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新能源的開發與利用

【前言】：能源是人類社會生存和發展的必需品，高速發展的經濟使得能源危機和環境污染已經成為21世紀國際關鍵詞。如何緩解經濟發展與能源及環境之間的矛盾，新能源給我們提供了一種新的選擇，它將成為破解中國乃至世界難題的利劍，引領世界跨入強勁增長的新能源經濟時代。

【關鍵詞】：能源開發利用技術進步

一、開發利用新能源的意義

不論是從經濟社會走可持續發展之路和保護人類賴以生存的地球生態環境的高度來審視， 還是

從為世界上20多億無電人口和一些特殊用途解決現實的能源供應出發，發展新能源和可再生能源均具有重大戰略意義。

1、新能源和可再生能源是人類社會未來能源的基石，是化石能源的替代能源。

在人類開發利用能源的歷史長河中，以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主的時期，僅是一個不太長的階段，它們終將走向枯竭，而被新能源所取代。人類必須未雨綢繆，及早尋求新的替代能源。研究和實踐表明，新能源和可再生能源，資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環境，是國

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際社會公認的理想替代能源。根據國際權威單位的預測，至U21世紀60年代，即2060年，全球新能源和可再生能源的比例，將會發展到占世界能源構成的(#-以上，成為人類社會未來能源的基石，世界能源舞臺的主角，目前大量燃用的化石能源的替代能源。

2、新能源和可再生能源清潔干凈、污染物排放很少，是與人類賴以生存的地球生態環境相協調的清潔能源。

全球氣候變化是當前國際社會普遍關注的重大全球環境問題， 它主要是發達國家在其工業化過

程中燃燒大量化石燃料產生的溫室氣體的排放所造成的。 因此，限制和減少化石燃料燃燒產生的溫

室氣體的排放，已成為國際社會減緩全球氣候變化的重要組成部分。而新能源和可再生能源是保護生態環境的清潔能源，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用， 是保護生態環

境、走經濟社會可持續發展之路的重大措施。

3、新能源和可再生能源是世界不發達國家的20多億無電人口和特殊用途解決供電問題的現實能源

有些領域，如海上航標、高山氣象站、地震測報臺、森林火警監視站、光纜通信中繼站、微波通信中繼站、邊防哨所、輸油輸氣管道陰極保護站等，在無常規電源等特殊條件下，其供電電源由新能源和可再生能源提供，不消耗燃料，無人值守，最為先進、安全、可靠和經濟。

二、我國新能源研究開發活動的現狀

.新能源領域的研究開發(R&D股入不斷增加，但份額較低

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2001—200/，財政科技預算中可再生能源的R&改出從0.53億元增力口至I3.25億元2。“十五”期間，科技攻關計劃、863計劃、973計劃和產業化計劃等國家科技計劃，共安排lo多億元資金，支持太陽能光伏發電、并嘲發電、太陽能熱水器、氫能和燃料電池等領域先進技術的研發和產業化。

但總體來看，我國的新能源技術發展水平與發達國家有較大的差距， 資金投入力度甚至還不如一些

發展中國家3。如，為了開發纖維乙醇技術，2007-200孫，美國政府貝t政預算撥款2.7億美元。目前，我國能源行業R&Cfc出中，傳統能源占大頭。根據2004-年的經濟普查結果4,石油天然氣行業的R&D■全部能源行業的41%,煤炭行業占35.4%,電力行業占22.8%,熱力和燃氣占0.5鬟，其他占0.3%。

.新能源的R&殷入強度高于傳統能源。

從總體來看，我國能源行業的R&B?度（R&決出占銷售U^入的比例）低于工業企業的平均水平，新能源的R&DI度高于能源行業的平均水平，有些則高于工業企業的平均水平。以電力行業為例，2004.年經濟普查結果表明，我國工業行業的平均R&D1度為0.5%,能源行業為0.22%,其他能源發電（包括太陽能，風能、生物質能等）行業、電池制造業和核電行業的R&D1度分別為0.58%、0.54%和0.35%,均高于電力行業和能源行業的平均水平；而火電和水電等傳統能源行業的 R&D

