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非化石能源发展前景

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非化石能源发展前景非化石能源发展前景 专题三 非化石能源发展前景 目前,对未来的化石能源替代的解决方案有多种探索与说法:新能源、清洁能源、可再生能源,绿色经济、低碳经济等,各种说法都有优缺点,存在一个更具代表性的说法必要,这些问题的核心是发展非化石能源。下面从这个角度进行一个总结与展望。 一、非化石能源发展前景的基本评估与展望 非化石能源主要有生物能、风能、水能、核能、太阳能五种形式,其它的海洋能、地热能都是非化石能源,但是主要是可利用的能源总量有限。 这些能源的发展主要是两个问题:发展空间、技术进展。下面对这五种能源进行一...

非化石能源发展前景
非化石能源发展前景 专题三 非化石能源发展前景 目前,对未来的化石能源替代的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 有多种探索与说法:新能源、清洁能源、可再生能源,绿色经济、低碳经济等,各种说法都有优缺点,存在一个更具代表性的说法必要,这些问题的核心是发展非化石能源。下面从这个角度进行一个总结与展望。 一、非化石能源发展前景的基本评估与展望 非化石能源主要有生物能、风能、水能、核能、太阳能五种形式,其它的海洋能、地热能都是非化石能源,但是主要是可利用的能源总量有限。 这些能源的发展主要是两个问题:发展空间、技术进展。下面对这五种能源进行一个基本评估与展望。 (一)生物能源发展前景的基本评估与展望 生物能源是以土地为依托的能源,是人类社会利用历史最为悠久的能源形式,主要是以三种形式作为能源利用:秸秆、木材与草、种子类植物(粮食、油料)。 如果不考虑人工的作用,全球整个陆地的平均光合作用效率约为0.3%,地 11 21 球上每年植物光合作用固定的碳达2 × 10t,含能量达3 × 10J,相当于全世界每年消耗能量的10倍。不同国家单位面积生物质的产量差异很大,地球上每个国家都有某种形式的生物质能源,中国理论生物质能资源有50亿吨左右。 生物质能资源需要用于解决人类的食品、生态环境保护需要,以及人类其它方面需要(主要是纸张、木材),对全球大部分国家而言,相当时期内能够实际利用的生物质能资源较为有限,仅有少数国家如巴西、美国这种土地资源极为丰富的国家有一定的能力大力发展生物能源。 从本次全球经济危机的经验看,未来全球的大量发展生物能源的高质量的土地资源用于发展食品类产品的可能性大于发展生物能源。从全球的人口增长趋势及人均粮食消费的增长前景看,全球未来的生物能源的发展空间非常有限。 生物能源主要是三种利用形式:沼气、秸秆与木质类产品直接利用、生物性的液体能源(酒精、生物柴油等)。 1 巴西政府在20世纪70年代就开始实施生物液体发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,发展以甘蔗为主要原料的乙醇燃料,强制要求石油公司必须供应混合或纯乙醇汽车燃料。经过30多年的努力,巴西已成为生物液体燃料大国,年生产乙醇燃料1500多万吨,不仅为上千万辆汽车和数百万辆摩托车提供燃料,还向国外出口上百万吨。巴西政府计划在2012年前将乙醇工厂从现在的336家增加到409家。美国、欧盟也通过制定相关优惠政策鼓励燃料乙醇产业的发展。 生物柴油应用最多的是欧洲,欧洲议会免除了生物柴油90%的税收。预计2010年,将达到830万吨。据美国大豆协会发布的数据显示,2008年美国生产了26.12亿升大豆生物燃料,去年有大约117.84亿千克的大豆用于生产生物燃料。 此外,通过玉米制造乙醇也是美国发展生物能源的重要途径, 2005年8 月美国出台《新能源法案》,提出到2012 年,美国每年利用燃料乙醇或生物燃料的总量将达到75 亿加仑。2007 年12 月美国通过新的汽车节油法案,要求在2022 年以前美国乙醇的使用量必须比目前提高六倍达到360 亿加仑。