石燃料燃烧和毁林、土地利用变化等人类活动所排放温室气体导致大气温室气体浓度大幅增加，温室效应增强，从而引起全球气候变暖。据美国橡树岭实验室研究报告，自1750年以来，全球累计排放了1万多亿吨二氧化碳,其中发达国家排放约占80%。

二、近代地球气候的变化

        近代气候主要指有气候观测记录一来一、二百年的气候。近百余年来有了大量气温观测资料，由于各学者所获得的观测资料或统计方法不尽相同所得的结论也不完全一致，但总的意见大同小异，那就是19世纪后期至今的100多年全球变暖现象是一个事实。19世纪末到20世纪40年代，世界气候出现明显波动上升现象（北极最突出），到40年代达到顶级。此后40～70年代世界气候有变冷趋势（60年代后，高纬度地区变冷更明显）。进入70年代后，又趋变暖，80年代后更突出。越南显著的区域在中高纬度大陆地区，变暖显著的季节在冬春季，且变暖主要以夜间最低温度上升为突出特征。
        联合国环境规划署（UNEP）下属的政府间气候变化委员会（IPCC）在2001年底发表的第三次评估报告中提出在过去的1000多年里，尤其最近50年中，人类活动过度排放的温室气体特别是二氧化碳，使其在大气中的温度超出了过去几十万年间的任何时间。温室气体的过量排放，使得过去140年中全球平均气温升高0.4～0.8℃，达到1000年以来温度的最高值，20世纪90年代是自1861年以来温度最高的十年。与此同时，气候系统也发生了各种变化，北半球中高纬度河湖结冰期缩短约2周；北极海冰最近几十年减薄40%，范围减少10%到15%（春、夏），厄尔尼诺现象近20～30年更频繁持久和强烈，北半球作物生长期近40年中每10年延长约1～4天，动植物活动区北移上移，具有更长的乳化期、开发期、迁移期和病虫害爆发期……
        报告又预测，如果不采取措施在今后100年里，全球的平均气温将可能上升1.4～5.8℃，全球海平面将比目前上升9～88㎝，每年造成的经济损失将达3000亿美元。

三、中国气候变化

         由国家科学技术委员会主编的我国气候蓝皮书(《中国科学技术蓝皮书(第5号))中统计处理了全国各地137个气象站台的气温记录,并进行5年滑动平均计算以显现其趋势,得出的基本规律是,近百年我国年平均气温变化大体呈先升后降,降后再升的趋势。
        即从资料开始的1910~1914年起,一直上升到1940~1944年(其中1925~1929年略有下降),然后又开始下降。 到 1955年1959年降到谷底,进入低温阶段(1955~1959年和1970~1974年是我国近百年中两个最冷的5年)。一直到1985年后才重又稳定上升(比全球1970年后的增温稍有推迟)。最近完成的一项全国性气候变化研究,由于在气温资料中使用了史料及树木年轮和高山地区冰芯获得的各种资料插补,得出了站点分布相对比较均匀的全国年平均气温变化序列。指出从1880~1996年,全国年平均气温的增暖趋势达到0.44C/100年。 因此从上世纪以来我国气温总的变化趋势是上升的。
    《中国科学技术气候蓝皮书》综合了国内大多数研究的结果,得出了我国近期气候变化的预测。 普遍认为从1990年左右到下世纪中期,总的气候趋势是增暖,特别是2030年后增暖明显。但在增暖过程中仍会有时间尺度为20~30年、气温变化幅度0.5~1.0C之间的气候波动(最大可接近2C)。且冬季变暖的趋势比夏季大。不难看出我国近代气候的变化与全球变暖的趋势大体一致。不过，《中国科学技术气候蓝皮书》也指出，气候预测是一个复杂的综合性科学问题，现在还在实验研究阶段。
        年平均气候变暖1～2℃甚至更高，看上去相差不大，但与过去的气候相比变化确实很大了。如果到下个世纪中期平均气温上升2℃。我国可能将再次出现类似3000年前曾经出现过的温暖气候情景。届时我国亚热带北界将由现在的淮河、秦岭扩展到淮河以北，冬季中徐州、郑州一带的温度将和现在的杭州、武汉相似。

