我國清潔能源的利用與現(xiàn)狀分析

張 晶，羅 鑫

（大連大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

1 引言

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動力和支柱，是社會得以繁榮發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國目前能源仍以煤炭、石油和天然氣等天然化石能源為主，能源開發(fā)與利用幾乎一直處于低效率和高消耗之中。若不開發(fā)新型能源，很可能在實現(xiàn)全面小康的2020年，就是石油供給喪失平衡的 “拐點年”[1]。因此，開發(fā)并使用清潔能源對我國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。清潔能源指在生產(chǎn)和使用過程不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的能源，可再生的、消耗后可得到恢復(fù)，或非再生的及經(jīng)潔凈技術(shù)處理過的能源。本文以核能、氫氣、風(fēng)能、太陽能、海洋能、水能、天然氣、燃料乙醇和生物柴油等近年已經(jīng)開發(fā)的新型能源來說明我國清潔能源的利用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。

2 各種清潔能源的利用現(xiàn)狀

2.1 核能

核能雖屬于清潔能源，但消耗鈾燃料，不是可再生能源，投資較高。目前我國大陸有16臺核電機組投入商業(yè)運行，總裝機容量1362萬kW。2012年核發(fā)電量為983.17億kW·h，較2011年增長12.75%，占全國總發(fā)電量的1.97%，占全國清潔能源發(fā)電量的9.22%。按世界核電運營者協(xié)會（WANO）規(guī)定的性能指標(biāo)對照，在全球400余臺運行機組中，我國在役核電機組的運行水平總體處于中等偏上[2]。

面對電力需求、環(huán)保要求、能源安全等問題，只有積極發(fā)展核能才可以滿足我國未來對于電力的巨大需求；核能的發(fā)展是我國能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，積極推動核電發(fā)展必將有效控制CO2排放，減少大氣污染，促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展；另外加強核能利用不僅有助于降低對石油、天然氣、煤炭等能源的依賴，而且能促進能源多樣化，保障國家能源安全[3]。

2.2 天然氣

天然氣，是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田和天然氣田，也有少量出于煤層。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。據(jù)估計，20.7%的陸地和大洋底90%的地區(qū)，具有形成天然氣水合物的有利條件[4]。預(yù)計2020年后，天然氣將作為首席能源，進入一個全新的發(fā)展時期。新一輪油氣資源評價數(shù)據(jù)顯示，從總量上來看我國堪稱天然氣資源大國[5]。

中國天然氣的利用發(fā)展趨勢是天然氣需求量將大幅上升；天然氣的消費結(jié)構(gòu)將繼續(xù)發(fā)生調(diào)整，天然氣發(fā)電和城市燃氣將成為天然氣利用的主要增長點；為彌補供應(yīng)缺口，將更多地利用國際天然氣資源[6]。

2.3 水能

水能具有資源可再生、發(fā)電成本低、生態(tài)上較清潔等優(yōu)越性。中國水能資源豐富，總量位居世界首位，理論蘊藏量為6.8億kW，其中可開發(fā)的約有3.8億kW[7]，但中國水資源分布不均，資源的開發(fā)和研究程度較低。三峽電站是我國水能利用的一個典例，截至2012年12月31日，三峽電站連續(xù)安全運行2328d，電站歷年累計發(fā)電量達到6291.4億kW·h，相當(dāng)于減排二氧化碳4.96億t，減排二氧化硫595萬t。三峽工程不僅為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供了強大的能源支持，也為節(jié)能減排做出了積極貢獻。

建筑大壩所需的財力、物力、人力巨大，且耗時較長，收益較慢，對周圍的生態(tài)有一定的影響，而且受河流所處的地理環(huán)境制約，所以對水能的利用應(yīng)該是改進現(xiàn)有技術(shù)，增加水利發(fā)電量，在一定時期內(nèi)不會進行大型的新建大壩的工程。

2.4 風(fēng)能

風(fēng)能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量，是由太陽輻射熱引起的。近年來，我國風(fēng)電發(fā)展迅猛，無論從裝機容量、發(fā)展規(guī)模還是風(fēng)機制造能力上看，都已是名符其實的世界風(fēng)電大國[8]。2012年，中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風(fēng)電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風(fēng)電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。2012年，中國海上風(fēng)電新增裝機46臺，容量達到127MW，其中潮間帶裝機量為113MW，占海上風(fēng)電新增裝機總量的89%，截至2012年底，中國已建成的海上風(fēng)電項目共計389.6MW，是除英國、丹麥以外海上風(fēng)電裝機最多的國家[9]。

