太空太阳能发电站给我们提供能源需求,这个项目听起来有点香
这听起来像科幻小说:漂浮在太空中的巨型太阳能发电站向地球发射大量的能量。在很长一段时间里,这个概念主要是对作家的启发。这个概念最初由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)在20世纪20年代首次提出。
然而,一个世纪后,科学家们在将这一概念变为现实方面取得了巨大进展。欧洲航天局已经意识到这些努力的潜力,现在正寻求为这些项目提供资金,并预测我们将从太空获得的第一个工业资源是“束流能量”。
气候变化是我们这个时代最大的挑战,所以有很多风险。从全球气温上升到天气环境的变化,全球各地已经感受到气候变化的影响。要克服这一挑战,就需要彻底改变我们的能源生产和消费方式。
近年来,可再生能源技术发展迅速,效率提高,成本降低。但阻碍它们吸收的一个主要障碍是它们不能提供持续的能量供应。风能和太阳能发电厂只有在风吹或阳光明媚的时候才能产生能量,但我们每天都需要24小时不间断的供电。最终,我们需要一种大规模储存能源的方法,然后才能转向可再生能源。
空间的好处
一种可能的解决办法是在太空中产生太阳能。这有很多好处。一个太空太阳能发电站可以一天24小时地绕轨道直面太阳。地球大气层也会吸收和反射一些太阳光,因此大气层上方的太阳能电池将接收更多的阳光,产生更多的能量。
但要克服的关键挑战之一是如何组装、发射和部署这种大型结构物。一个太阳能发电站的面积可能要达到10平方公里,相当于1400个足球场。使用轻质材料也很关键,因为最大的开支将是用火箭将空间站发射到太空的费用。
一个被提议的解决方案是开发一个由数千颗小型卫星组成的集群,这些卫星将聚集在一起并配置成一个单一的大型太阳能发电机。2017年,加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员概述了一个模块化发电站的设计,该电站由数千块超轻型太阳能电池板组成。他们还展示了一块每平方米重量仅为280克的瓷砖原型,与卡片的重量相似。
这些方法将使科学家能够在太空建造发电站。有朝一日,从国际空间站或未来绕月轨道的月球门户站是可以建造这样的发电站的。这样的装置可以为月球上的装置提供电力。
这项技术的可能性还不止于此。虽然我们目前依赖于来自地球的材料来建造发电站,但科学家们也在考虑利用太空资源进行制造,比如在月球上发现的材料。
如何将太空发电站的电能传输到地球
另一个主要的挑战是如何将能量传输回地球。这项计划是将太阳能电池的电能转换成能量波,并利用电磁场将其传输到地球表面的天线上。然后天线将把电波转换回电能。由日本宇宙航空研究机构领导的研究人员已经开发出了设计方案,并演示了一个能够做到这一点的轨道飞行器系统。
在这一领域仍有许多工作要做,但目标是在未来几十年内,太空太阳能发电站将成为现实。中国的研究人员设计了一种叫做Omega的系统,他们的目标是在2050年前投入使用。这个系统应该能够以峰值性能向地球电网提供2GW的电力,这是一个巨大的数字。要想用地球上的太阳能电池板产生这么大的能量,你需要600多万块。
小型太阳能卫星,比如那些为月球车提供动力的卫星,可能会更快投入使用。
在全球范围内,科学界正致力于太空太阳能发电站的开发。希望有朝一日它们能成为我们应对气候变化的重要工具。
众所周知,可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源,是取之不尽,用之不竭的能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。在近日举行的第二届清华大学“碳中和经济”论坛上,国家能源局新能源与可再生能源司司长李创军表示,可再生能源已成为新一轮能源革命和科技产业革命的主战场,发展可再生能源是减排不减生产力的重要支柱。
如此说来,我国大力实施可再生能源替代行动,这可能对能源产业产生哪些影响呢?
