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排名第二的中国主要是依靠水电和风电,尤其是水力发电已经走在世界前列,几乎占到世界一半水电比例,而中国的太阳能刚刚有所起步,生物质能较为落后。
上图为2007年中国电源结构(BP能源统计,2008),从上面两幅图中可以看出,就整个中国能源消费比例来说,新能源所占比例还不足1%,包括核电在内也不足2%,但中国的水电项目已经非常发达,水电对于中国来说已经可以称为较为成熟的传统能源。
而下图是美国的能源消费情况,美国的新能源消费比例占到了8%且种类丰富,但水电项目是他的弱项。
(图表来源:
RenewableEnergyPolicyNetworkforthe21stCentury,《Renewable2010GlobalStatusReport》;
BP世界能源统计,《BPStatisticalReviewofWorldEnergy2010》;
资源与人居环境,《国内外能源结构的变化及替代能源的发展前景》)
三、代表性新能源介绍
1.核能——日臻成熟
当前世界上正在运行的核反应堆共有443座,美国最多,有104座,几乎占了总量的1/4,接下来为法国、日本和俄罗斯。
中国的核反应堆数目远低于发达国家,甚至少于印度。
总体看来,最近几年世界核能发展态势平稳,核能发电总量变化不大,发达国家核能发电量出现负增长,中国等新兴经济体增速也有所放缓。
Milliontonnesoilequivalent
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Change2009over2008
2009shareoftotal
China
3.4
3.8
4
5.7
9.8
11.4
12
12.4
14.1
15.5
15.9
0.028
0.026
US
173.5
179.6
183.1
185.8
181.9
187.8
186.3
187.5
192.1
192
190.2
-0.007
0.312
France
89.2
94
95.3
98.8
99.8
101.7
102.4
102.1
99.7
99.6
92.9
-0.065
0.152
India
2.9
3.6
4.3
4.4
4.1
0.107
0.006
核电的优势:
(1)核电站是清洁的。
核电站不会排放烟尘、二氧化碳、二氧化硫等有害气体,造成“温室效应”,与火电厂相比,它能大大改善环境质量。
据统计,每千瓦电量的二氧化碳排放量在10~25克之间,相当于煤火电厂的1%。
以法国为例,法国1980~1986年间核电占总发电量的比例由24%提高到70%,在此期间法国总发电量增加40%,而排放的二氧化物却减少了9%,尘埃减少了36%。
(2)核电站是经济的。
核燃料具有体积小而能量大的特点,1千克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量,一座100万千瓦的大型烧煤电站,每年需原煤300万~400万吨煤,需要2760列火车,相当于每天8列火车,还要运走4000万吨煤渣。
而同功率的压水堆核电站,一年仅需要消耗含量为3%的低浓缩铀燃料28吨,每1磅铀的成本约为20美元,换算成1千瓦发电经费是0.001美元左右。
(3)核电是安全的。
从第一座核电站建成以来,世界核电站运行的堆年数已超过1万堆年,除切尔诺贝利和福岛事故以外,未有事故频繁发生。
而这两起事故的发生也是因为天灾人祸,而核电站本身的安全运行并无任何问题。
研究表明,煤电厂产生的废弃物含有的放射性比核废料高出100倍,并且随着压水堆的进一步改进,核电站安全系数还会提高。
(4)核能是可持续发展的能源。
这一观点主要针对尚在探索阶段的核聚变来说的,聚变燃料主要是氘和锂,海水中氘的含量为0.034克/升,地球海水中储存的氘为40万亿吨,而地球上锂储量有2000多亿吨,按目前世界能源消费的水平,地球上可供原子核聚变的氘和氚可以供人类使用上千亿年,因此可以说,只要解决了核聚变的工业技术问题,人类就从根本上解决了能源问题。
核电可能或已经存在的问题:
(1)核电站事故造成的核泄漏危机,无论过去现在核电是多么的安全可靠,但是一旦核泄漏发生,或者人为造成的核电站破坏,造成的危害可能是灾难性的,甚至是毁灭性的。
(2)环境保护问题,一些环境组织通过研究发现,虽然核能产生的二氧化碳仅为化石燃料的1/50,但随着大部分铀矿高级矿体被开采殆尽,人们不得不开发较低级的矿体,这在开采过程中极大增加了碳的排放。
以澳大利亚里约山脉的铀矿开采为例,该铀矿2005年每吨铀氧化物产生13吨二氧化碳,而2006年升至17.7吨,该矿已总共产生了大约28300000吨二氧化碳。
(3)长寿命同位素等核废料处理问题。