近兩年，我國風(fēng)電機組制造商加快了海外市場的擴展步伐，風(fēng)電機組出口國家從2007年的1個擴大到19個，其中美國是最主要的風(fēng)電機組出口國。截至2012年底，我國向美國出口的風(fēng)電機容量已達327.75MW，占出口總量的46.8%。這不但提高了我國的環(huán)境效益，同時還增加了我國的經(jīng)濟效益。

在21世紀(jì)，中國應(yīng)在風(fēng)能的開發(fā)利用上加大投入力度，完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，由風(fēng)電大國向風(fēng)電強國轉(zhuǎn)變，使高效清潔的風(fēng)能能在中國能源的格局中占有應(yīng)有之地，這將大大緩解我國能源緊張的局勢。但是，在風(fēng)電發(fā)展中也暴露了一些問題，風(fēng)機脫網(wǎng)、倒塌現(xiàn)象時有發(fā)生，增加了上網(wǎng)風(fēng)電的不穩(wěn)定性，未來風(fēng)電發(fā)展要從追求速度向追求質(zhì)量轉(zhuǎn)變，從追求裝機容量向追求發(fā)電量轉(zhuǎn)變[8]。

2.5 太陽能

太陽能熱利用具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，但最終可歸納為太陽能熱發(fā)電（能源產(chǎn)出）和建筑用能終端直接用能，包括光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、太陽能熱水器和太陽能空調(diào)[8]。當(dāng)前太陽能熱利用最活躍并已形成產(chǎn)業(yè)的當(dāng)屬太陽能熱水器、太陽能熱發(fā)電和太陽能制冷。此外 ，在太陽能熱泵、熱推進技術(shù)等新型領(lǐng)域也有一定的研究與應(yīng)用。

我國具有十分豐富的太陽能資源，陸地表面年接受的太陽能約50×1018kJ[10]，西藏是太陽能最豐富的地區(qū)，年輻射量達9210MJ／m2，僅次于撒哈拉沙漠，居世界第2位。2010年，全球太陽能光伏電池年產(chǎn)量1600萬kW，其中我國年產(chǎn)量就有1000萬kW。目前，我國已成為世界上最大的太陽能光熱應(yīng)用市場，也是世界上最大的太陽能集熱器制造中心，我國是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家，太陽能熱水器利用量居世界第一，熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高、應(yīng)用最普遍的技術(shù)。光伏發(fā)電以及太陽能熱水器是我國太陽能利用的主要形式，也是未來該領(lǐng)域發(fā)展的主要形式，而且我國的太陽能產(chǎn)品多以配件或OEM的形式出口到世界上的發(fā)展中國家和地區(qū)甚至欠發(fā)達國家和地區(qū)。這在很大程度上減少了CO2等溫室氣體的排放，不僅增加了環(huán)境效益，還提高了經(jīng)濟效益。

2.6 海洋能

海洋能，指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中[11]。我國擁有的海岸線長，擁有豐富的海洋能，我國的海域儲存潮汐能1.1億kW，潮流能1200萬kW，海流能2000萬kW，波浪能1.5億kW[12]。在全球開發(fā)利用海洋能技術(shù)中，潮汐發(fā)電最為成熟，與風(fēng)能和太陽能相比，潮汐能更為可靠，其發(fā)電量不會產(chǎn)生大的波動，而且不占用農(nóng)田、不污染環(huán)境，成本只有火電的1／8。中國利用海洋能也是從潮汐能開始的，在沿海已建成一些潮汐發(fā)電站，其中建在浙江樂清灣內(nèi)的江廈港電站是中國最大的潮汐發(fā)電站，也是世界上第三大潮汐發(fā)電站，并且陸續(xù)與其他國家合作，組織開展潮汐能、波浪能、海流能及其他各類海洋能技術(shù)的研發(fā)，而經(jīng)過多年的研究試點，我國潮汐發(fā)電行業(yè)在技術(shù)上日趨成熟，潮汐發(fā)電量也躍居世界第3位，僅次于法國、加拿大[13]。但是海洋能的不穩(wěn)定以及運行成本高、技術(shù)水平不高都是利用海洋能要克服的問題，我國未來對海洋能的開發(fā)利用于低碳經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。