近年来美国用玉米生产燃料乙醇的产业快速增长,2005年美国生物乙醇产量超过巴西,比2001年增加一倍,2004-2008年均增长率达35.70%,2008年燃料乙醇的产量 ?是2004年的3.39倍。目前还是保持高速增长。 中国生物能源目前主要是发展沼气,不具备大规模发展生物乙醇的能力。沼气还有处理废弃物的功能。 中国大中型沼气工程和户用农村沼气池的数量已位居世界第一,截至2005年底,中国农村户用沼气达到1700万户,年生产沼气65亿立方米,约相当于468万吨 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤;到2006年底,全国已经建设农村户用沼气池1870万口,中国农村户用沼气总数已达到2200万户,年产沼气约90亿立方米;2007年,农村户用沼气池已有2800万口,畜禽养殖场和工业废水沼气工程达到2200处,年产沼气约100亿立方米。2007年,中国已进入立项程序的生物质发电项目达到105项,产值约3000 MW。国家计划在“十一五”期间,农村地区推广户用沼气,全国新建农村户用沼气2200万户,到2010年,全国户用沼气总数达到4000万户, ?年产沼气总计约150亿立方米。 目前我国沼气资源总量有446 亿立方米,如果按热值当量(23.02 兆焦/立方米)折算相当于3500 万吨标准煤, 到2020 年中国沼气资源总量915 亿立方米,比2000 年增加1 倍,相当于7190 万标准煤。沼气资源总量是有限的, ? 中投顾问产业研究中心. 2009-2012年中国生物质能利用产业投资分析与前景预测报告, 2009 ? 中国可再生能源学会风能专业委员会. 2009年中国风电装机容量统计,2010 2 仅是现有能源利用量的极小部分,但有两个突出优点:一是废物利用,二是技术门槛较低,可以在广大农村发展,解决农民的燃料问题。 目前,中国的秸秆总量与粮食相当,约为5亿吨,相当于2.5亿吨标煤。但是,仅有部分可以用于能源使用,从未来的中国粮食以及肉食品的需求看,秸秆将更大程度上用于饲料。 中国目前进口的大豆与植物油相当于进口约5000万吨大豆,从土地利用量看,相当于1.5亿吨粮食。这个量相当于中国粮食产量的三分之一,在未来的全球能源与粮食前景不确定的大背景下,中国的生物能源战略必须在这个根本前提下进行发展。 总体而言,中国生物能源未来50-100年内,很难有较大的发展空间,从绝对利用量到相对比例都难以取得突破。 (二)风能发展前景的基本评估与展望 风能是地球表面空气流动所产生的动能,是太阳能的一种特殊转化形式。太阳辐射在大气层中非均衡的能量分布形成大气的流动,产生风能。整个风能相当 9 于太阳辐射能的2%左右,全球风能资源总量约为2.74 × 10MW,这些风能分布 7 在地球表面10-20公里的大气层中,可利用的仅是一部分,约为2 × 10MW。中国风能储量很大、分布面广,仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦,有一 ?定的开发潜力。 由于风能本身存在密度低、不稳定、地区差异大、随机性和能量的低密度性等问题,以及风场建设的条件要求高,开发难度很大。风电建设选址对自然环境(风速)要求较高,光测风阶段就要历时1年以上。同时,由于风速的不可控性,利用小时数低,通常低于2000小时/年。目前一般每平方公里风力发电的装机容量为0.6-1万千瓦,相比之下,太阳能发电按目前比较保守的技术水平计算,每平方公里装机容量可达5-10万千瓦。考虑我国风能资源丰富地区集中于东南沿海发达地区、内蒙的草原地区,开发风电所需要的大面积土地将是一个非常棘手的难题,一个100万千瓦的风电站占地面积达到100多平方公里,对电网电力输送也将造成困难。 而且,根据欧美大力开发风电的经验,风力发电必然对当地的区域生态造成不良影响,阻滞或减缓大气层对流,以中国而言,倘若在东南沿海大范围开发风电,将对给中国大陆带来大量降水的东南季风形成拦截,导致大陆降水减少,甚至可能引起内陆水能、植被等生态的连锁损害,沙漠化将进一步加剧。