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1、能源的生态化利用与新能源的开发现状在20世纪，能源科技得到飞速度的发展，全世界各种可利用的能源资源包 括：煤炭、石油、天然气、核能、水能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、生物 质能、电能等，根据能源形成原因的角度，分为矿物能源和非矿物能源。矿物能 源是指自然界的植物或动物经过生物化学和物理化学作用形成的有机体组成，同 时还含有一些无机物质。主要包括煤炭、石油、天然气。目前的能源结构主要以 矿物能源为主。目前充足、廉价的煤炭和石油能源是实现经济增长的重要支柱， 我们利用矿物能源来维系社会经济的飞速发展，并错误的以为矿物能源是取之不 尽、用之不竭的资源。但是现在我们已经认识到，矿物能源是有限的，按照
2、目前 的能源消耗增长速度，地球上的各种矿物能源仅能够维持约一百年，之后将会出 现能源危机，所以我们迫切需要合理生态化利用现有能源以及开发新能源，以实 现能源生态化和可持续发展。和平与发展是当今世界的主题，经济的发展为我国的综合国力的提升提供了 保证，其中工业的发展十分重要，工业持续、快速、协调的发展要求有充足的能 源作保证，这既需要量的保证，更需要质和品种的保证。当前，我国的经济发展 需要合理的生态化利用矿物能源和更多的新能源资源的注入，然而我国正处于资 源的消耗高峰期，资源匮乏、能源短缺和环境污染严重，高污染、高消耗、高物 耗的粗放型经济模式严重制约了我国产业发展的进程，所以能源的生态化利用
3、与 开发新能源迫在眉睫，这也是走可持续发展的必由之路。现在能源利用仍以煤炭为主，电、石油、天然气等多能为辅，主要是因为现 在我国的煤炭和石油资源丰富，易开发和使用。虽然我国煤、石油储量大，但是 人均可采用量却十分少，所以能源供应量不足，又由于缺乏科学技术，煤石油的 利用率低，单位产值耗能高，从而对环境的污染压力越来越大，我国是世界上 最大的煤炭石油的生产国和消费国，但是矿物能源在利用方面的最大问题是污染 生态环境。煤炭和石油在燃烧过程中产生大量的二氧化碳、二氧化硫等大量有毒 有害气体，以及粉尘、重金属、灰渣等，对人类的生存环境产生了巨大的负面影 响。因此摆脱含碳矿物燃料的厄巨大依赖，既是摆脱常
4、规能源危机的重要步骤， 又是稳定全球气温和拯救生态环境的重要措施。生态学的观点认为，现代工业生产是一个将原料、能源转化为产品和废物的 代谢过程。在原料转化为产品的过程中，必然伴随着一些能量的注入，因而能源 的生态化利用是生态产业的重要环节。能源的生态化利用主要从矿物燃料的高效 合理利用，提高能源利用效率和节约能源；改变能源消费结构，开发利用新能源 两条途径。我国目前以矿物燃料为主的能源结构在短时期内不会改变，提高能源利用效 率将获得解决能源危机和优化环境的双重效益。这需要不断改善能源供应系统， 提高能源利用率和节约能源，同时大力发展矿物能源的高效利用技术。现代联产技术，是指同时生产任何两种或两
5、种以上二次能源的联产技术，包 括同时生产热水、蒸汽、冷气、电能等，对节约能源，保证和改善生态环境有着 重要的意义，是节能的重要途径。现代联产技术将发电机、配电站、热交换器紧 密结合在一起，以充分利用回收的热水循环使用，不仅可以提高能源的利用效率， 还能节约大量燃料。大容量煤粉燃烧器，其成功的解决了燃煤锅炉在低功率运行时不能稳定燃烧 的难题，从而减少了烧油发电，大幅度节省了石油，扩大了燃煤发电厂生产能力。 传统的燃煤发电厂需要石油助燃，功率低，而大容量煤粉燃烧器利用高浓度的煤 粉易燃烧的特点，利用输送空气浓缩煤粉以保证充分稳定燃烧。提高了煤的利用 效率，同时减少了污染物的排放。燃料电池，即通过电