2.7 地?zé)崮?/h3>

我國對地?zé)崮艿睦弥饕堑責(zé)岚l(fā)電、地?zé)峁┡?、地?zé)釀?wù)農(nóng)，利用地?zé)崮苁菍θ找鏈p少的化石能源的良好補充，合理開發(fā)地?zé)崮茉磳ξ覈l(fā)展綠色低碳經(jīng)濟，兌現(xiàn)對國際社會節(jié)能減排的承諾具有重要意義[14]。羊八井地?zé)嵴静粌H是我國最大的地?zé)犭娬?，也是世界上唯一一座利用地?zé)釢搶訜醿M行工業(yè)性發(fā)電的電廠，近年來發(fā)電量持續(xù)上升，截至2010年4月，累計發(fā)電量已達2400GW·h，相當(dāng)于燃燒8×108kg標(biāo)準(zhǔn)煤，從而也減少了 2.096×109kgCO2，6.8×106kgSO2，5.92×109kgNOx的排放。我國地?zé)崮荛_發(fā)利用潛力巨大，據(jù)初步估算，全國287個地級以上城市每年淺層地溫能資源量相當(dāng)于95億t標(biāo)準(zhǔn)煤，我國大陸3000～10000m深處干熱巖資源相當(dāng)于860萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤，是我國目前年度能源消耗總量的26萬倍，發(fā)展?jié)摿薮骩15]。階梯利用地?zé)崮軐⒊蔀橹饕l(fā)展趨勢[16]，但是缺乏統(tǒng)一的全國地?zé)豳Y源勘查開發(fā)規(guī)劃、開發(fā)利用程度低、浪費現(xiàn)象嚴(yán)重、國家不夠重視都是我們開發(fā)地?zé)嵝枰朔膯栴}。

2.8 氫能

氫能以清潔、無污染、效率高、重量輕和存儲及輸送性能好、應(yīng)用形式多等諸多優(yōu)點，贏得了人們的青睞。氫能開發(fā)利用首要解決的是廉價的氫源。我國已經(jīng)有數(shù)十家院校和科研單位在氫能領(lǐng)域研發(fā)新技術(shù)，數(shù)百家企業(yè)參與配套生產(chǎn)。上海作為我國氫能產(chǎn)業(yè)最領(lǐng)先的地區(qū)，2007年11月建成中國第一個汽車氫氣充裝站，當(dāng)時計劃2009年形成千輛級氫能汽車的生產(chǎn)能力，并加快氫能汽車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，初步建成加氫站網(wǎng)絡(luò)。氫能的大規(guī)模利用將在10年后[17]，制氫技術(shù)也隨之不斷完善和改進。

2.9 生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。生物質(zhì)能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，它是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。

2.9.1 燃料乙醇

燃料乙醇是燃燒清潔的高辛烷值燃料，是可再生能源。當(dāng)前，甚至在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)我國燃料乙醇的生產(chǎn)仍應(yīng)以淀粉質(zhì)原料為主，其中主要是玉米。玉米易加工轉(zhuǎn)化，易于提取純化，生產(chǎn)燃料乙醇附產(chǎn)品綜合經(jīng)濟效益最好，技術(shù)最成熟，成本也最低。我國已經(jīng)在黑龍江、吉林、河南和安徽4省建設(shè)陳化糧生產(chǎn)燃料乙醇工程，并已在10余個城市開展了10%乙醇的汽油燃料應(yīng)用示范工作[18]。中國燃料乙醇的消費量已占汽油消費量的20%左右，成為繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國[19]。燃料乙醇作為再生能源成為了政府重點推廣的新型能源。在國際原油價格過高、國內(nèi)對石油需求量不斷增加的情況下 ，燃料乙醇的推廣對替代和緩解中國石油不足具有重要意義。乙醇燃料成本的降低為替代石油燃料開辟了更好的前景，預(yù)計2015年燃料乙醇的成本比現(xiàn)在降低36%，達到與石油競爭的水平[20]。

2.9.2 生物柴油

生物柴油也稱為再生燃料，它具有熱值高、安全性能好、能耗低，運輸、儲存、使用方面安全，燃燒性能好于柴油等優(yōu)點，無毒，能生物降解，基本無硫和氮的氧化物生成。它作為石油柴油代用品，使用時柴油機不需要做任何改動[20]。從理論上講，生物柴油和燃料乙醇都有很大的前景，但是起步晚，都面臨著技術(shù)不成熟、原材料分布不均的問題，這是其以后發(fā)展需要克服的問題。

3 結(jié)語

從清潔能源的利用現(xiàn)狀可知，我國現(xiàn)已意識到能源與環(huán)境方面問題的嚴(yán)重性，要解決這一問題需要積極尋找開發(fā)石油等不可再生能源的替代品，現(xiàn)已取得了一定的進展，核能、風(fēng)能、太陽能在我國清潔能源利用中占的比重大，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，要徹底解決能源與環(huán)境、能源與社會經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾，仍然任重道遠。因此，加強太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕鍧嵞茉吹拇笠?guī)模利用就顯得尤為重要，只有這樣才能在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下實現(xiàn)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，我們必須站在維護國家安全和社會穩(wěn)定的戰(zhàn)略高度，從長遠著手，利用科學(xué)技術(shù)、政策等諸多手段實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的可持續(xù)發(fā)展，達到能源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會的相互協(xié)調(diào)的目標(biāo)。

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