目前,国内规模化应用的新能源产业包括太阳能、风能、核能等,近年以来,我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著,发电量稳步提升。但还是可能伴随能源危机。最近的一个例子就是今年全国性的高温,我国四川重庆地区分别出现了限电拉闸等情况。主要是因为天气干旱,四川本来就是以水力发电为主的一个城市,在全面高温的情况下,他们的电量也明显供应不足。
促进新能源产业高质量发展、促进电源端、储能端与需求端依市场规律高效匹配,实现以新能源为主体的新型电力系统供需平衡,好发挥新能源在能源保供增供方面的作用;要构建清洁低碳安全高效的能源体系,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。
总的来说,促进全产业链协同发展,积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源,推动能源电子产业链供应链上下游协同发展,形成动态平衡的良性产业生态,避免产能过剩 。
可再生能源替代主要从新能源开发入手。
新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
水能是一种可再生能源,是清洁能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。水不仅可以直接被人类利用,它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环,使之持续进行。地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少,水能是非常重要且前景广阔的替代资源。
部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展,并在世界各地形成了一定的规模。目前,生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。
国际能源署(IEA)对2000~2030年国际电力的需求进行了研究,研究表明,来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为,在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快,年增长速度近6%,在2000~2030年间其总发电量将增加5倍,到2030年,它将提供世界总电力的4.4%,其中生物质能将占其中的80%。
目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低,一方面是与不同国家的重视程度与政策有关,另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关,尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等。据IEA的预测研究,在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降,从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关,因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。
1.1太阳能发电的特点
太阳能发电技术主要包括:太阳电池和矩阵、蓄电池和充电器、逆变器等技术.它具有以下特点.
(1)利用太阳能.优点是太阳能总量巨大,是使用不会枯竭的能源;没有影响环境的排泄物,是最清洁的能源;不集中在某个地方,是在整个地球上都可以利用的能源.但是,不集中也是它的缺点.有时可采取聚焦等方法,来提高效率.另外,还受天气影响,一般在计算太阳电池的转换功率时,都是在规定的天气和辐射条件下来确定,采用单位叫峰瓦,符号为Wp.下面为了方便起见,在本文中仍用瓦(W)作为单位,但是实际意义是峰瓦(Wp).
(2)太阳能发电使用的是静止装置,无可动部分,容易维护.太阳电池、蓄电池和逆变器都可以采用模块结构,自由组合,可大可小,可以大规模生产,降低成本.不需要运送燃料,可以放置在边远地区和海岛上.建设工期比水电站和火电站短,节省施工费用.
(3)太阳能发电一般把设备安装在用户所在地,可以节省输配电设备.据日本有关统计资料,可节约供电成本25%左右.但是1MW(1000kW)以上的太阳能发电系统,仍然要采用输配电设备,形成独立电网.
根据国家发改委、国家科技部共同提出的可再生能源发展的总目标:“提高转换效率,降低生产成本,增大在能源结构中所占比例.”太阳能发电技术的发展方向主要也是提高转换效率,降低生产成本.
1.2太阳电池
太阳电池技术是太阳能发电技术的主要组成部份.太阳电池的光电转换效率是代表材料性能、器件结构、制备技术、工艺设备和检测手段等综合性能水平的标志性指标.太阳电池的光电转换效率分为两种.一种是小尺寸(例如1cm2)的研究开发水平:单晶硅太阳电池24.7%,多晶硅太阳电池19.8%,非晶硅太阳电池15%,铜铟硒太阳电池18.8%,砷化镓太阳电池33%,有机纳米晶太阳电池5.48%.一种是大尺寸(例如1200cm2)的商品化生产水平:单晶硅太阳电池15%,多晶硅太阳电池12%,非晶硅太阳电池8%,铜铟硒太阳电池10%.以上数据都是从已经公开发表的文献资料中收集来的,现在可能已有所变化.
提高太阳电池的光电转换效率是降低太阳能发电设备成本的主要手段.转换效率高,可以在同样发电容量下,减少太阳电池矩阵面积,减少太阳电池模块用量.因此成为太阳能发电技术的主要发展方向.
我国从上世纪50年代起就开始对太阳电池进行研究.1993年成立中国光电发展技术中心,上世纪80至90年代先后从国外引进多条太阳电池生产线.到2001年,太阳电池的年生产能力达到6.5MW/年.近几年,太阳电池的研究开发和生产飞跃地发展.保定英利新能源有限公司建成500MW的太阳电池生产线.南开大学在天津建立铜铟硒太阳电池中试线,使我国成为继德、美、日之后第4个开展这种电池中试的国家.中国科学院半导体研究所对非晶硅太阳电池转换效率下降机制的研究取得国际上领先的成果,转换效率最低可限制在10%以内.中国科学院物理研究所研制的有机纳米晶太阳电池,转换效率达到5.48%,向实用性产品迈出了重要一步.从整体上看,我国不但在太阳电池生产能力上进入国际先进行列,而且在两大主要发展的太阳电池产品:非晶硅太阳电池和铜铟硒太阳电池的研究开发上达到国际先进水平.同时还在新的有机纳米晶太阳电池的研究中取得国际领先的成果.