強度僅為0.11%和0.08%,均低于能源行業和工業企業的平均水平。■-

.新能源技術領域的R&殷入以政府為主。

由于大部分新能源的技術和市場不成熟，政府投入多，企業投入少，政府資金主要投向清潔能源技術和可再生能源等新能源領域，企業的R&D?費主要投向傳統能源技術的試驗開發。新能源領域的政府科技計劃項目比例遠高-丁傳統能源領域。根據2004年統計數據，能源R&D?目中，中央政府和地方政府的科技項14僅占全部10.56%。而在其他能源發電領域，政府科技項目比例高達,--j I

84%,國家科技項目占40.66%,地方政府科技項目占45.18%s。

.新能源R&或出中，基本研究優于技術開發和應用，試驗示范環節相對薄弱。

由于新能源技術領域政府投入較多，大都投向大學和科研院所，但技術轉移和應用薄弱。如，2003—2007年，我國在三大檢索系統中發表的有關氫燃料電池的論文占世界同類論文的 8.7%,而

專利數量僅占世界的2.2菇。同期，我國太陽能晶體硅領域的三大檢索系統論文數量占世界的11.08%,發明專利的數量僅占世界的0.88%6。與國際上主要新能源利用國家相比，我國的新能源技術的基礎研究大都居中等以上，大學和科研院所的實驗室研究與國際水平接進， 應用開發水平

較不高，研究成果轉化滯后。中間試驗薄弱，有些新設備沒有經過嚴格的工程驗證就大規模投入使用。

.根據發展規模調整R&DC出結構

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“十五”期間，政府的新型可再生能源R&改出以太陽能和風能為主，太陽能和風能的平均R&附額為44.6%和40.6%,生物質能與海洋能源的平均份額僅8%。隨著風電技術趨于成熟，裝機規模不斷擴大，國產化程度提高，“十一五”政府的可再生能源 R&或出結構進彳T了調整。2006

年，太陽能的份額增加到60%,生物質能和海洋能的份額提高到15%,風能的比例降至25鬟（見表1）

表1我國政府可再生能源R&殷入情況（2001-2006）（名）

年份總投入（億元）太陽能風能生物質能與海洋能

20010.53433710

20020.53433710

20030.53433710

20042.1147465

20052.1147465

20063.25602515

資料來源：根據李俊峰《中國可再生能源政策框架》 （中國可再生能源協會，2007年1月）圖表

整理。

三、當代新能源技術_二—--（一）核能

核能有核裂變能和核聚變能兩種。核裂變能是指重元素（如鈾、牡）的原子核發生分裂反應時所釋放的能量，通常叫原子能。核聚變能是指輕元素（如笊、瓶）的原子核發生聚合反應時所釋放的能量。核能產生的大量熱能可以發電， 也可以供熱。核能的最大優點是無大氣污染，集中生產量

,--JIgy/大，可以替代煤炭、石油和天然氣燃料。2 ■

1、核裂變技術，從1954年世界上第一座原子能電站建成以后，全世界已有20多個國家建成400多個核電站，發電量占全世界16%我國自己設計制造建成的第一座核電站是浙江秦山核電站 30萬

千瓦；引進技術建成的是廣東大亞灣核電站180萬千瓦。核電站同常規火電站的區別是核反應堆代替鍋爐，核反應堆按引起裂變的中子不同分為熱中子反應堆和快中子反應堆。 由于熱中子堆比較容

易控制，所以采用較多。熱中子堆按慢化劑、冷卻劑和核燃料的不同，有輕水堆（用輕水作慢化劑和冷卻劑，濃縮鈾為燃料，包括壓水堆和沸水堆）、重水堆（重水慢化和冷卻，天然鈾為燃料）、石墨氣冷堆（石墨慢化，二氧化碳或氫冷卻，濃縮鈾為燃料）、石墨水冷堆（石墨慢化，輕水冷卻，濃縮軸為燃料），這些堆型各有優點，目前一般采用輕水堆較多。 快中子反應堆的優點可以充分利

用天然鈾資源，熱中子堆只能利用天然鈾中2%勺左右的鈾，而快中子增值堆可以利用60%Z上，這種堆型還在進行商業規模示范試驗。

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2、核聚變技術，這是在極高溫度下把兩個以上輕原子核聚合，故叫熱核反應。由于聚變核燃料笊在海水中儲量豐富，幾乎人類可用之不盡。所以世界各國極為重視。可以說， 世界人類永恒發

