新能源的開發(fā)利用

新能源的開發(fā)利用根據(jù)世界國際鐵路聯(lián)盟給出的數(shù)據(jù)，運輸行業(yè)所產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球總排放的23％，現(xiàn)今世界各個國家都制定了相關(guān)法律并采取了相應(yīng)措施來限制二氧化碳的排放。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國在2007年每輛車的二氧化碳排放量平均為193克/公里，而從2009年我國相應(yīng)的限制法律實施的情況下減排13%，二氧化碳平均排放量下降到168克/公里。這兩年雖然取得了一定的減排成果但是按照我國“到2020年單位GDP的二氧化碳排放量減少40%—45%”的減排目標，要實現(xiàn)每臺汽車的二氧化碳平均排放量降低到105克/公里，我們距離這個目標還很遠，需要的下降值相當(dāng)大，給我們的考驗和壓力也是巨大的。上面的這些數(shù)據(jù)警示著我們?nèi)蛞驗槟茉蠢枚a(chǎn)生的環(huán)境問題日益突出，而社會經(jīng)濟的快速發(fā)展又與能源利用息息相關(guān)，面對著全球化石燃料的大量消耗，產(chǎn)生的這些日益嚴重的環(huán)境污染和能源匱乏等問題，全球提出了“低碳經(jīng)濟”的全新概念，“低碳經(jīng)濟”一方面指利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)等手段來實現(xiàn)能源的節(jié)約、增效；另一方面指開發(fā)利用新的能源。環(huán)境污染與資源短缺的現(xiàn)實情況促使全球各國開始重新聚焦新能源的開發(fā)利用問題，并且寄希望于新能源能夠改善化石燃料所帶來的環(huán)境污染以及可能會發(fā)生的能源枯竭問題。我們最終要實現(xiàn)的目標是零污染、高能效、低能耗和多元化的能源供給，走經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的康莊大道。環(huán)保、節(jié)能、增效一直是受到諸多關(guān)注的話題，長久以來，我們用法律和經(jīng)濟以及科技等多種手段全面開展的低碳經(jīng)濟理念在現(xiàn)今是能看到一定的成效的。但是由于飛速發(fā)展的經(jīng)濟社會和日益擴大的石油能源的需求，與有限的地球資源背道而馳，由此而出現(xiàn)的社會震蕩和擔(dān)憂也越來越嚴重，新能源的利用就成了低碳經(jīng)濟背景下不可忽視的重要發(fā)展方向，也是全球各國加快經(jīng)濟發(fā)展步伐的重要展覽手段。常規(guī)能源一般是指具有較成熟的利用技術(shù)并且已經(jīng)被廣泛利用的能源，而新能源通常是指還沒有被廣泛采用的，正處在研究開發(fā)階段的能源。常規(guī)能源是指像煤碳、石油、天然氣等已被人類普遍應(yīng)用的能源，而太陽能、風(fēng)能、海洋能及地?zé)崮芎蜌淠艿鹊冗@類在近代才開發(fā)利用的能源則被稱為新能源。新能源具備很多優(yōu)點，如取之不盡的太陽能和風(fēng)能，他們在使用的過程中不會釋放污染物。新能源所共有的特點如下：第一，資源豐富并普遍都具備可再生性，可滿足人類持續(xù)利用；第二，能量密集度較低，需要較大空間便于開發(fā)利用；第三，零碳含量或含量少，對環(huán)境污染小；第四，全球分布面積廣，利于各個地區(qū)分散的小規(guī)模利用；第五，由于能源的持續(xù)性供應(yīng)較差，波動性大使得不能用于持續(xù)的能源供給利用；第六，開發(fā)利用的成本高導(dǎo)致大規(guī)模推廣難。1.1.1太陽能地球上最根本的能源是太陽能。傳統(tǒng)能源如煤、石油中的化學(xué)能是由太陽能轉(zhuǎn)化而成的；風(fēng)能、生物能、海洋能等其實也都來自太陽能。太陽每年輻射到地球表面的能量為50×1018KJ，相當(dāng)于目前全世界能量消費的1.3萬倍，因此利用太陽能的前景非常誘人。陽光普照大地，單位面積上的輻射并不大，如何把分散的熱量聚集在一起成為有用的能源是有效利用太陽能的關(guān)鍵。