问题二:新能源产业包括哪些 1、新能源按其形成和来源分类:
(1)、来自太阳辐射的能量,如:太阳能、水能、风能、生物能等。
(2)、来自地球内部的能量,如:核能、地热能。
(3)、天体引力能,如:潮汐能。
2、新能源按开发利用状况分类:
(1)、常规能源,如:水能、核能。
(2)、新能源,如:生物能、地热、海洋能、太阳能、风能。
3、新能源按属性分类:
(1)、可再生能源,如:太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能。
(2)、非可再生能源,如:核能。
4、新能源按转换传递过程分类:
(1)、一次能源,直接来自自然界的能源。如:水能、风能、核能、海洋能、生物能。
(2)、二次能源,如:沼气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。
来源
太阳能
太阳能有广义狭义之分:狭义太阳能是指现代能用现代技术直接利用转化的太阳辐射;广义的太阳能除包括狭义太阳能还包括间接获得到太阳能量,如由于太阳辐射引起的大气流动――风能、远古植物形成煤等。
风能
风能(wind energy)地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。
水能
广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;
狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源一次能源。
生物质能
生物质能(biomass energy )就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
核能
核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量。
地热能
地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。
问题三:现代利用最多的五大能源是什么 主要是煤炭石油 其他有生物能等
石油
石油资源基准可以分为三类:已探明储量(已探明但未开采的石油),储藏增长值(主要由于技术因素增加了油气的回收率,导致储量的增加),未发现储量(有待通过勘探发现的资源)。美国、前苏联、中南美洲以及非洲的储量增长较快,而前苏联和中南美洲的未发现储量较大。
生物能源
生物能源(又名生物质能)是利用有机物质(例如植物等)作为燃料,通过气体收集、气化(化固体为气体)、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产生能源。只要适当地执行,生物质能也是一种宝贵的可再生能源,但要看生物质能燃料是如何产生出来。
目前全球范围正在炒做用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽油等能源来满足日益增长的需求,以及过高价格带来的过高成本。
为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源,是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。
可再生能源
现代可再生能源技术发展极为迅速,将于2010年后不久超过天然气,成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低,假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会,使其摆脱依赖于补贴的局面,并推动新兴技术进入主流。
在本期预测中,风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源(生物质能除外)的增长速度为7.2%,超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。
问题四:中国五大能源公司是指哪些 山东鲁能
・中国石油天然气集团公司
・中国石油化工集团公司
・中国南方电网公司
・中国华能集团公司
・中国大唐集团公司
・中国国电集团公司
・中国华电集团公司
・中国电力投资集团公司
・中国东方电气集团公司
问题五:中国五大发电集团的五大集团 中国五大发电集团为:中国华能集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团、中国大唐集团。
问题六:能源类都有哪些专业? 能源类五大专业No.1油气勘探:技术产量全球一流No.2核能:发展潜力巨大No.3风能:可再生能源的领头羊No.4太阳能:产业规模全球最大No.5火电制造能力全球第一eol/....shtml
问题七:中国十大新能源公司有哪些 中国新能源企业30强名单:
公司名称入选理由无锡尚德电力控股有限公司尚德是中国最大的太阳能电池生产商,也是全球最大的太阳能电池生产商之一。作为全球及中国光伏产业的领军企业之一,在光伏自主技术创新以及国际市场开拓方面取得了公认的成就。尚德是第一家在纽交所上市的光伏企业,推动了行业的发展。比亚迪汽车股份有限公司比亚迪是全球最大汽车动力电池供应商之一,是中国乃至全球新能源汽车的领跑者。作为中国新能源汽车的领军企业,比亚迪在锂电池及电动汽车研发领域引领国际先进水平,并且率先生产出双模纯电动和纯电动汽车,在电动汽车行业处于领先地位。该公司获得了投资大师巴菲特的亲睐。华锐风电科技(集团)股份有限公司华锐是中国最大的风电整机生产企业,中国风电产业的领军企业之一,在大功率风电机组及海上风电方面具备国际领先水平,为我国风电机组制造的国产化作出了很大贡献。华锐也是全球最大的风电设备供应商之一。新疆金风科技股份有限公司金风科技是中国风电行业的先行者,坚持自主研发,具备3MW风机的自主研发技术,为推动中国风电产业发展做出很大贡献。金风是行业内第一家上市的风电企业,推动了行业的发展。金风还是全球最大的风电设备供应商之一。英利绿色能源控股有限公司英利是全球最大的太阳能纵向整合企业之一,中国光伏产业的领军企业之一,以垂直整合产业链取得了行业领先优势。英利积极投身参与公共事业,累计向边远地区捐助1500万元,很好地履海了企业的社会责任。江西赛维LDK太阳能高科技有限公司赛维LDK是全球最大的太阳能电池硅片生产商。在光伏晶硅原料和硅片领域具备国内领先的规模和技术水平,通过产业链纵向延伸进一步确立了行业竞争优势。该公司在2009年成功投产万吨级高纯硅项目,打破了国外在此项技术上的垄断。赛维LDK是较早在海外上市的新能源企业之一,推动了行业的发展。皇明太阳能股份有限公司皇明是中国最大的太阳能热水器生产商之一,国内光热产品行业的龙头企业,近年来在光伏及节能建筑领域不断创新开拓,成为国内新能源产业的领军企业之一。