張 晶，羅 鑫

（大連大學 環(huán)境與化學工程學院，遼寧 大連 116622）

1 引言

能源是國民經濟發(fā)展的驅動力和支柱，是社會得以繁榮發(fā)展的重要物質基礎。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濟發(fā)展具有重要意義。清潔能源指在生產和使用過程不產生有害物質排放的能源，可再生的、消耗后可得到恢復，或非再生的及經潔凈技術處理過的能源。本文以核能、氫氣、風能、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，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據顯示，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；天然氣的消費結構將繼續(xù)發(fā)生調整，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該是改進現(xiàn)有技術，增加水利發(fā)電量，在一定時期內不會進行大型的新建大壩的工程。

2.4 風能

風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，我國風電發(fā)展迅猛，無論從裝機容量、發(fā)展規(guī)模還是風機制造能力上看，都已是名符其實的世界風電大國[8]。2012年，中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。2012年，中國海上風電新增裝機46臺，容量達到127MW，其中潮間帶裝機量為113MW，占海上風電新增裝機總量的89%，截至2012年底，中國已建成的海上風電項目共計389.6MW，是除英國、丹麥以外海上風電裝機最多的國家[9]。

近兩年，我國風電機組制造商加快了海外市場的擴展步伐，風電機組出口國家從2007年的1個擴大到19個，其中美國是最主要的風電機組出口國。截至2012年底，我國向美國出口的風電機容量已達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濟效益。

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

2.5 太陽能

太陽能熱利用具有廣闊的應用領域，但最終可歸納為太陽能熱發(fā)電（能源產出）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[8]。當前太陽能熱利用最活躍并已形成產業(yè)的當屬太陽能熱水器、太陽能熱發(fā)電和太陽能制冷。此外 ，在太陽能熱泵、熱推進技術等新型領域也有一定的研究與應用。

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量1600萬kW，其中我國年產量就有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、應用最普遍的技術。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，也是未來該領域發(fā)展的主要形式，而且我國的太陽能產品多以配件或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)利用海洋能技術中，潮汐發(fā)電最為成熟，與風能和太陽能相比，潮汐能更為可靠，其發(fā)電量不會產生大的波動，而且不占用農田、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的研發(fā)，而經過多年的研究試點，我國潮汐發(fā)電行業(yè)在技術上日趨成熟，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)利用于低碳經濟和可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。

2.7 地熱能

我國對地熱能的利用主要是地熱發(fā)電、地熱供暖、地熱務農，利用地熱能是對日益減少的化石能源的良好補充，合理開發(fā)地熱能源對我國發(fā)展綠色低碳經濟，兌現(xiàn)對國際社會節(jié)能減排的承諾具有重要意義[14]。羊八井地熱站不僅是我國最大的地熱電站，也是世界上唯一一座利用地熱潛層熱儲進行工業(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，相當于燃燒8×108kg標準煤，從而也減少了 2.096×109kgCO2，6.8×106kgSO2，5.92×109kgNOx的排放。我國地熱能開發(fā)利用潛力巨大，據初步估算，全國287個地級以上城市每年淺層地溫能資源量相當于95億t標準煤，我國大陸3000～10000m深處干熱巖資源相當于860萬億t標準煤，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]。階梯利用地熱能將成為主要發(fā)展趨勢[16]，但是缺乏統(tǒng)一的全國地熱資源勘查開發(fā)規(guī)劃、開發(fā)利用程度低、浪費現(xiàn)象嚴重、國家不夠重視都是我們開發(fā)地熱需要克服的問題。

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。我國已經有數十家院校和科研單位在氫能領域研發(fā)新技術，數百家企業(yè)參與配套生產。上海作為我國氫能產業(yè)最領先的地區(qū)，2007年11月建成中國第一個汽車氫氣充裝站，當時計劃2009年形成千輛級氫能汽車的生產能力，并加快氫能汽車的基礎設施建設，初步建成加氫站網絡。氫能的大規(guī)模利用將在10年后[17]，制氫技術也隨之不斷完善和改進。