6、化学反应把物质的化学能转变为电能，但是燃料电池进 行化学反应所用的物质是由外部不断填充的，因此能够不断的发电，且效率很高。 将煤、石油和天然气等反应物原料经过燃料改制装置分离出氢，与空气中的氧发 生电化学反应，从而转变为电能，其有可能取代火力发电，成为新型供电系统。水-煤混合技术，是将煤水混合而成一种液体燃料一一水煤浆，其中含有 70-75%的煤粉、25-30%的水和0.2-5%的添加剂，易储存和运输。由于水中含有 氢，起到一定的助燃作用，大大节省了煤炭，提高了热值，同时也减少了煤灰尘 的排放。煤炭液化、气化技术，就是把煤转化为气体和液体燃料的形式。目前，煤液 化的方式有直接液化和间接液化两类
7、，直接液化就是将煤在高温高压下与氢反 应，使其降解和加氢，从而转化为液体燃料。间接液化就是以煤为原料，先气化 再转化为烃醇类燃料的过程。煤炭气化是一种热化学过程，通常是在空气、蒸汽 或氧等作为气化介质的情况下，在煤气发生炉中加热到足够的温度，与煤发生化 学反应，生成氢和甲烷等可燃的混合气体燃料即煤气，燃烧效率高，方便运输， 环境污染少。新型矿物能源的开发，主要研究的是煤层气和可燃冰。煤层气是一种与煤 相生储存于煤层及其围岩中的一种非常规天然气，是一种优质、洁净、高效的气 体能源，燃烧后产生的灰分少，有害气体少。可燃冰 是由甲烷和水形成的水合 物，貌似冰和固体酒精，其能量密度高、分布广，是存在于
8、海洋和冻土带的新型 洁净资源。新能源的开发与利用，由于技术意识和投资的影响因素，我国产业中可再生 能源和清洁新能源的利用极少，且利用率低，但是已经取得了一些成就，并积累 了丰富的经验。新能源主要包括太阳能、水能、风能、地热能、生物质能、海洋 能、核能等。太阳能是以电磁辐射形式从太阳向外传播的一种能量。太阳能是一次能源， 又是可再生能源，也是最清洁的能源，每秒钟太阳照射到地球上的能量巨大，相 当于五百万吨的煤炭量，但是利用量却很少。太阳能的热利用，就是使用各种形 式的集热器将太阳光转换成的热能收集起来，利用气体、液体等中间介质输送到 需要热量的设备中，以用于热力发电、供暖、干燥、海水淡化、制冷等
9、生产生活 目的。要得到一定的辐射功率，需要较大的接受面积，导致设备成本上升，为实 现连续稳定地供能，还需要采用相应的蓄能设备，以将白天、晴好天气的太阳能 储存起来，供夜间及阴天使用。目前太阳能的利用方式，主要是太阳能的热利用 和太阳能的光利用，且主要用于发电太阳能的利用技术主要有以下几种：光-热 能转换、光-电能转换、光-化学能转换、光-生物质能转换。但是目前太阳能利用 主要存在的问题是成本高、储存困难。随着科技的发展太阳能作为安全、清洁、 无燃料成本的能源必将有广阔的发展空间。水能是由于自然界水受重力作用而具有的做功的能力，可再生、无污染。我 国水力资源极其丰富，水能资源量居世界首位，但是资
10、源分布不均匀。我国的水 资源开发利用水平低，主要的利用方式是水力发电站，同时有利于江河治理和农 业灌溉等。风能是流动空气具有的一种动能，是太阳能的一种转化形式，是一种可再生 的清洁能源，储量大，分布广，但是能量密度低，且不稳定。风是太阳光辐射在 地球上不均匀分布引起地表各处冷热不同，从而造成大气对流的自然现象，风能 的利用主要是将风的动能转换成机械能、电能和热能等。利用风力机可以将风能 转换成热能以满足家庭和工业使用。风能的利用方式比较简单，就是利用机械设 备将风的动能转换成机械能，再用于发电、拖动。目前的研究主要是用于发电， 在这方面需要解决三个问题：一是地点的选择；二是风车的材料；三是供能
11、的连 续性。因为风力能流密度低，所以风力机一般都是庞然大物，且大多设于牧场、 草原、沿海、岛屿上；风力机叶片要有足够的强度和抗疲劳性能，目前主要采 用玻璃钢或碳纤维增强塑料；另外，因为风能也是一种间歇性、不稳定的能源， 因此需配备蓄能设备且要与火电或水电配合使用才能实现连续供能。近年来，我 国开展了风力发电的研究，利用风力发电机组将风能转换成电能，以满足偏远地 区的生活供电。地热能是地球内部蕴藏的能量，是地球深处物质的运动和放射性物质衰变产 生的。地热能包括蒸汽型、热水型、干热岩型和岩浆型五大类，目前应用最广 的是蒸汽型和热水型。在地热能的利用中，应注意防止过量开采，减少对环境的 不良影响。地