展的能源保證是核聚變能。

（二）太陽能

1、太陽能熱利用技術比較成熟，有太陽能熱水器、太陽能鍋爐燒蒸汽發電、太陽能制冷、太陽能聚焦高溫加工、太陽灶等，在工業和民用中應用較多。

2、太陽能光電轉換技術，通過太陽能光電池把光能轉換成電能（直流電），主要是光電池制造技術，太陽能電池有單晶硅、多晶硅、非晶硅、硫化鎘和神化鋅電池許多種。這種發電技術利用最方便，但大功率發電成本太高。

3、光化學轉換技術，利用太陽能光化學電池把水電解分離產生氫氣，氫氣是很干凈的燃料。

（三）生物質能

這是利用動植物有機廢棄物（如木材、柴草、糞便等）的技術。

1、熱化學轉換技術，把木材等廢料通過氣化爐加熱轉換成煤氣，或者通過干儲將生物質變成煤氣、焦油和木炭。

2、生物化學轉換技術，主要把糞便等生物質通過沼氣池厭氣發酵生成沼氣，沼氣的主要成分1*!'IX1 \tZy

是甲烷。沼氣技術在我國農村得到較好應用，工業沼氣技術也開始應用。

3、生物質壓塊成型技術，把烘干粉碎的生物質擠壓成型，變成高密度的固體燃料。

（四）風能、地熱能、潮汐能

風能是一種機械能，風力發電是常用技術，目前世界上最大風力發電機為 3200千瓦，風機直

徑97.5,安裝在美國夏威夷。我國風力發電裝機總共20萬千瓦，最大風力發電機為120千瓦。

地熱能技術。地熱能有蒸汽和熱水兩種。地熱蒸汽有較高壓力和溫度，可直接通過蒸汽輪機發

'III，C,■.\>■.|

電；地熱熱水最好是梯級利用，先將高溫地熱水用于高溫用途，再將用過的中溫地熱水用于中溫用途，然后再將用過的低熱水再利用，最后用于養魚、游泳池等。

潮汐能技術。潮汐發電技術是低水頭水力發電技術，容量小，造價高。我國海岸線長達14000公里，有豐富潮汐能。據估算，全國可開發利用潮汐發電裝機容量為2800萬千瓦，年發電700億千瓦時。

（五）海洋能

1、海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。

2、海洋能具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、

月球等大體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。

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3、海洋能有較穩定與不穩定能源之分。較穩定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩定能源分為變化有規律與變化無規律兩種。屬于不穩定但變化有規律的有潮汐能與潮流能。人們根據潮汐潮流變化規律，編制出各地逐日逐時的潮汐與潮流預報，預測未來各個時間的潮汐大小與潮流強弱。潮汐電站與潮流電站可根據預報表安排發電運行。既不穩定又無規律的是波浪能。

4、海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開發后，其本身對環境污染影響很小。四、在新能源開發利用方面的問題及原因

（一）問題

我國發展新能源大部分從引進技術開始，逐步消化吸收，部分實現了自主化。目前，我國的新能源門類較齊全，但與國際先進水平相比，技術及其應用存在較大差距。這個差距不僅是技術上的，在組織實施和管理機制方面也存在問題。

1、新能源技術的研究開發缺乏長期規劃和持續穩定的支持。一方面，新能源技術的研究開發投入相對不足；另一方面，缺乏穩定的研究開發支持。如，從20世紀50年代起，我國就開始進行煤制油技術的研究開發，經歷了四上三下的過程。直到21世紀初，仍然沒有進行工程化試驗。而美國聯邦政府對煤制油技術的研究開發和示范項目持續支持了 30多年，至今還沒有規模化和商業化發

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展。

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2、研究開發與產業脫離，基礎研究較多，轉化能力較弱，應用滯后。我國新能源技術的研究開發以政府投入為主，大部分國家科技計劃項目由大學與科研院所承擔。由于大學和科研院所與企業分離，研究成果距離可應用的程度較遠，加上缺乏技術轉移機制，成果的產業化滯后。如，從“九五”時期開始，新能源汽車就成為國家863計劃的重點，是科研經費預算最多的項目。 2005年立項