中航惠腾风电设备股份有限公司中航惠腾是中国最大的风机叶片生产商,全球知名的叶片生产商之一。其大型风机叶片已经打入国际市场。该公司在开发新产品的过程中,从产品设计、工艺到模具研制、试验检测等各个方面,取得了一系列关于风电叶片的科研成果,同时也拥有了一批具有自主知识产权的核心技术,使企业在激烈的行业竞争中具备了绝对优势。广东明阳风电产业集团有限公司明阳风电是中国排名靠前的知名风电企业,中国民营风电企业中领军者之一。该公司研发的超紧凑型风机技术为今后大功率风电机组的研发提供了技术基础。明阳风电获得多家国际著名VC投资,即将登陆资本市场。苏州阿特斯阳光电力科技有限公司阿特斯是中国光伏产业著名企业,是行业内较早在海外上市的新能源企业之一,近年发展速度很快,其产能在行业中排名靠前。该公司研发的UNG硅组件系列已正式下线,新产品正式投放市场,填补了光伏市场的空白,有利于光伏电池的成本下降。江苏太阳雨新能源集团有限公司太阳雨是中国最大的太阳能热水器供应商之一。产品已销往全球100多个国家。2008年,凭借 “保热墙”技术,太阳雨为行业发展作出重要贡献,哈丁博士也因此荣获世界太阳能行业最高奖“霍特尔奖”。 阳光电源股份有限公司合肥阳光是中国最大的逆变器生产商,技术水平处于国内领先地位。拥有逆变器行业国内唯一的自主创新技术,为解决光伏和风电并网提供了关键性解决方案。晶澳太阳能光伏科技有限公司晶澳是较早海外上市的光伏企业之一,国内光伏产业领军企业之一。晶澳在单晶硅电池领域......>>
问题八:中国所有能源集团有哪些 五大发电集团:华能集团公司、大唐集团公司、华电集团公司、国电集团公司和中电投集团公司。
地方集团:粤电集团、浙江能源、皖能、福州能源
四小豪:国华电力、中广核、华润电力、国投电力
很好的一个:北京能源(待遇相当好的)
其他:中国长江三峡工程开发总公司
山东鲁能发展集团公司
国网新源控股有限公司
北京能源投资(集团)有限公司
贵州金元集团股份有限公司
河北省建设投资公司
河南投资集团有限公司
江苏省国信集团
中国核工业集团公司
申能(集团)有限公司
深圳市能源集团有限公司
华阳电业有限公司
湖北能源集团股份有限公司
四川省投资集团有限公司
广西投资集团有限公司
新力能源开发有限公司
江西省投资集团公司
广州发展集团有限公司
问题九:中国五大发电集团分别以什么能源发电 五大发电集团:大唐、华能、华电、中电投、国电。五大集团绝大部分都是火电装机,也就是用煤来发电的。当然,他们旗下也有部分水电、风电、太阳能的,比如中国的第二大水电,广西龙滩就是大唐旗下,至于风电太阳能如果没有国家政策的话都是亏钱买卖,但是国家提倡新能源,国家想让五大集团再生能源发电占一定比重,所以大家为了扩张规模,不是很情愿的搞了点风能太阳能
问题十:五大发电集团有哪些上市公司? 华能国际 大唐发电 国电电力 华电国际 长江电力
国际能源署表示,太阳能产量预计将在未来10年引领可再生能源供应的激增,在目前情况下,可再生能源将占全球发电量增长的80%。
在周二发布的年度《世界能源展望》中,国际能源机构在其核心情景中表示,到2025年,可再生能源有望取代煤炭,成为主要的发电方式。该情景反映了国际能源机构已宣布的政策意图和目标。
该报告称,太阳能光伏和风能在全球发电中的总份额将从2019年的8%上升到2030年的近30%,太阳能光伏发电能力将以平均每年12%的速度增长。
国际能源署执行干事法提赫·比罗尔说,“我认为太阳能将成为世界电力市场的新霸主,根据目前的政策设置,2022年以后每年的部署都将创下新的记录。”
国际能源署称,成熟的技术和政府支持机制降低了大型太阳能光伏项目的融资成本,有助于降低总体产出成本。它说,在大多数国家,太阳能光伏发电比新的燃煤或燃气发电厂更便宜。可再生能源发电是2020年持续增长的唯一重要能源。
报告称,希望到2050年采取净零排放目标,将使光伏发电的表现更加强劲。报告还指出,尽管太阳能和风能发电有所增长,但碳排放预计在2020年下降24亿吨之后,将在2021年回升,并在2027年超过2019年的水平,到2030年达到36亿吨。
国际能源署表示,在许多情况下,长期目标与具体的近期减排计划之间仍存在差距。该报告还说,将新的风能和太阳能发电整合起来,将取决于包括配电网络在内的系统各部分的充分投资。潜在的原因是需求低于预期、未支付账单或发展中经济体公用事业财务状况恶化,这可能会使电网成为一个薄弱环节。
据外媒报道,国际能源署在关于可再生能源的报告中预计,2019年至2024年期间,全球可再生能源总装机量将增长1200GW,增幅达到50%,太阳能光伏将成为主导。其中,仅太阳能光伏一项就占了预期增长的60%,而大陆上风能则占据了增长中的四分之一。尽管水力仍占可再生能源总装机量增量的十分之一,但其增长速度正在放缓。报告指出,到2024年,中国占全球可再生能源装机量增长总量中的40%。对中国的预测值高于去年,主要是因为中国的系统集成有所改善,更低的弃风率,以及增强的太阳能光伏和陆上风能的竞争力。
#电力#, #太阳能#, #动力#
作者:吃多不长肉
责编:路一斯
二十世纪50年代,太阳能利用领域出现了两项重大技术突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池,二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。
70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。1992年,美国政府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应,以E=MC2 (M为物质的质量,C为光速)的关系进行质能转换(1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量),并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW,其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后,还有约70%投射到地面。尽管如此,投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh,相当于1.3´ 106亿吨标煤,其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计,太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量(单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年)和全年日照总时数表示。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。
