第一章 能源的分类

	太阳能知识
	生物能知识
	地热能知识
	海洋能知识
	风能知识

　　   一、太阳能知识

　　首先，让我们回顾一下世界能源消费的发展状况。

　　 19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料的消费急剧增大。初期主要以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油以及天然气的开采与消费开始大幅度的增加，并以每年2亿吨的速度持续增长。虽然经历了本世纪70年代两次石油危机，石油价格高涨，但石油的消费量却不见有丝毫减少的趋势。对此，世界能源结构不得不进行相应变化，核能、水力、地热等其他形式的能源逐渐被开发和利用。特别是在第二次世界大战中开始被军事所利用的原子核武器副产品的核能发电得到了和平利用之后，其规模不断得到发展。很多国家现已进入了原子能时代。在日本，发电的40%靠核能来解决。

　　 那么，当今世界的能源消费状况又是怎样的呢？以1994年为例，世界能源的总消费量以石油换算为79亿8000万吨，其中石油占39.3%、煤炭占28.8%、天然气占21.6%，这样化石燃料的消费量占3%。日本作为世界主要工业国家之一，每年能源的消费量约占世界总量的6.5%，其中化石燃料占82.4%。尽管在新能源开发方面正在进行努力，包括水力发电，比例也仅占5%，前景不容乐观。

　　 最后，让我们来预测一下今后的能源消费。

　　 现在地球人口约60亿，到21世纪中叶，预计将达到100亿人。光从人口增长的数字来看，能源消费的增加将是惊人的。另外，目前的能源消费结构上，仍存在着很大的南北差异，即工业发达国家使用量为总能源的3/4，人均消费量经消费美国最高，为世界平均水平的5倍以上。我国的人均消费量还相当低，还不到1/10的国家还有很多。因此，今后的能源消费必须考虑生活提高的对比，能源不足的情形是可以想像的。 地球上的能源终将是有限的，如同只伐树而不植树，森林也会变成荒原一样，如此大量的消费，世界的能源资源也将会枯竭。现在世界能源消费以石油换算约为80亿吨/年，按40亿人计算，平均消费量为2吨/人·年。以这种消费速度，到2040年，首先石油将出现枯竭；到2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无法提供近116亿人口的能源需求。而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。因此，21世纪新能源的开发与利用，已不再是一个将来的话题，而是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件大事。

太阳能的技术应用

太阳能热利用

(一)太阳能集热器   

    太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 。

太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器.按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器     一个好的太阳能集热器应该能用20-30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40-50年且很少进行维修。

(二)太阳能热水系统

    早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。

依循环方式太阳能热水系统可分两种：

（a）自然循环式 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳幅射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像（thermosiphon），促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。

（b）强制循环式　　热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀（ｃｈｅｃｋ　ｖａｌｖｅ）以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间內的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处；但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。

因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。

(三)、暖房

      太阳能暖房系统（ｓｐａｃｅ－ｈｅａｔｅｎｇ）利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室內必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，设法应用太阳幅射热。

大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室內暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经收集器內的工作流体将热能储存，在供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置內、直接装设在房间內或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，在加热房间，或透过冷暖房的热（ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ）装置方式供作暖房使用。

最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统），然后利用风扇将室內或室外空气驱动至此储热装置中吸热，在把此热空气传送至室內；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室內，在利用风扇吹送被加热空气至室內，而达到暖房效果。

太 阳 能 电 池 的 开 发

    太阳能电池是一种有效地稀收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件.下面介绍北京太阳能光电研究中心对太阳能电池的研究情况.晶体硅高效太阳电池和多晶硅薄膜太阳电池的研究开发以及研究成果向产业化转化。