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的“863”計劃中與燃料電池和混合動力汽車相關的項目有60多項，總預算2.5億元7。但其產業化2 ■■■I

進程緩慢。

3、滿足于設備制造國產化，缺乏技術儲備，不掌握核心技術。如，在太陽能光伏電池和風能設備制造領域，通過引進技術消化吸收，我國已經基本實現了風能設備和太陽能光伏電池制造國產化，但因沒有掌握核心技術，與國際先進水平相比，國產設備和裝置的能源轉化效率較低。盡管目前我國的太陽能光伏電池及組建的加工規模居世界第三位， 但不掌握硅材料的核心技術，加工光伏

電池及其組件的設備主要靠進口。由于國外控制硅材料的核心技術，引進硅材料生產線，單位產品耗能高；光伏電池的效率普遍與國際先進水平相差4%又如，國內用戶反映國產風電設備的穩定性差，可發電區間小等。

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4、研究開發投入不足，生產工藝較落后。在一些技術比較成熟的領域，已經實現產業化和規模化發展，但研究開發基本停滯。如，太陽能熱水器技術成熟，但由于企業分散競爭，研究開發投入嚴重不足，技術進步較慢，能源利用效率有待進一步提高。

5、缺少自主創新能力，雖然研究開發投入和專利不少，但是大都是外圍技術和非核心技術。因此，我們往往只能制造一些配套設備，核心技術和關鍵設備還要依靠進口。

6、技術標準滯后，產業體系不健全。如，（（可再生能源法》確定了鼓勵發展生物柴油，但因沒有生物柴油標準，生物柴油不能進入銷售主渠道；風能設備制造缺少標準和檢測體系等。

（二）原因

存在上述問題的主要原因，一是國家的新能源戰略甘標不明確，政策不穩定，一些研究項目上馬又下馬。二是沒有形成完整的研究開發與示范、推廣相結合的體系。由于資源分割， 基礎研究與

成果轉化脫節，研究開發與試驗示范脫節，技術引進與消化吸收脫節，已有的研究成果和專利沒能及時得到應用；由于缺少中試資金，有些新產品沒有經過嚴格的試驗考核就批量用于工程。 三是缺

少共性技術聯合研究與利益分享機制，導致一些具有共性的研究項目低水平分散重復， 造成資源浪

費。

五、解決上述問題的建議措施

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發展清潔新能源是國家能源戰略的重要組成部分，對緩解我國能源安全和環境壓力具有積極意義。盡管我國新能源技術開發和利用居發中國家前列， 但遠不能滿足國內能源結構調整的需要。因

此，一方面，要加大新能源技術研究開發的投入；另一方面，要改進新能源技術的研究開發規劃與組織實施管理，提高研究開發的效率。

一是加強長期規劃，加大投入力度，應用開發與技術儲備相結合。目前，大部分新能源還屬于,--JIgy/補充能源，尚不能大規模替代傳統能源，發展新能源技術是 項長期任務。新能源技術的開發利用

要與國家的能源戰略緊密結合，做好長期規劃。一方面，對一些相對成熟、已經進入產業化的技術，重點進行降低成本、提高效率等方面的研究開發；另一方面，對一些新興技術進行探索性研究， 增

加技術儲備。

二是根據國內資源特點，突出重點，引進技術和自主開發相結合。我國的可再生能源資源豐富，可再生能源技術發展多元化，重點放在有大規模產業化前景的技術上。由丁新能源技術的研究開發投入火，周期長。為提高效率，要采取引進技術和自主研發相結合的戰略。一方面，國外基本成熟的技術，可以通過引進技術消化吸收，根據我國的資源特點進行再改進，逐步掌握核心技術；另一方面，具有我國特色的可再生資源技術要堅持自主開發。

三是建立研究開發和示范一體化的管理體系，促進研究開發與產業化結合。由于目前大部分新能源技術尚未成熟，成本高于傳統能源，其利用和產業化有一定的技術風險和市場風險，加上新能

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源的利用具有環境保護等社會效益，因此，發展新能源技術不能僅靠市場機制，政府應在新能源技術的研究開發、示范和推廣的各個環節發揮作用。借鑒日本的經驗，要打破部門界限， 建立產學研