四、气候变暖对生态环境带来影响

        在防止全球气候变暖的行动中是否采取积极态度，很大程度取决于人们对气候变暖带给人的影响严重性的认识。大多数科学家研究认为全球气候变化将给人类带来一系列复杂的社会问题和严重后果。第六次气候会议上气候学家提出的警告，在大会结束后不久于2001年以IPCC报告的形式发表，再次提醒人们关注全球变暖。气候变暖也给中国环境和经济发展带来重要影响。
        气候变暖已经或可能导致的影响综合看大致有如下方面：
⑴引起极地和高山冰川融化，海水热膨胀海平面上升，对沿海地区和岛国的经济发展和生存条件带来重大影响（岛国图瓦卢已向澳大利亚和新西兰提出全国移民的请求）。
(2)造成温度带来的变化，进而导致气压和风的变化及降水的变化，从而使旱涝灾害更加剧，厄尔尼诺现象（包括反厄尔尼诺）频繁。
(3)使自然生态和农业发展难以预料的变化。很多动植物的迁徙，可能赶不上气候变化的速率，导致物种灭绝；农作物品种的地理分布也将发生变化，病虫害增多，农作物减产。
(4)热天气使传染病传播更广泛，疾病和死亡率增高。
(5)经济损失大，社会不安定。

五、我国应对气候变化的措施

        我高度重视全球气候变化，在制定国家农业发展战略时已将保护环境作为一项基本国策促进能源与环境协调发展，在气候变化与能源技术发展方面要重点抓好以下工作：
   ⑴努力提高能源效率，提倡能源节约，减少能源消耗。在目前的技术水平下，能源的生产与消费必然或多或少产生污染物排放，因此减少能源消耗实际上就是减少排放。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，全球能源的清洁化利用，积极倡导能源环境和经济的可持续发展。
   (2)提高能原技术水平,广泛推广洁净煤等先进能源技术减少污染物的排放。从能源安全的角度看,至少到21世纪中叶煤作为我国基础能源的地位不会动摇,尽管煤炭是一种高污染的能源品种,但与20世纪90年代初即保开始两次受到冷的情况不同随着我国洁净煤技术日播成熟及其产业化程度的提高将仍是保证我国能源供应安全的支柱产业。从近期看利用现有煤炭气化技术使煤转变为合成气可以为电力提供清洁的燃料并促进煤化工的发展。从长期看,可以利用煤炭大量生产氢气这样不仅会大幅度减轻煤炭燃烧产生的各种常见污染物的排放也会有效减少有害气体的排放。与此同时,争取改变终端能源消费中煤族所占比重过大的现实增大煤炭就地转化的比例,采用先进的燃烧发电技术,大力发展坑口电站在终端能源消费中以电代煤大度提高电力在终端能源消费中的比重。中国鼓励发展煤炭洗选、加工转化、先进燃烧、烟气净化技术。
   (3)大力发展包括可再生能源在内的清洁能源。我国能源消费长期过度依赖煤,能源与环境问题突出。我国应当鉴发达国家的经验调整和优化我国的能源结构,应逐步降低煤炭消费比例,加大非煤能源开发利用力度,加速发展天然气,依靠国内外资源满足国内市场对石油的基本需求,积发展水电、核电和可再生资源尽快形成结构多元的局面,使得优质能源比例明显提高。
   ⑷在节能减排方面借鉴发达国家采取的财政支持措施,发达国家在确定节能减排目标后，使用方式主要有2种:一是贴息补助政府用财政或发行债券的收入支付企业因节能投资或节能研发而发生的很行货救利息（全部或部分）。二是直接补贴，即政府以公共财政部门预算的形式直接向节能环保项目或节能产品应用提供财政援助。
   (5)在加强国际合作方面中国与发达国家间的合作应符合各自的国家政策和目标,并有助于实现各自的国家目标。仍以可再生能源为例,一项重要指标就是其在世界一次能源消费中的比例。在合作中,中国应根据自身条件制定可再生能源发展目标,使可再生能源利用量在能源消费中的比例稳步提高,从而推动实现全世界可再生能源占能源消费量的比例逐步提高。

总结：

        综上所述,气候变化题对一些发达国家的能源政策产生了显著影响,这种影响将逐渐波及到全球其他国家和地区。发达国家对节能、提高能效、可再生能源利用等先进技术着力展开研发和应用,应结合我国未来能源需求形势,借鉴发达国家上述关键减排技术,保障我国能源政策的顺利实施。气候变化问题将对我国未来二三十年的能源消费总量和结构产生刚性约束作用,并将对能源技术发展方向产生重大影响。为此,我国必须高度重视气候变化问题,妥善处理好能源的安全、效率与环境三大战略目综上所述,气候变化题对一些发达国家的能源政策产生了显著影响,这种影响将逐渐波及到全球其他国家和地区。发达国家对节能、提高能效、可再生能源利用等先进技术着力展开研发和应用,应结合我国未来能源需求形势,借鉴发达国家上述关键减排技术,保障我国能源政策的顺利实施。气候变化问题将对我国未来二三十年的能源消费总量和结构产生刚性约束作用,并将对能源技术发展方向产生重大影响。为此,我国必须高度重视气候变化问题,妥善处理好能源的安全、效率与环境三大战略目的。

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姚丽丽 能源与动力工程学院