1.高效晶体硅太阳电池　

光电中心高效晶体硅太阳电池研究开发项目有钝化发射区太阳电池（PESC）、埋栅太阳电池（BCSC）及多晶硅太阳电池。

●钝化发射区太阳电池（PESC）光电中心研究钝化发射区太阳电池（PESC）的基本目的是探索影响电池效率的各种机制，为降低太阳电池成本提供理论和工艺依据，推动太阳电池理论的发展。实验中采用的材料为区熔（FZ）、p-型（掺硼）［100］单晶硅，电阻率ρ＝0．2～1．2Ωcm，厚度t＝280－350μm，双面抛光。电池工艺包括正面倒金字塔织构化、前后表面钝化、制备选择性发射区、减反射表面、背场、前后金属接触等。目前电池达到的水平见表1。

表1　PESC电池的性能（测试条件AM1.5，25℃）

* V_OC　开路电压，J_SC　短路电流密度，FF　填充因子，
η　转换效率，A 太阳电池面积（下同）

●埋栅太阳电池（BCSC）埋栅电池的制作工艺省去了复杂的多次光刻和蒸发电极步骤，减少了高温氧化次数，使整个电池制作工艺大大简化；埋栅不仅减小了电极阴影面积，还可减小欧姆接触电阻，是一种可实现产业化的高效电池技术。实验中使用的材料分别为：①区熔（FZ）、p-型（掺硼）［100］单晶硅，厚度t＝300－400μm；②直拉（CZ）、p-型（掺硼）［100］单晶硅，厚度t＝300—400μm；③太阳级（复拉）、p-型p［100］单晶硅，厚度t＝300—400μm。电池的工艺包括表面织构化、钝化，制备选择性发射区、减反射表面、背表面场和金属化等。目前电池所达到的水平见表2。

表2　不同材料的BCSC电池的性能（测试条件：AM1.5，25℃）

* A：美国国家可再生能源实验室，
    B：北京市太阳能研究所

●多晶硅太阳电池 在PESC电池和BCSC电池的基础上，光电中心开展了多晶硅太阳电池的研究，以适应我国未来多晶硅太阳电池发展的需要。实验中使用的材料为Bayer公司p-型多晶硅片，厚340μm，电池制作工艺过程包括吸杂、制备p-n结、钝化、形成背场和金属化等。实验制备的最好电池的特性见表3。

表3　PESC电池的性能（测试条件：AM1．5，25℃）

2.多晶硅薄膜太阳电池

多晶硅薄膜太阳电池既具有体材料晶体硅电池性能稳定、工艺成熟和高效的优点，又有大幅度减少材料用量从而大幅度降低成本的潜力，因而成为目前光伏界的研究热点。

光电中心采用快速热化学气相沉积（RTCVD）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）和a-Si／μc-Si迭层电池等不同工艺对多晶硅薄膜太阳电池进行了研究。RTCVD多晶硅薄膜SiH2Cl2或SiCl4为原料气体在石英管反应室内沉积而成。研究工作初期，以重掺杂非活性硅为衬底，电池性能列于表4。

图1　RTCVD多晶硅薄膜太阳电池的结构　
PECVD多晶硅薄膜太阳电池的结构为：（Al／Ag）／ITO／p-a-Si：H／n-a-Si：H／n-poly-Si／n＋＋非活性Si衬底（0.005Ωcm）／Ti-Pd-Ag。
其中n型Poly-Si薄膜（～10μm）采用快速PECVD和固相晶化法制备。电池的性能列于表4。

a-Si／μc-Si迭层电池（与中国科学院半导体研究所合作）结构为：玻璃／SnO2膜／p-i-n a-Si：H电池燉p-i-n μc-Si：H电池燉Al。电池的性能列于表4。

表4　多晶硅薄膜太阳电池的性能（测试条件：AM1.5，25℃）

3.太阳电池性能测试　　

中心已建立太阳电池和材料测试实验室，购置了必要设备。这些设备包括I-V测试系统，光谱响应测试系统，C-V测试系统，原子力显微镜，膜厚测试系统，保证了研究开发工作的需要。