結合的研究開發、示范和推廣體系；制定新能源技術的技術路線圖，加強研究開發、示范和推廣各環節的銜接，增加新技術的工程化試驗和示范項目投入；以企業為新能源技術集成平臺，以示范項目為紐帶，促進產學研結合。

四是建立共性技術研究開發機制。目前，許多新能源技術處于研究開發的初級，研究開發投入大，周期長，需要跨學科的聯合攻關，一些基礎性的研究成果屬丁共性技術。為了提高研究開發投入的效率，要建立共性和共享技術聯合開發機制，以利益和知識產權分享機制為紐帶，采取多種方式組織企業、科研機構聯合研究開發共性技術。

五是提高政策的持續穩定性和透明度，鼓勵企業增加新能源技術的研究開發投入。由于新能源技術的開發利用需要政府政策的支持，增加政策穩定性和透明度有利于企業進行長期的研究開發投入。通過鼓勵使用新能源的需求政策，開拓新能源市場，減少企業投資風險。

六是加強國際合作。開發利用新能源、節能減排是全世界面臨的共同問題。因此， 要采取多種

方式建立新能源技術開發的長期國際合作機制，通過合作開發和引進技術，加速新能源技術的利用和產業發展。目前，一些發達國家在新能源技術領域走在前面，我們應以節能減排為目標，加強新■-

能源技術方面的國際合作。

六、新能源的發展現狀和趨勢

部分可再生能源利用技術已經取得了長足的發展，并在世界各地形成了一定的規模。目

前，生物質能、太陽能、風能以及水力發電、地熱能等的利用技術已經得到了應用。

國際能源署（IEA）對2000?2030年國際電力的需求進行了研究，研究表明，來自可再,--J Igy/

生能源的發電總量年平均增長速度將最快。 IEA的研究認為，在未來30年內非水利的可再生

2 ■■■I

能源發電將比其他任何燃料的發電都要增長得快，年增長速度近 6%在2000?2030年間其

總發電量將增加15倍，至U2030年，它將提供世界總電力的 4.4%,其中生物質能將占其中的

80%

目前可再生能源在一次能源中的比例總體上偏低，一方面是與不同國家的重視程度與政策有關，另一方面與可再生能源技術的成本偏高有關，尤其是技術含量較高的太陽能、生物質能、風能等。據IEA的預測研究，在未來30年可再生能源發電的成本將大幅度下降，從而增加它的競爭力。可再生能源利用的成本與多種因素有關，因而成本預測的結果具有一定的不確定性。但這些預測結果表明了可再生能源利用技術成本將呈不斷下降的趨勢。

中國政府高度重視可再生能源的研究與開發。國家經貿委制定了新能源和可再生能源產業發展的“十五”規劃,

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并制定頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，重點發展太陽能光熱利用、風力發電、生物質能高效利用和地熱能的利用。近年來在國家的大力扶持下，中國在風力發電、海洋能潮汐發電以及太陽能利用等領域已經取得了很大的進展。新能源（或稱可再生能源更貼切）主要有：太陽能、風能、地熱能、生物質能等。生物質能在經過了幾十年的探索后，國內外許多專家都表示這種能源方式不能大力發展，它不但會搶奪人類賴以生存的土地資源，更將會導致社會不健康發展；地熱能的開發和空調的使用具有同樣特性，如大規模開發必將導致區域地面表層土壤環境遭到破壞，必將引起再一次生態環境變化；而風能和太陽能對于地球來講是取之不盡、用之不竭的健康能源，他們必將成為今后替代能源主流。

太陽能發電具有布置簡便以及維護方便等特點，應用面較廣，現在全球裝機總容量已經

開始追趕傳統風力發電，在德國甚至接近全國發電總量的 5%-8%隨之而來的問題令我們意

想不到，太陽能發電的時間局限性導致了對電網的沖擊，如何解決這一問題成為能源界的一大困惑。

風力發電在19世紀末就開始登上歷史的舞臺， 在一百多年的發展中，一直是新能源領域

的獨孤求敗，由于它造價相對低廉，成了各個國家爭相發展的新能源首選，然而，隨著大型

風電場的不斷增多，占用的土地也日益擴大，產生