此外,风电设备采用风轮机等机械传动装置,大规模应用的后期维护成本和难度较高。 ? 中投顾问产业研究中心. 2009-2012年中国风力发电行业投资分析与前景预测报告,2009 3 全球风电真正发展始于1973年石油危机,过去20多年,风电是世界增长最快的能源。近十年来全球风电累计装机容量的年均增长率接近30%,风电技术日臻成熟。 2005年底,世界风力发电装机总容量达到了5900万kW,年装机容量超过1000万kW,成为继水电、煤电和核电之后的第四大主要发电电源。2007年全球风电装机增长率为28.8%,高于过去十年的平均增长速度,2008年底总装机容量达到了120.8 GW。2008年新增装机容量在27 GW以上,同比增长36%。其中,美国新增装机容量8358 MW,总装机容量达到25170 MW,超过德国(23902 MW)。 2008年世界风电新增装机容量的近三分之一在亚洲。尤其中国装机容量新增6.3 GW,总装机容量达到12.2 GW。2009年中国新增装机容量13.8GW,年同比增长124%,总装机容量达到25.8GW,超过美国2008年的装机容量。成为世界风电发展最快的国家。 近年来,随着风电发展,围绕提高效率、安全可靠、降低成本、减轻重量、增加寿命和扩大应用等方面,风电机组的技术水平也得到了提升。 目前风电主要的问题是两点: 与现有的电网体系接轨问题:风电由于风能的不稳定与非规律性,是一种非常不稳定的电源。此外,风能的不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的分布,使风电的布局与电网的匹配也有一定的困难。目前这些问题还有待于解决。 再就是,风电的发展余地有限,风机有效利用的工作时间也是有限。 (三)水能 水能是常规能源,水直接被人类利用,还是能量的载体。它也是一种特殊的太阳能形式,太阳能蒸发海洋的水分,在大气流动的作用下,形成陆地上的雨水,产生水能,水流能量的大小取决于流量和落差这两个因素。 水能价廉、清洁,是可再生能源中利用历史最长,技术最成熟,应用最经济也最 8广泛的能源。据估计,全世界水力资源理论蕴藏量为350000 × 10 kWh/a,技 88术可开发量约为150000 × 10 kWh/a,经济可开发量约为93500 × 10 kWh/a,目前,已开发利用的水力资源约为技术可开发量的14%。中国水能资源十分丰富, 88理论蕴藏量达59200 × 10 kWh/a,技术可开发量约为19200 × 10 kWh/a,经 8济可开发量约为12600 × 10 kWh/a,居世界第一位,由于多种原因,我国已开发利用的储量约占可开发储量的一小部分。 (四)核能 近年来,世界各国积极发展核电。俄罗斯计划到2030年在国内新建58台 4 核电机组,使核发电占总发电量的比例从现在的l6%提高到25%,并在国外投标建设40-50 台核电机组;美国计划到2050年新建核电机组100座;日本计划到2030年新建10座核电机组,使核电装机容量达到6286万千瓦,韩国计划到2015年新建12座核电机组,印度计划到2020年核电装机容量达到2900万千瓦,比 ?现在增加8倍多;到2050年达到27500万千瓦。 据国际原子能局(IAEA)2007年10月中旬发布的《至2030年的能源、电力和核能发电》报告最新预测指出,在今后几十年内,核能发电作为一种主要的能源将会继续存在。在IAEA高限预测中,增加了一些有前景的项目,估计全球核能发电能力将增加到2030年679GW,平均年增长率约为2.5%。 核能发电占世界电力生产的份额已从1960年的小于1%增加到了1986年的16%,1986年至2007年的21年内,这一比例基本保持不变,核能发电随全球电力生产而稳步增长。截至2005年,全球正在运行的核动力堆总数达到443个,核能发电占世界总电力约16%。2006年,全世界运转中的核反应堆435座,有29座以上在建设中。美国运转最多,为103座;法国次之,为59座;日本为55座(1座以上在建设中);俄罗斯为31座(7座以上在建设中)。