我国清洁能源的利用与现状分析

张 晶，罗 鑫

（大连大学 环境与化学工程学院，辽宁 大连 116622）

1 引言

能源是国民经济发展的驱动力和支柱，是社会得以繁荣发展的重要物质基础。我国目前能源仍以煤炭、石油和天然气等天然化石能源为主，能源开发与利用几乎一直处于低效率和高消耗之中。若不开发新型能源，很可能在实现全面小康的2020年，就是石油供给丧失平衡的 “拐点年”[1]。因此，开发并使用清洁能源对我国的经济发展具有重要意义。清洁能源指在生产和使用过程不产生有害物质排放的能源，可再生的、消耗后可得到恢复，或非再生的及经洁净技术处理过的能源。本文以核能、氢气、风能、太阳能、海洋能、水能、天然气、燃料乙醇和生物柴油等近年已经开发的新型能源来说明我国清洁能源的利用现状以及发展趋势。

2 各种清洁能源的利用现状

2.1 核能

核能虽属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，投资较高。目前我国大陆有16台核电机组投入商业运行，总装机容量1362万kW。2012年核发电量为983.17亿kW·h，较2011年增长12.75%，占全国总发电量的1.97%，占全国清洁能源发电量的9.22%。按世界核电运营者协会（WANO）规定的性能指标对照，在全球400余台运行机组中，我国在役核电机组的运行水平总体处于中等偏上[2]。

面对电力需求、环保要求、能源安全等问题，只有积极发展核能才可以满足我国未来对于电力的巨大需求；核能的发展是我国能源可持续发展的必然选择，积极推动核电发展必将有效控制CO2排放，减少大气污染，促进国民经济可持续发展；另外加强核能利用不仅有助于降低对石油、天然气、煤炭等能源的依赖，而且能促进能源多样化，保障国家能源安全[3]。

2.2 天然气

天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。据估计，20.7%的陆地和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件[4]。预计2020年后，天然气将作为首席能源，进入一个全新的发展时期。新一轮油气资源评价数据显示，从总量上来看我国堪称天然气资源大国[5]。

中国天然气的利用发展趋势是天然气需求量将大幅上升；天然气的消费结构将继续发生调整，天然气发电和城市燃气将成为天然气利用的主要增长点；为弥补供应缺口，将更多地利用国际天然气资源[6]。

2.3 水能

水能具有资源可再生、发电成本低、生态上较清洁等优越性。中国水能资源丰富，总量位居世界首位，理论蕴藏量为6.8亿kW，其中可开发的约有3.8亿kW[7]，但中国水资源分布不均，资源的开发和研究程度较低。三峡电站是我国水能利用的一个典例，截至2012年12月31日，三峡电站连续安全运行2328d，电站历年累计发电量达到6291.4亿kW·h，相当于减排二氧化碳4.96亿t，减排二氧化硫595万t。三峡工程不仅为我国经济社会发展提供了强大的能源支持，也为节能减排做出了积极贡献。

建筑大坝所需的财力、物力、人力巨大，且耗时较长，收益较慢，对周围的生态有一定的影响，而且受河流所处的地理环境制约，所以对水能的利用应该是改进现有技术，增加水利发电量，在一定时期内不会进行大型的新建大坝的工程。

2.4 风能

风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，是由太阳辐射热引起的。近年来，我国风电发展迅猛，无论从装机容量、发展规模还是风机制造能力上看，都已是名符其实的世界风电大国[8]。2012年，中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组7872台，装机容量12960MW，同比下降26.5%；累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，同比增长20.8%。2012年，中国海上风电新增装机46台，容量达到127MW，其中潮间带装机量为113MW，占海上风电新增装机总量的89%，截至2012年底，中国已建成的海上风电项目共计389.6MW，是除英国、丹麦以外海上风电装机最多的国家[9]。

近两年，我国风电机组制造商加快了海外市场的扩展步伐，风电机组出口国家从2007年的1个扩大到19个，其中美国是最主要的风电机组出口国。截至2012年底，我国向美国出口的风电机容量已达327.75MW，占出口总量的46.8%。这不但提高了我国的环境效益，同时还增加了我国的经济效益。

在21世纪，中国应在风能的开发利用上加大投入力度，完善技术标准体系，由风电大国向风电强国转变，使高效清洁的风能能在中国能源的格局中占有应有之地，这将大大缓解我国能源紧张的局势。但是，在风电发展中也暴露了一些问题，风机脱网、倒塌现象时有发生，增加了上网风电的不稳定性，未来风电发展要从追求速度向追求质量转变，从追求装机容量向追求发电量转变[8]。

2.5 太阳能

太阳能热利用具有广阔的应用领域，但最终可归纳为太阳能热发电（能源产出）和建筑用能终端直接用能，包括光伏发电、光热发电、太阳能热水器和太阳能空调[8]。当前太阳能热利用最活跃并已形成产业的当属太阳能热水器、太阳能热发电和太阳能制冷。此外 ，在太阳能热泵、热推进技术等新型领域也有一定的研究与应用。

我国具有十分丰富的太阳能资源，陆地表面年接受的太阳能约50×1018kJ[10]，西藏是太阳能最丰富的地区，年辐射量达9210MJ／m2，仅次于撒哈拉沙漠，居世界第2位。2010年，全球太阳能光伏电池年产量1600万kW，其中我国年产量就有1000万kW。目前，我国已成为世界上最大的太阳能光热应用市场，也是世界上最大的太阳能集热器制造中心，我国是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家，太阳能热水器利用量居世界第一，热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。光伏发电以及太阳能热水器是我国太阳能利用的主要形式，也是未来该领域发展的主要形式，而且我国的太阳能产品多以配件或OEM的形式出口到世界上的发展中国家和地区甚至欠发达国家和地区。这在很大程度上减少了CO2等温室气体的排放，不仅增加了环境效益，还提高了经济效益。

