利用新能源解决能源危机与环境污染的几点思考.docx

利用新能源解决能源危机与环境污染的几点思考 利用新能源解决能源危机与环境污染的几点思考 能源问题已成为世界性的重大技术难题，时至今日，我国能源结构还相对落后。对于传统常规能源还有很大依赖，一直争议不断的化石能源仍属于支柱产业，能源利用率较低，还存在许多不合理利用和浪费现象，环境污染日趋严重，对生态环境造成了大量而无法弥补的损失。当然这与我国的基本国情有关，但我们有责任有义务做得更好。展望世界，能源已成为世界各国注意之焦点：海湾战争、伊拉克战争、利比亚战争等大规模冲突事件背后都有能源方面的考量。现在的国际政治也不断强化着得能源者得天下的理念。物质、精神、文化、经济、政治、军事等人类生活的方方面面因能源而更加深刻而尖锐的交织在一起。 能源，已成为世界的中心。它深刻地影响着人类世界的过去、当下与未来，是人类社会变革与发展的一大核心驱动力。世界各国能源发展战略的方向不尽相同，但各国都认识到了摆脱对终将枯竭且对全球生态平衡造成巨大破坏的化石能源的依赖的重要性。新能源，即可再生能源因其之无可比拟之优势被各国放在了发展的最前列。本文正是我在这种时代背景下对于新能源科学思考的结果。 因为新能源科学学术体系十分庞大，分支学科与应用方向十分多，且各方向的发展情况也十分复杂，又因为此文并不致力于对新能源学科体系进行全面而系统的梳理，在此就只对各主要的发展方向进行简单的描述： 一、核能方向 （一）核裂变 在英国2008年通过的气候变化法案中，规定了能源发展的长期目标：到2050年，英国的温室气体排放量需在1990年的基础上减少80%。为了实现这一目标，英国正在进行一场巨大的能源重组计划，即：将传统发电厂退役，同时启动包括核能在内的新能源发电项目。英国能源研究合作组织（ERP）、国家核实验室（NNL）、英国工程与自然研究理事会（EPSRC）、核退役管理局（NDA）和能源技术研究所（ETI）组成的项目联盟发布了英国核裂变能技术路线图：初步报告。报告指出，英国必须制定一项明确具体的核能产业中长期发展战略和路线图，同时假设：英国若要在2050年之前拥有安全、低碳的能源结构，核电必将发挥更大作用。 （二）核聚变 核聚变能也有很大的利用本文由收集整理价值，但是人类目前对其的最有效利用方式仍停留于热核武器阶段，尚无法达到可控水平。当世实现可控核聚变的设想主要是磁约束和惯性约束。磁约束装置托卡马克（Tokamak）是目前最有希望实现这一设想的装置。若人类真能实现可控核聚变，那么将不会再有能源危机。 二、风能方向 一系列促进再生能源的政策法规的颁布实施，帮助德国成为全球风能利用最成功的国家。从1991年制定第一部促进可再生能源利用的电力输送法开始，德国政府先后出台了多部相关法律法规，并多次对部分法律进行修订和完善，为风电产业的发展营造了有利的外部条件。科技进步是德国风电产业获得长足发展的保证。德国政府从1994年开始，把科技政策支持的重点集中在大力发展风电技术上，每年的投入近1亿欧元，有效推进了风电产业技术进步和风电行业产业化进程。 三、水能方向 中国小水电取得了令人骄傲的成绩，这一点勿庸置疑。但同时我国在大型水利工程建设方面也取得了举世瞩目的成绩。最典型的例子就是三峡水利工程的实施。放眼世界，经济最为发达的美国的水资源问题的成功解决，也主要是依靠水坝建设。美国已经建有大小坝82700多座，大都建于上世纪30年代至80年代，其中坝高15m至30m之间的坝有6975座，30m以上的大坝有1749座。水库总库容约为135000亿m3，为世界之最。美国水坝按主要功能划分，为供水或灌溉的大坝1890座，防洪的大坝1873座，旅游、娱乐目的大坝870座，以发电为主的大坝629座。 四、生物质能 欧洲生物质能利用技术是上世纪七十年代以来，为了应对石油危机逐步发展起来的。目前，生物质能利用技术已成为最受欧盟国家重视的可再生能源技术。在各国支持可再生能源发展的政策推动下，生物质能利用技术发展很快，生物质能在能源中比例迅速提高，特别是生物质颗粒机成型技术和直燃发电技术应用已非常广泛。 五、海洋能 作为国外技术进步标志的法国朗斯潮汐发电站，1968年建成，装有24台具有能正反向发电的灯泡式发电机组，转轮直径为5.35米，单机容量1万千瓦，年发电量达5.4亿千瓦时。