2.9 生物質能

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。生物質能蘊藏在植物、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。當前，甚至在相當長的一段時期內我國燃料乙醇的生產仍應以淀粉質原料為主，其中主要是玉米。玉米易加工轉化，易于提取純化，生產燃料乙醇附產品綜合經濟效益最好，技術最成熟，成本也最低。我國已經在黑龍江、吉林、河南和安徽4省建設陳化糧生產燃料乙醇工程，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、能源與社會經濟發(fā)展之間的矛盾，仍然任重道遠。因此，加強太陽能、風能、生物質能、地熱能等可再生清潔能源的大規(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)保嚴格要求的雙重制約下實現(xiàn)經濟和社會的可持續(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，利用科學技術、政策等諸多手段實現(xiàn)能源生產與消耗的可持續(xù)發(fā)展，達到能源、環(huán)境、經濟、社會的相互協(xié)調的目標。

[1]佚 名.規(guī)劃新能源 未來15年三步走 生物質能源將占15%[J].廣西電力建設科技信息，2006，115（2）：20～21.

[2]佚 名.中國核能行業(yè)協(xié)會2013年年會在滬召開[EB／OL].2013－05－24.http：／／www.china－nea.cn／html／2013－05／26704.html.

[3]姬文狀，賈海軍.核能在我國能源可持續(xù)發(fā)展中的作用及前景[J].中國能源，2006，28（6）：41～42.

[4]金翔龍.二十一世紀海洋開發(fā)利用與海洋經濟發(fā)展的展望[J].科學中國人，2006（11）：13～17.

[5]中國產業(yè)研究院.我國天然氣發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢分析[EB／OL].2009－09－25.http：／／www.ciedr.com.

[6]李華啟，劉愛國.中國天然氣利用發(fā)展趨勢和政策趨向[J].國際石油經濟，2002（6）：27～29.

[7]佚 名.水能的利用和分布[EB／OL].http：／／www.chinacem.org／cem／1122503.html.

[8]李春曦，王 佳，葉學民，等.我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].電力科學與工程，2012，4（4）：3.

[9]中國可再生能源學會風能委員會.2012年風電裝機容量統(tǒng)計[J].風能，2013（3）.

[10]丁 靜，車俊鐵，張吉月.太陽能發(fā)電技術綜述[J].世界科技研究與發(fā)展，2008，30（1）：56～59.

[11]邢繼俊，黃 棟，趙 剛.低碳經濟報告[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[12]胡成春.我國豐富的海洋能有待開發(fā)[J].科技導報，1993（7）.

[13]劉 瑾.我國潮汐發(fā)電開發(fā)加快 污染成本低前景大好[N].經濟日報，2011－10－25.

[14]劉金霞，王燕霞.推進我國地熱利用大發(fā)展[J].中國石化，2012（12）.

[15]中華人民共和國國土資源部.地熱能資源調查評價與開發(fā)利用相關工作情況[EB／OL].http：／／www.mlr.gov.cn／wszb／2011／cqxwfbh／zhibozhaiyao／201104／t20110422＿844954.html.

[16]詹 麒，崔 宇.我國地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景分析[J].理論月刊，2010（8）：170，172.

[17]陳霖新.我國氫能利用現(xiàn)狀及發(fā)展?jié)摿J].氣體分離，2005（2），13～16.

[18]孫永明，袁振宏，孫振鈞.中國生物質能源與生物質利用現(xiàn)狀與展望[J].可再生能源，2006（126）：78～82.

[19]李仲來，魏明華.燃料乙醇的生產及應用概況[J].化工設計通訊，2008（3）：53～60.

[20]梁慧鋒.清潔能源的發(fā)展現(xiàn)狀[J].河北化工，2010，23（4）：28～30.