12、热能的利用分为地热发电和直接利用两类，地热发电实际上就是把 地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地 热发电。地热发电是地热能利用的最重要方式，也是最有前途的方式，岩层在 80-150C之间的中、低温地热能，可直接用于工业加工、供暖、医疗、农业生产、 水产养殖等各领域。生物质能生物质是指由光合作用而产生的有机体，生物质能则是指光合作用 将太阳能转换成化学能储存在生物质中的能量。我国生物质资源数量庞大，种类 繁多，包括所有的陆生、水生植物.人类和动物的排泄物以及工业有机废弃物。 生物质的能量相当于世界能耗的1O倍以上，因而生物质能正得到世界各国越来 越多的关注。目前
13、对生物质能的利用主要有这样三种方法：直接燃烧、生物转换、 化学转换。直接燃烧是应用最广、最简单、效率最低、对环境污染最厉害的一类 方法，我国很多农村地区的生活用能还在使用这种方式；生物转换和化学转换是 通过发酵或用化学手段将生物质转化成不同形式的燃料，用作发电或车用燃料。 例如发酵制沼，沼气用作燃料，清洁无污染，沼渣和沼液用作有机肥料。我国是 农业大国，绿色资源丰富，在21世纪，汽车数量将急剧增加，大力发展乙醇代 用燃料是解决能源危机、缓解环境恶化的一个有效办法。在我国广大农村地区则 应大力推广沼气应用技术以解决农村用能，保护农村生态环境。海洋能地球表面70%为海洋，蕴藏着十分巨大的能源。海洋
14、能是储藏与海 水中的再生能源，包括潮汐能、波浪能、温差能、海流能及盐差能等，海洋能开 发技术尚在不断进展之中。目前全世界的潮汐电站共有一百多座。我国也已建成 9座潮汐发电站。潮汐电站的技术已比较成熟，而波浪能、温差能、海流能及盐 差能的利用尚需进行大量研究工作。潮汐能是一种海水面昼夜兼间上涨和降落中 获得能量，潮汐发电原理与水力发电原理相近似，利用潮汐涨落的位差能来双向 推动水力涡轮发电机组发电。波浪能又称海浪能，波浪在运动过程中具有一定的 动能和势能，以此来推动波力发电机组发电。温差能是利用表面海水与深层海水 之间的温差能量，通过热力循环方式变为机械能再转换为电能。盐差能是利用海 水的盐分与
15、淡水盐分之差所产生的巨大能量发电。核能，目前主要用于发电，我国核能利用起步晚，发展慢。核能发电耗能少， 对生态环境的污染少，但是必须解决好核反应和核废物的安全问题。全球核电站 现在采用的堆型都是慢中子裂变堆，已建核电装置约400余座，生产的电能目前 占世界电能的17% ,我国则还不到1%。由于核电站的安全隐患终归不可能根 除，核废料的处理也是一个很难解决、遗患万年的全球性问题，导致目前核电发 展缓慢。因此核电发展的方向是在继续对现有核电技术改进的同时，转向取之不 尽、用之不竭、对环境没有污染、没有危害的核聚变反应堆。核聚变指两个轻原 子核在特殊条件下，融合成一个较重原子核，同时释放出能量的过程
16、，目前主要 指氢的两个同位素氘和氚，聚变燃料几乎是取之不尽的，所以一旦聚变堆开发成 功，核能将成为永久性能源。但是材料是聚变堆能否实用化的关键因素。目前我 国也有两台聚变实验装置，用以探索物理原理，也可做一些材料研究。人类目前正处于碳经济时代，矿物能源是最主要的能源，但是其带来的温室 效应、空气污染、能源危机面临巨大的挑战，所以矿物能源的利用必须从传统的 方式向生态化方向发展，才能在今后的能源舞台上有所作为。而再生型新能源的 开发利用对解决能源短缺、缓解环境污染有着巨大的社会经济效益，其中，有些 已比较成熟，可以与常规能源相当，有的还处于研究阶段。新能源的研究开发与 利用受到生产成本与科学技术技术的制约，但是，新能源的利用有利于人与自然 和谐，生态环境的保护，为了社会的生存与发展，要必须重视新能源的开发与利 用。新能源将会成为推动我国经济发展的新动力，也有利于我国的可持续发展战 略。