太陽能的利用方式是光熱轉(zhuǎn)化或光電轉(zhuǎn)化。太陽能的熱利用是通過集熱器進行光熱轉(zhuǎn)化的，集熱器也就是太陽能熱水器。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成，封裝在玻璃鋼外殼中。銅片只是導(dǎo)熱體，進行光熱轉(zhuǎn)化的是吸熱涂層，這是特殊的有機高分子化合物。70年代石油危機以后，這類熱水器曾有蓬勃發(fā)展，特別是在美國、以色列、日本、澳大利亞等國家安裝家用太陽能熱水器的住宅達到10%—15%。80年代在美國已建成若干示范性的太陽能發(fā)電站，用特殊的拋物面反光鏡聚集熱量獲得高溫蒸汽送到發(fā)電機進行發(fā)電。光電轉(zhuǎn)化主要通過光電池，即太陽能電池，這是一種能把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換器。利用“光生伏打效應(yīng)”原理，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照射時，物體內(nèi)產(chǎn)生電動勢或電流。已有使用價值的光電池種類不少，多晶硅、單晶硅(摻入少量硼、砷)、碲化鎘、硒化銅銦等都是制造光電池的半導(dǎo)體材料。其中以單晶硅電池性能較好，光電轉(zhuǎn)化率高，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。不僅能滿足當(dāng)時的供電需求，而且還能將部分電能儲存于蓄電池中，大的可用于微波中繼站、衛(wèi)星地面站、農(nóng)村電話系統(tǒng)，小的可用于太陽能手表、太陽能計算器、太陽能充電器等，這些產(chǎn)品已有廣大市場。我國是太陽能資源相對豐富的國家之一，其全年太陽能總量為917一2333kwh/m2，中值為1625kw/m2。與同緯度的國家相比，我國太陽能資源狀況與美國相當(dāng)，但比歐洲和日本優(yōu)越得多，具體分布如表1.1所示。表1.1中國太陽能輻射資源分布狀況地區(qū)年日照時數(shù)h年輻射量Wh/cm2高輻射區(qū)西藏、新疆、青海、寧夏、甘肅等2600~3300160~235中等輻射區(qū)東北、中部、山東、北京等2200~2600140~160底輻射區(qū)山海關(guān)、黑龍江、湖北、貴州、江西、浙江等1000~2200100~1401.1.2風(fēng)能風(fēng)能是因空氣流動所產(chǎn)生的氣流而提供給人們的一種可被利用的能量，即風(fēng)能就是空氣動能?？諝饬鲃铀俣仍娇烀芏仍酱?，產(chǎn)生的動能就越大。風(fēng)能較其他新能源來說，具有十分明顯的優(yōu)勢，它的蘊藏量巨大，分布極為廣泛，永不殆盡，對一些離主干電網(wǎng)較遠的島嶼及交通不便利的邊遠區(qū)域所產(chǎn)生的作用極為重要。目前，風(fēng)能因為其特殊的性質(zhì)被最廣泛的利用于發(fā)電產(chǎn)業(yè)，但是風(fēng)能的開發(fā)利用也是利弊兼得，因為自然條件的影響風(fēng)速具有不穩(wěn)定性，它所產(chǎn)生的動能大小也就不穩(wěn)定；不同的地理位置也嚴重制約著風(fēng)能的可利用性；風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率較低且作為新型能源，其使用設(shè)備也并不完全成熟。1.1.3其他能源還有其他各種新型能源，如光能、核能、鈾能、生物能源、地?zé)崮芤约八芎蜌淠艿鹊取@些新能源的開發(fā)利用都是有利有弊，比如核能不但其資源利用率低，而且其反應(yīng)之后產(chǎn)生的核廢料將成為生物圈的危害因素之一，因為核廢料的處理技術(shù)還未達到可以完全分解的階段；核電站的安全問題也存在隱患，且建設(shè)核電站的費用比常規(guī)能源發(fā)電站高的多，相應(yīng)的投資風(fēng)險必然大。海洋能指蘊藏在海底的多種可再生能源，像潮汐能、海水溫差能及海水鹽度差能等等，這類能源都具備可再生和零污染等特性，所以海洋能的開發(fā)利用將是一項具有戰(zhàn)略意義的能源利用策略。但是其局限性體具體表現(xiàn)在全球地域海洋面積的不同分布情況，各個地區(qū)要考察實地的利用條件才能