拥有核能发电的30个国家中,由核能供电的份额变化较大,如法国占78%,到比利时占54%、韩国占39%、瑞士占37%、日本占30%、美国占19%、南非占4%和中国占2%。俄罗斯有31座核反应堆在运转,5座在建设中,并有大的扩能计划。美国有103座核反应堆,提供电力份额19%。在过去几十年内,现有核反应堆提高了输出电力,并提供技术进行了更新。现在48座核反应堆已进行了20年的更新,因此其技术转让寿命期为60年。美国核反应堆总计的3/4已进行了技术更新。 近几年,核能发电站的扩建集中在亚洲:至2006年底,建设中的29座就有15座在亚洲;最近建设的36座核反应堆已与电网联网的有26座在亚洲。印度核能发电所占比例现小于3%,但至2006年底,拥有建设中核电站的1/4,在建设中29座核电站中拥有7座。 2007年,中国核电站共生产620亿千瓦时的电量,但只占整个国家电力的2%,远低于法国的3/4和日本的1/4。中国有4座核反应堆在建设中,并计划到 ?2020年扩大近5倍,装机容量达到4000万千瓦,占全国发电装机的4%。 核电主要的问题是核燃料的资源有限性问题。 上面讨论的是核裂变的核能利用方式,核聚变的核能利用方式如果可行,将是人类社会的能源最终解决办法,可接近无限的能量提供方式。但这是一个遥远的未来。 ? 徐红志. 核能:清洁、安全、高效的能源解决之道. UPS应用杂志,2008 ? 快速发展的中国核能. 国防工业科技杂志,2009 5 (五)太阳能 太阳能主要是两种形式,太阳热能的利用方式与太阳能发电的方式。太阳热能利用方式是比较成熟技术,是一种有限的能量使用方式。太阳能发电是人类追求的主要能源利用形式,是全球一致认同的未来能源最终解决方案。 太阳能发电主要是两种形式:太阳能光伏发电、太阳能热发电。这两种方式都有成为最终的能源解决方案的可能性。目前,从技术成熟性考虑,太阳能电池已经到了一个特别阶段:接近可用的临界点。在下面予以特别介绍。 二、太阳能电池发展前景 (一)太阳能电池发展的能源解决效果 太阳能发电的能量转换路线是直接将太阳辐射能转换为电能,是所有可再生能源中对太阳能的转换环节最少、利用最直接的、效率最高的。目前,晶体硅太阳电池的转换效率实用水平在15-20%之间,实验室水平最高可达35%。因此,从这个角度讲,太阳能发电是我们目前可以使用的能源中一次性转换效率最高,并且使用最简单、最可靠、最经济的新兴能源,其一次性将太阳能转换为人类能够高效利用的电能的水平是高效植物的约100倍左右。一亩土地的太阳能电池的能源效果相当于100亩土地的生物能源效果。太阳能电池实际是一种最实用的核聚变能源利用形式,从这个意义讲,这是一个能源问题的最终解决方案。 我国三分之二的国土面积的西北地区,有丰富的太阳辐射资源,其中,西藏西部是我国太阳能资源最富集的地区,最高达2333 千瓦时/平方米(日辐射量6.4千瓦时/平方米),居世界第二位,仅次于非洲撒哈拉大沙漠。利用一亿亩西北地区的土地(国土的1%左右)来安装并网光伏发电系统,按目前比较保守的 2100 W/m技术水平计算,装机容量即可达到60亿千瓦左右。相当于火电20亿千瓦左右的发电效果。相当于人均解决能源3吨标煤,超过目前中国人均能源消费量。 从上述意义讲,太阳能电池是未来能源发展的根本方向,只有太阳能电池才具备能源问题的最终解决的可行性。 (二)太阳能电池发展的实用前景 太阳能电池目前已经历经约50年的发展历程,各种基本技术相当完善,成本也在迅速接近火电成本,非常有可能在未来10年左右,太阳能电池的成本可以与传统的化石能源的成本相当。如果如此,能源的可持续问题以及CO2减排问题就彻底解决。这就是一个全新的能源时代的到来。 6 参考文献 [1] 刘汉元,刘建生. 能源革命:改变21世纪. 中国言实出版社,2010 [2] 农业部. 主要农产品进口量值表,2009 [3] 中国可再生能源学会风能专业委员会. 2009年中国风电装机容量统计,2010 [4] 中投顾问产业研究中心. 2009-2012年中国风力发电行业投资分析与前景预测报告, 2009 7 8
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