2.6 海洋能

海洋能，指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中[11]。我国拥有的海岸线长，拥有丰富的海洋能，我国的海域储存潮汐能1.1亿kW，潮流能1200万kW，海流能2000万kW，波浪能1.5亿kW[12]。在全球开发利用海洋能技术中，潮汐发电最为成熟，与风能和太阳能相比，潮汐能更为可靠，其发电量不会产生大的波动，而且不占用农田、不污染环境，成本只有火电的1／8。中国利用海洋能也是从潮汐能开始的，在沿海已建成一些潮汐发电站，其中建在浙江乐清湾内的江厦港电站是中国最大的潮汐发电站，也是世界上第三大潮汐发电站，并且陆续与其他国家合作，组织开展潮汐能、波浪能、海流能及其他各类海洋能技术的研发，而经过多年的研究试点，我国潮汐发电行业在技术上日趋成熟，潮汐发电量也跃居世界第3位，仅次于法国、加拿大[13]。但是海洋能的不稳定以及运行成本高、技术水平不高都是利用海洋能要克服的问题，我国未来对海洋能的开发利用于低碳经济和可持续发展都有重要意义。

2.7 地热能

我国对地热能的利用主要是地热发电、地热供暖、地热务农，利用地热能是对日益减少的化石能源的良好补充，合理开发地热能源对我国发展绿色低碳经济，兑现对国际社会节能减排的承诺具有重要意义[14]。羊八井地热站不仅是我国最大的地热电站，也是世界上唯一一座利用地热潜层热储进行工业性发电的电厂，近年来发电量持续上升，截至2010年4月，累计发电量已达2400GW·h，相当于燃烧8×108kg标准煤，从而也减少了 2.096×109kgCO2，6.8×106kgSO2，5.92×109kgNOx的排放。我国地热能开发利用潜力巨大，据初步估算，全国287个地级以上城市每年浅层地温能资源量相当于95亿t标准煤，我国大陆3000～10000m深处干热岩资源相当于860万亿t标准煤，是我国目前年度能源消耗总量的26万倍，发展潜力巨大[15]。阶梯利用地热能将成为主要发展趋势[16]，但是缺乏统一的全国地热资源勘查开发规划、开发利用程度低、浪费现象严重、国家不够重视都是我们开发地热需要克服的问题。

2.8 氢能

氢能以清洁、无污染、效率高、重量轻和存储及输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐。氢能开发利用首要解决的是廉价的氢源。我国已经有数十家院校和科研单位在氢能领域研发新技术，数百家企业参与配套生产。上海作为我国氢能产业最领先的地区，2007年11月建成中国第一个汽车氢气充装站，当时计划2009年形成千辆级氢能汽车的生产能力，并加快氢能汽车的基础设施建设，初步建成加氢站网络。氢能的大规模利用将在10年后[17]，制氢技术也随之不断完善和改进。

2.9 生物质能

生物质能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。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。

2.9.1 燃料乙醇

燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。当前，甚至在相当长的一段时期内我国燃料乙醇的生产仍应以淀粉质原料为主，其中主要是玉米。玉米易加工转化，易于提取纯化，生产燃料乙醇附产品综合经济效益最好，技术最成熟，成本也最低。我国已经在黑龙江、吉林、河南和安徽4省建设陈化粮生产燃料乙醇工程，并已在10余个城市开展了10%乙醇的汽油燃料应用示范工作[18]。中国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，成为继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和消费国[19]。燃料乙醇作为再生能源成为了政府重点推广的新型能源。在国际原油价格过高、国内对石油需求量不断增加的情况下 ，燃料乙醇的推广对替代和缓解中国石油不足具有重要意义。乙醇燃料成本的降低为替代石油燃料开辟了更好的前景，预计2015年燃料乙醇的成本比现在降低36%，达到与石油竞争的水平[20]。

2.9.2 生物柴油

生物柴油也称为再生燃料，它具有热值高、安全性能好、能耗低，运输、储存、使用方面安全，燃烧性能好于柴油等优点，无毒，能生物降解，基本无硫和氮的氧化物生成。它作为石油柴油代用品，使用时柴油机不需要做任何改动[20]。从理论上讲，生物柴油和燃料乙醇都有很大的前景，但是起步晚，都面临着技术不成熟、原材料分布不均的问题，这是其以后发展需要克服的问题。

3 结语

从清洁能源的利用现状可知，我国现已意识到能源与环境方面问题的严重性，要解决这一问题需要积极寻找开发石油等不可再生能源的替代品，现已取得了一定的进展，核能、风能、太阳能在我国清洁能源利用中占的比重大，具有良好的经济效益和社会效益。但是，要彻底解决能源与环境、能源与社会经济发展之间的矛盾，仍然任重道远。因此，加强太阳能、风能、生物质能、地热能等可再生清洁能源的大规模利用就显得尤为重要，只有这样才能在有限资源和环保严格要求的双重制约下实现经济和社会的可持续发展，我们必须站在维护国家安全和社会稳定的战略高度，从长远着手，利用科学技术、政策等诸多手段实现能源生产与消耗的可持续发展，达到能源、环境、经济、社会的相互协调的目标。

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