1984年建成的加拿大安纳波利斯潮汐电站，装有1台容量为世界最大的2万千瓦单向水轮机组，转轮直径为7.6米，发电机转子设在水轮机叶片外缘，采用了新型的密封技术，冷却快，效率高。 六、太阳能 目前，在欧美等发达国家，一些公用事业公司通过大型中心光电场以增加他们的电能，而另一些电力公司则通过建立靠近用户的小型光电场达到这个目的。有的光电阵列集电板布置在毗邻建筑的地方，有的布置在屋顶上，或者干脆整个结合到建筑的围护结构中。在这种情况下，建筑光电一体式系统就应运而生，简称为BIPV。这种BIPV光电设备可以充当建筑的屋顶、外壁板、幕墙、玻璃窗或者雨篷等特殊元件。 七、地热能 冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t80的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为世界上最清洁无烟的城市。此外利用地熱给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源， 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。 八、氢能 20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的阿波罗飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。德国已经大量应用。 综上所述，世界新能源科学主要就有这八个发展方向，每个方向都有其特点、优势、劣势、困难与美好前景。我个人认为若单一能源欲成为人类替代能源需要满足这几点共性要求：清洁；可再生；高效益而符合生态经济的理念；对其之大力开发不会对现在的生态环境造成巨大影响；其潜力或称储存总量可以满足全球总人口的需求；下面笔者从五个共性要求来对以上八个方向进行考量： 核能中的裂变能是目前应用较广的能源，其技术难题业已突破，但核裂变之原料（主要是铀和钚）储量较小，并不可再生，终会枯竭。且其产生的放射性废料会对环境造成巨大而持久的危害。其安全性同样令人担忧，切尔诺贝利和福岛之鉴未远。笔者认为不是权宜之计。而聚变之开发则令人期待。 风能、海洋能、太阳能都有总量大而分布分散、难于富集之特点。风能储量很大，满足第五条，但其是不稳定且无变化规律的能源，而且其大规模开发会激化现有的土地紧张的矛盾，但其对偏远地区和海岛地区的供能问题仍有巨大作用。海洋能并非只指潮汐能，其还包括海水盐差能、海水温差能、波浪能等。其具有不稳定但有规律的特点。其之开发水平还很低，技术尚不成熟，但法国和日本已有成功之例。太阳能的发展水平很高已经得到普及，但其占世界能源比重仍不高。光風混合系统也具有一定的应用价值和前景。 水能的发展水平也很高，三峡大坝就是一个例证，但其或许会对上下游水域的生态带来严重影响 。然而因其稳定而高效的特性，其仍不失为一个解决能源危机的良策。 地热能储量也很大。但近来有专家表示如果大量开发地热能会造成地质环境剧烈改变，地基沉降、地质灾害频发等后果。 生物质能利用是欧盟的支柱产业，但其之过度开发如风能一样，都会造成土地危机，无法真正取代化石能源。 氢能清洁而环保但其之劣势也是明显的：电解制取工艺造价过高，难于液化储存运输困难。这两点劣势直接限制了氢能的大规模开发与应用。 所有的研究方向虽然都存在这样或那样的困难，都有这样或那样的问题。但笔者认为，从来没有人限制过人类能源问题只能由一种能源解决来作为新时代的化石替代能源。这个世界是多元统一的，万事万物殊途同归，一切都是顺势而为，因地制宜。水边用水能，海岛用海能，高原之上有太阳与地热，平原之间有生物与核能。那么多的发展方向正是针对不同情况、不同地点、不同类问题给出不同的解题方案与模板。或许现在无法找到一种可以罢黜百家的完美能源，但多元统一、因地制宜、集合各种能源而形成的灵活混合能源难道不是完美能源吗？多元组合的分地区分地域的灵活操作难道不能解决能源问题吗？由此而得，人类能源问题可能不是一法而成之的，也许多能源混合才是