三、地热能
一、地热资源概念
地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下,地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。
地热资源按其在地下的赋存状态,可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源;其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。
各种类型地热资源,均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作,才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度,目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m,其中2000m以浅为经济型地热资源,2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为;可供高温发电的约5800MW以上,可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。
二、成生与分布
地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系,特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看,大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘,如板块的碰撞带,板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。
地热资源赋存在一定的地质构造部位,有明显的矿产资源属性,因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。
通过地质调查,证明我国地热资源丰富,分布广泛,其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处,打成的地热井2000多眼,其中具有高温地热发电潜力有255处,预计可获发电装机5800MW,现已利用的只有近30MW。
目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价,为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划,进行重点勘探,进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处,主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现:
1)高温地热系统,可用于地热发电的有255处,总发电潜力为5800MW·30A,近期至2010年可以开发利用的10余处,发电潜力300MW。
2)中低温地热系统,可用于非电直接利用的2900多处,其中盆地型潜在地热资源埋藏量,相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等,还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一,总体资源保证程度相当好。
四、海洋能
海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因,潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化,其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流能和波浪能为机械能,海水温差能为热能,海水盐差能为化学能。
近20多年来,受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动,作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟,为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。
我国有大陆海岸线长达18000多公里,有大小岛屿6960多个,海岛总面积6700平方公里,有人居住的岛屿有430多个,总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地,又是海洋运输和开发海洋的前哨,并且在巩固国防,维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来,随着沿海经济的发展,海岛开发迫在眉睫,能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏,不愿投资;驻岛部队用电困难,不利于国防建设;特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿,依靠大陆供应能源,因供应线过长,诸多不便,非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高,寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。
我国海洋能开发已有近40年的历史,迄今建成的潮汐电站8座,80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站,进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之,我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,小型潮汐发电技术基本成熟,已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小,单位千瓦造价高于常规水电站,水工建筑物的施工还比较落后,水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决,电站造价急待降低。