燃烧后的高放射性废液含大量“少数锕系核素”及“裂变产物核素”,其中有一些半衰期长达百万年以上,成为危害生物圈的潜在因素。
问题在于难以发现长期存放核废料的容器(现行容器只能存放100年)和永久存放的安全地点。
根据原子能机构公布的数字,目前世界各国的核电站一共堆积了约20万吨没有处理的核废料。
(4)存在核扩散的风险。
中国核电发展展望:
核电与煤电、水电一起构成世界电源的三大支柱,在世界能源结构中有着重要的地位。
对核电与煤电的成本进行比较发现,发达国家的核电成本普遍低于煤电成本,其中法国的煤电成本是核电的1.75倍,德国为1.64倍,意大利为1.57倍,日本为1.51倍,韩国为1.7倍,美国的核电成本早在1962年就低于煤电成本了。
近年很多国家纷纷计划上马核电项目。
世界原子能机构相关统计称,在未来60多座正在兴建或立项的核电站中,有2/3在亚洲,到2030年,全球核电的电力供应市场占比有望从现在的16%提高至27%。
目前世界对能源需求不断增长,2030年前出现新的可替代能源的可能难以预计,而核能是解决能源危机最为现实的手段之一。
到2030年,全世界将有600座新的核电站投入使用,这要求国际社会加强在核能领域的合作。
在“2008年中国核能行业协会年会暨中国核能可持续发展论坛”上,中国核能行业协会理事长张华祝表示,未来15年我国要建设300万到50万KW的装机容量,建设的速度是过去的5倍以上。
届时我国核电占当时我国发电装机容量的4%~5%,从世界主要国家核电发展规划来看,仍然远远低于美国、法国、俄罗斯、日本等核电大国,也低于世界平均水平。
2.风能——迅速崛起
风能是流动的空气所具有的能量。
从广义太阳能的角度看,风能是由太阳能转化来的,因太阳照射而受热的情况不同,地球表面各处产生温差,从而产生气压差而形成空气的流动。
风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累计小时数(风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的3次方和空气密度成正比关系)。
世界风能资源巨大,陆地上的风能总量可达100万GW(世界能源理事会WEC),即使只有1%的地区可以利用,并且风电厂的负载系数只有15%—40%,所生产的点也大致相当于全世界总的发电量。
相关技术的进步使其成本不断降低,风能已成为世界上发展速度最快的新型能源。
Megawatts
262
352
406
473
571
769
1264
2588
5875
12121
25853
113.3%
16.1%
2445
2610
4245
4674
6361
6750
9181
11635
16879
25237
35159
39.3%
22.0%
Germany
4442
6107
8734
11968
14612
16649
18445
20652
22277
23933
25813
7.9%
1035
1220
1456
1702
2125
3000
4388
6228
7845
9655
10827
12.1%
6.8%
风能的优势:
风能属于可再生能源,不会随着其本身的转化和人类的利用而日趋减少。
风力资源储量大、分布广,与天然气、石油相比,风能不受价格的影响,也不存在枯竭的威胁;
与煤相比,风能没有污染,是清洁能源,可以减少二氧化碳等有害排放物。
据统计,每装1台单机容量为1MW的风能发电机,每年可以少排2000t二氧化碳、10t二氧化硫、6t二氧化氮。
风能可能或已经存在的问题:
(1)风力发电对环境也有一定影响,如占据大片的土地,产生噪音,对周围无线电信号造成干扰,对野生动物尤其是鸟类的生存产生影响等。
(2)自身经济发展动力仍然不足,风电是一项资本密集型产业,需要投入巨大,而风力具有间歇性导致风力发电的经济性不足,但最主要的因素是风力发电成本仍然较高,各国政府的补贴仍然是最近几年风电能够快速发展的主要原因。
(3)风能分布问题,电力需求旺盛的地区多在东部沿海,而在这些大中型城市周边发展风能,风力资源往往欠丰富,故而风能的储存传输也成为一个较大问题。
风能发展展望:
尽管风能的利用存在种种不利因素和障碍,但在具有各种优势条件,化石燃料价格不断上涨的情况下,风能的利用会继续呈上升趋势,有研究认为如果把外部成本考虑进去,风电已经足以同大多数发电技术相竞争。
IEA预测风能将继续以两位数的年增长率增长,IEA2008年能源技术远景项目研究表明,2030年风力发电可以占到全球电力供应的9%(约2700TWh),到2050年达到世界电力供应的12%(约5200TWh)。
世界风能理事会预测:
如果尽早采取有力措施,风电生产能够在2030年达到5200TWh,2050年达到7200TWh。
3.太阳能——未来之星
