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1、第十六章 新能源技术本 章 导 读能源是人类生存、发展以及各种社会活动不可缺少的物质基础，是国民经济发展的重要支柱，也是人类生活质量的重要保障。在目前能源结构中占有89.5比例的煤炭、石油、天然气等石化燃料将面临枯竭。能源紧缺将是人类面临的重要问题。世界能源的发展战略是：多元结构的能源系统和高效清洁的能源技术。因此，环保、高效的可再生性能源的开发是新能源技术的发展方向，本章主要介绍当前新能源技术中：太阳能、核能、风能的开发与利用以及我国新能源技术的现状与发展方向。 第一节 能源技术概述 能源是人类生存、发展以及各种社会活动不可缺少的物质基础，也是人类生活质量的重要保障，能源、材料和信息并称为现
2、代社会的三大基石。能源问题已成为21世纪人类社会发展迫切需要解决的重大问题。能源技术是研究如何有效地开发、生产、保存、传递能量并通过能量形式的转换来有效利用能量的技术。它是一门涉及面广、综合性强的技术。 一、能源及其分类 1、什么是能源？在生产、生活的各个方面，人类每时每刻都在利用和消耗着能量。能量有多种存在形式，如：机械能、热能、光能、电磁能、风能、太阳能、化学能等等。不同形式的能量可以相互转化。如天然气中的化学能通过燃烧转变为热能；热能通过蒸汽机变成机械能；蒸汽机带动发电机将机械能转变为电能；电能使电动机运转又转化为机械能等。什么是能源？能源是指可以为人类提供各种形式能量的物质资源。如煤炭
3、、石油、天然气、核燃料等等。 2、能源的分类自然界中存在的能源种类很多，能源的分类方法也很多。根据需要，我们可以将能源进行不同的分类。如按照能源的形成方式分类、按照能源的性质分类、按照能源的开发利用状况分类等等。这里我们根据能源的形成方式介绍能源的分类。能源可分为天然能源和人工能源两大类。天然能源又称为一次性能源，它是自然界中以天然方式存在的未经加工转换的原始能源。如原煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、核燃料等。人工能源又称为二次能源，它是指经过一次或多次加工转换而产生的能源，如电能、热能、汽油、煤油、柴油、沼气等。天然能源又可分为再生性能源和不可再生性能源。再生性能源是指可循环使用或不断
4、得到补充的自然能源。如：风能、水能、太阳能、潮汐能、生物质能等。实际上这些能源绝大部分都是太阳能的变种，只有潮汐能来自地球自转的旋转动能。如水能是由于太阳光照射在江河湖海上，使水汽蒸发，从而转化为可利用的水力资源；风能来自太阳对大气层的不均匀照射，从而形成气流，也就是风。 不可再生性能源是指消耗一点少一点，短期内不能再产生的自然能源。它包括煤、石油、天然气、核燃料等。不可再生性能源都是经过亿万年的漫长岁月形成的，一般开发方便，使用率高。目前，煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能都已得到大规模经济开发和利用，这些能源又称为常规能源，它们在目前的能源结构中占主要地位。其中煤炭、石油和天然气均属于石化
5、燃料，它们分别是古代植物和低等动物的遗体在缺氧条件下，通过高温高压作用，经漫长的地质年代演变而成的；而太阳能、地热能、风能、核聚变能、潮汐能、生物质能、海洋能等尚未得到大规模开发和利用，称为新能源。由于新能源不仅是再生性或资源丰富的能源，而且其开发与利用对环境保护具有重要意义，因此成为能源开发和利用的重点。 二、能源资源统计1、世界能源资源统计根据中国科学院地理科学与资源研究所中国自然资源数据库2000年对世界自然资源的统计数据和2006年世界能源统计统计出的当前对自然能源的开采速度，可计算出石化燃料的可开采年限（见表16-1）。表16-1 世界主要能源资源调查和统计燃料名称煤炭（亿吨）石油（
6、亿吨）天然气（亿立方米）铀（吨）可采储量9842.11402.81.492.08 可采储量的开采年限162年40年65 年65 年预计最终开采年限279年121年170年290年统计资料显示，由于人口的增长以及工业发展速度和人民生活水平的提高，在目前能源结构中占有89.5比例的石化燃料（煤炭、石油、天然气等）将面临枯竭。虽然今后会有新的探明储量，但由于现代社会对能源的需求越来越大，能源紧缺将是人类面临的重要问题。2、中国能源资源统计我国能源资源的基本特点是：富煤、贫油、少气。目前世界能源消费构成是：石油约40、煤炭25、天然气25、核电和其它能源约10；而我国是煤炭占70、石油和天然气约占20
7、、其它能源约10。据2000年中国自然资源数据库统计资料显示：中国的煤炭资源十分丰富。我国的煤炭资源总量为5.06万亿吨，可开采储量为1145亿吨。居世界第12位，在全球可采煤储量中占11。煤作为能源资源在中国国民经济发展中起着举足轻重的作用，是支持经济发展和保障人民生活的基础产业。中国70以上的能源来自煤，煤在中国仍有巨大的应用前景。但煤作为能源大量开发利用，由此带来的严重环境问题必须引起我们的高度重视。中国的石油资源量为1000亿吨，可开采储量为32.7亿吨，占世界可开采储量的2.3；天然气资源量为3.81亿立方米，可开采储量为1.37亿立方米，仅占世界可开采储量的0.9。 http:/
8、目前，世界的能源消费主要是以化石资源这些不可再生性能源为主。中国是以煤炭为主，而其它国家大部分是以石油和天然气为主。 根据1987年联合国世界环境和发展大会提出的人类社会持续发展的概念，保护人类赖以生存的自然环境和自然资源成为当今世界共同关心的全球性问题。因此，今后世界的能源发展战略是：多元结构的能源系统和高效清洁的能源技术。 2、中国能源发展规划2007年4月10日，我国正式公布了能源发展“十一五”规划，根据规划精神，在“十一五”期间，我国将要重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质发电、生物质成型燃料、太阳能利用等再生资源，以规模化带动产业化发展。从长远的应用来说，一旦可燃矿物出
9、现了枯竭现象，则核能就将取代可燃矿物的能源。在近期，核能将成为调节中国能源问题的主要手段。第二节 太阳能的开发与利用 太阳能是指太阳辐射的光能。它是太阳内部不断进行核聚变反应产生热能，通过其表面以辐射方式向宇宙空间发射出来的一种巨大且对环境无污染的能源。尽管太阳射向地球的能量只占它辐射总能量的二十二万亿分之一，但每年地球表面所能接收到的太阳能至少为7千瓦时，这相当于目前地球上总发电能量的8万倍。因此，太阳能是人类最理想、潜能最大的能源。太阳能的利用与开发，始终是当前能源问题研究中受到关注的重要研究方向。 一、太阳能的利用方式 太阳能是清洁的可再生性能源。太阳能的开发与利用方式有三种： 1、太阳能转变成热能光/热转换 太阳能热利用设备，按其结构分为非聚光式和聚光式两种。 非聚光式太阳能热利用设备是利用“热箱”原理，将太阳能转变为热能。箱子的四个侧面和底部全部由隔热材料制成，内表面涂黑，顶部用透明的玻璃盖严，就成了“热箱”。当太阳