我国波力发电技术研究始于70年代,80年代以来获得较快发展,航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化,现已生产数百台,在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置,已向国外出口,该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站,第一台装机容量3kW的装置,1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站,均已试建成功。总之,我国波力发电虽起步较晚,但发展很快。微型波力发电技术已经成熟,小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国,小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。
潮流发电研究国际上开始于70年代中期,主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究,至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末,首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究,目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位,但尚有一系列技术问题有待解决。
海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。
潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此,应重视对可行性分析的研究。目前,还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面,可以考虑中央、地方及企业联合投资,也可参照风力发电的经验,在引进技术的同时,由国外贷款。
波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内,在目前的基础上下降2—4倍,达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。
中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍,以及中国在制造成本上的优势,因此发展外向型的波能利用行业大有可为,并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此,当前应加强百千瓦级机组的商业化工作,经小批量推广后,再根据欧洲的波能资源,设计制造出口型的装置。由于资源上的差别,中国的百千瓦级装置,经过改造,在欧洲则可达到兆瓦级的水平,单位千瓦的造价可望下降2—3倍。
从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为:基础方面,重点研究低温差热力循环过程,解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究,提供设计技术;在技术项目方面,应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置,并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合,作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境(空调)和海上养殖场的综合设备。
中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。
五、生物质能
生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源,通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:
1.热化学转换法,获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品,该方法又按其热加工的方法不同,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;
2.生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;
3.利用油料植物所产生的生物油;
4.把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料),以便集中利用和提高热效率。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前,生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和 l0%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10—25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。
我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
随着科技的不断进步,人们对于能源的需求量也越来越大,为了让人们的生活有保障,就有必要去开发新能源,为人们提供一个更好的社会。太阳能是一个非常有发展前景的一种可再生能源,因此科学家也对太阳能进行了许多研究,目前在太阳能方面也取得了比较好的进展。人们为了提高太阳能电池的光转化能力,同时为了降低成本,仍然在这一方面不断的进行探索。
人们可以通过植物的光合作用来利用太阳能,虽然光合作用能够固定太阳能的能量比较少,但是可以广泛的去利用太阳能,可以有着非常大的发展空间。植物在进行光合作用的过程中,叶绿体中的胡萝卜素或者叶绿素可以捕捉太阳能,可以将太阳能转化为化学能,进一步去固定二氧化碳,生成氧气以及碳水化合物的过程,人们可以模仿这个机理去创造人们可用的资源。
光合作用分为暗反应和光反应,光反应是固定太阳能的最重要的一个反应,可以有效的吸收太阳光的能量,可以传递能量,同时也能够对能量进行转化。人们除了可以利用光合作用来为人们产生可利用的能源,还可以通过光热利用太阳能。光热利用主要是人们可以将太阳辐射收集起来,可以让辐射与物质间发生相互作用,进而产生热能的一个过程,太阳能热水器就使用的是这个原理。
人们通常可以用太阳能来发电,这也是可以大规模使用的一种方式,可以将太阳能中的热能转化为蒸汽,然后用蒸汽带动发动机来发电,这样的转化过程可以有效的为人们服务。人们寻求可再生能源已经刻不容缓,随着人口数量不断增加,人们所能够消耗的能源也越来越少,因此就需要合理的去利用太阳能,为人们的生活提供便利,同时还需要合理的开发其他新能源,比如风能。