太阳内部不断进行由“氢”变“氦”的核聚变反应,其所产生的能量约为3.8*1023千瓦,其中二十亿分之一到达地球大气层,47%到达地球表面,其功率为800000亿千瓦,相当于美妙燃烧500万吨煤释放的热量。
太阳能的利用包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等,目前的太阳能利用主要有光热和光电两种方式。
太阳能热利用,是指将太阳能转化为热能,再将热能加以利用的能量转化过程,它是目前最成熟也是最广泛应用的太阳能利用技术,广泛应用于供热、供暖等方面,如太阳能热水器、箱式太阳灶等。
将太阳能转化为电能是大规模利用太阳能的基础。
太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电间接转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
前者光—热转换过程与太阳热能利用相同,热—电转换与火力发电同理;
后者光—电直接转换是利用光电效应,将太阳辐射直接转换成电能,目前常用的是硅太阳电池(光伏发电,光生伏特效应),广泛应用于人造卫星、太阳能路灯等。
长远来看,光电直接转换的方式将是太阳辐射能比较切实可行的利用办法,它为人类未来大规模利用太阳能开辟广阔前景,但就目前而言,它的成本过高,受到经济限制。
10.0
19.0
30.0
45.0
55.0
64.0
68.0
80.0
100.0
145.0
305.0
110.3%
1.3%
117.3
138.8
167.8
212.2
275.2
376.0
479.0
624.0
830.5
1168.5
1645.5
40.8%
7.2%
69.4
113.7
194.6
278.0
431.0
1034.0
1926.0
2759.0
3835.5
5877.0
9677.0
64.7%
42.2%
–
1.0
2.0
3.5
6.0
18.0
50.0
90.0
120.0
33.3%
0.5%
太阳能的优势:
(1)可再生能源,可以永续利用,没有匮乏之虞;
(2)是清洁能源,不产生废气物,不会污染环境;
(3)数量巨大,每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤,即约为目前全世界所消耗的各种能量总和的10000倍;
(4)分布广泛,除了地球两极外,世界各地每天都会见到阳光。
太阳能可能或已经存在的问题:
(1)密度低。
北回归线附近,在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能按全年日夜平均只有200W左右。
因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备。
(2)变化大。
白天太阳光照射,晚上则没有太阳,即使同一个地点,也受到季节变换、天气变化的影响,因此到达某一地面的太阳辐射既是间断的,又是极不稳定的。
(3)成本高。
能量密度低是导致太阳能设备成本高的主要原因,蓄能也是太阳能利用中的薄弱环节,光电转换效率低则是制约太阳能光伏产业发展的瓶颈。
太阳能发展展望:
据世界能源组织(IEA)、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测,2020年世界光伏发电将占总电力的l%,到2040年光伏发电将占全球发电量的20%,按此推算未来数十年,全球光伏产业的增长率将高达25%一30%。
明显,产业政策成为引导光伏市场转移的源动力,美国、日本和欧盟市场的阶段性转移特征表明,目前全球范围内光伏市场的需求更多是外生性的政策推动,真实需求还尚未启动,可以说全球光伏市场的需求增长将取决产业政策的强弱。
各国光伏产业的发展历史表明一条基本的政策路径,初期阶段,通过政府补贴、信贷优惠和强行购电政策来引导光伏产业的快速发展,完善产业链并合理疏导社会资本的流入,通过生产规模扩张、技术创新推动光伏发电成本的下降,推动真实的市场需求,以完成最终取代化石能源的目的。
4.三种主要新能源的比较
项目
核能
风能
太阳能
能源形势
核电
风电
光电
优点
浓集、清洁
风力资源丰富
零排放、零噪音、免维护、资源丰富
弊端
核废料无妥善安置方法、核泄漏
面积大、有噪音、影响大气循环
制造过程能耗大
发电成本(相比传统发电)
远低于煤电
2倍
3~5倍
燃料成本
铀矿
不需要
维护成本
需要
全程转换效率
约33%
仅千分之几
15%~20%
稳定性
稳定
不稳定,受风速影响
不稳定,受昼夜时长和气候季节影响
安全隐患
有
无
能耗
消耗型
可再生
二氧化碳排放
未来发展方向
核聚变
改进风机结构、储能技术
提高太阳能电池效率;
光伏、光热的综合利用;
是未来清洁能源的主要来源
(文字来源:
刘建东,中国电力出版社,《中国经济形势与能源发展报告》;
周志伟,化学工业出版社,《新型核能技术概念、应用与前景》;
钱伯章,科学出版社,《可再生能源发展综述》、《风能发展与应用》、《太阳能技术与应用》。
数据来源:
InternationalAtomicEnergyAgency,《NUCLEARPOWERPLANTINFORMATION》;
BP世界能源统计,《BPStatisticalReviewofWorldEnergy2010》。
图表来源:
四、中国新能源发展展望
发展新能源有助于解决能源不足的问题:
预计到2015年新能源提供的电力、热水和燃气等终端能源产品的总量将达到4300万吨标准煤(等价值),平均年增长率为17.32%,届时新能源将在中国商品能源消费中约占3.6%。
开发利用新能源有利于培育新的经济增长点、推动区域经济发展:
预计到2015年,能源供应及其设备生产制造产业所形成的年产值将近670亿元,年均增长率超过15%。
核电产业的发展将提高中国制造业整体水平:
到2020年,中国核电装机容量要从原计划的4000万千瓦发展到7000万千瓦,3000万千瓦扩容将带动约5230亿元的总投资,商机巨大,核电站的建设运行为核电设备生产企业、设备维修企业以及核燃料生产和后处理的专业化公司带来千亿商机。
风电产业增长速度居各种新能源发展之首,前景看好:
开发效率高,能够有效缓解供电紧张的局面,可逐步形成有竞争力的新能源产业。
风电是新型绿色能源,据统计,风力发电每生产100万千瓦时的电量,便能减少排放600吨的二氧化碳。
太阳能的开发有利于解决电力消耗和环境问题:
到2020年,中国太阳能热水器总集热面积达到约3亿平方米,光伏发电约10万千瓦时,将解决约100万户偏远地区农牧民生活用电问题。
太阳能发展能够促进系统安装和生产配套设备以及大中型晶体硅、薄膜电池的芯片和组件等产业的发展,太阳能热可显著减少煤炭消耗,也相应减少煤炭开采的生态破坏和燃煤发电的水资源消耗。
中国三星经济研究院,《2010中国新能源发展报告》。
国家发改委网站)
五、为新能源发展铺路
1.法规政策
新能源的发展进程一直与政策支持力度紧密相关。
在2011年1月6日召开的全国能源工作会议上,国家能源局局长张国宝透露了一系列有利于新能源的政策规划,包括核电、风电、太阳能发电、生物质能源、煤层气等在内的新能源推广利用和示范项目将在十二五期间推开,而目前制约新能源发展的一些政策也在制定当中。
2010年-2020年,新兴能源产业发展规划将累计拉动5万亿元的投资,其中包括发展新兴能源的投资,间接带动的钢铁、水泥等传统产业的投资。
据悉,今年我国将开工建设甘肃酒泉二期500万千瓦、新疆哈密200万千瓦、内蒙古开鲁200万千瓦、吉林通榆150万千瓦风电项目;
启动江苏新的100万千瓦海上风电项目,推动河北、山东、浙江、福建等地海上风电发展,抓紧建设上海东海大桥海上风电项目二期工程。
在太阳能利用方面,我国今年将继续在西部地区开展光伏电站项目特许权招标,总规模在50万千瓦左右。
重点是建设青海格尔木太阳能发电基地,推进青海、内蒙古太阳能热发电等示范项目建设;
同时,加快实施金太阳工程,支持建设若干个新能源示范城市,支持吐鲁番新城太阳能建设。
目前我国新能源的利用方式主要是发电,但上网电价和电网接入一直是制约新能源电力上网的因素。
十二五期间,相关政策也将着力解决这些问题。
中国鼓励风电发展,实现2020年风电1亿千瓦的目标。
即将出台的《新能源产业振兴规划》将大大提升中国风电的装机容量。
根据国家能源局的数据,到2010年,风电规模将达到2000万千瓦,投资9000亿元,到2020年,力争在甘肃、内蒙古、河北、东北,以及江苏沿海等地建立若干个千万千瓦风电基地下达补助资金,实现2020年太阳能发电180万千瓦的目标。
2009年3月23日,财政部、住房和城乡建设部出台《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》并出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,决定有条件地对部分光伏建筑进行每瓦最多20元人民币的补贴。
2009年7月21日财政部、科技部、国家能源局联合宣布启动金太阳示范工程,采取财政补助、科技支持和市场拉动方式,加快国内光伏发电的产业化和规模化发展。
各国政府加大对新能源技术研发的投资:
美国政府投入1500亿美元资助新能源研究,欧盟投资约10亿欧元用于燃料电池和氢能源的研究和发展;
中国对新能源技术开发的支持的幅度比美国、欧盟小。
通过立法规范和促进新能源的发展:
美国新能源法——《2007可再生
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