太 阳 能 热 利 用 技 术

1. 新型高效太阳能集热器 开发和利用丰富、广阔的太阳能，对环境不产生和很少产生污染，既是近期急需的补充能源，又是未来能源结构的基础。国际上，太阳能的使用技术已进入新的发展阶段。在太阳能热利用系统中，重要的一个技术关键是如何高效率地收集太阳光并将其转变为热能。国内平板型太阳能集热器和全玻璃真空管太阳能热水器已形成产业，近20年来产量逐年增长，年产量达80多万平方米。近几年，我国又研制成具有国际先进水平的热管式真空管热水器，具有良好的应用前景。然而，我国太阳能热利用多限于低温范围，“九五”期间应扩大到中温和高温范围。这就要研究开发新型高效太阳能集热器。

2. 目标 研究、开发、应用新型高效太阳能集热器，为逐步扩大热利用的温度范围打下技术基础。研究开发四种新型高效集热器，并应用于太阳能空调及太阳能工业热水及发电系统等。

3.内容
①直通式真空管集热器
②同心套管式真空管集热器
③储热式真空管集热器
④聚光式真空管集热器

1.太阳能热利用系统研究及示范工程 热利用在太阳能利用技术中占有重要位置，是综合项目。但是，以往所取得的成绩是太阳能低温热水系统，而太阳能中、高温供热系统的研究是与工厂供热系统结合的大型太阳能利用工程，其中太阳能热发电是人类大规模利用太阳能的重要途径，是太阳能热利用的一个重要发展方向。事实上，只有与工业企业结合，太阳能的利用才能有更高的经济效益，更充分发挥出太阳能利用的优势，体现未来能源的意义。

2.目标 建立两个太阳能工业用热的示范工程, 功率为200千瓦，工作温度为150一200度。 建立太阳能热发电中试电站。 通过以上两项研究和示范，拓宽我国太阳能热利用的领域。

3．内容
①太阳能工业用热系统的研究及示范工程 功率： 200千瓦 工作温度： 150一200℃
②太阳能空调系统研究及示范工程 制冷能力： 200千瓦
③太阳能热发电示范装置

太阳能光伏技术

（一）高效率低成本太阳电池研究与发展

1．背景 

太阳能等新能源为世界2000年经济展望中最具决定性影响的五大技术领域之一，而太阳能光伏发电又是其中最受瞩目的项目之一。1994年，世界太阳能电池销售量已达64兆瓦，呈现飞速发展势态。我国太阳能电池销售已超过1．2兆瓦。累计用量约5兆瓦，其应用范围亦在不断扩大。近年来，市场销售量以20％的速度在递增，预计到2000年，我国太阳电池年用量将超过10兆瓦。

目前晶体硅太阳电池组件已出现供不应求的短缺局面。为满足日益增长的市场需求，除已有企业要发挥现有生产潜力之外，还要积极研制开发多种高效、低成本的光伏电池，扩大我国太阳电池产业规模，提高技术经济效益。

2．目标   

提高效率，降低成本，扩大规模，推动我国光伏产业发展发展高效率、低成本多晶硅太阳电池技术，攻关与引进相结合，建立一条年生产能力为兆瓦级的生产线。提高单晶硅太阳电池组件的效率，降低生产成本，发挥现有生产能力，满足市场需求。

3．内容
①兆瓦级多晶硅太阳电池组件生产线的建立主要技术经济指标： 组件效率13％ 组件寿命20～25年
②单晶硅太阳电池组件生产线的技术改造主要技术经济指标： 组件效率14～15％ 组件寿命20～25年
③高效率、低成本新型太阳电池的开发。

(二).太阳电池应用枝木研究及示范

1．背景  

我国太阳电池应用领域在不断扩大，已涉及农业、牧业、林业、交通运输、通讯、气象、石油管道、文化教育及家庭电源等诸多方面，光伏发电在解决偏僻边远无电地区供电及许多殊场合用电上已起到引人注目的作用。但从总体的应用技术水平和规模上看，与工业发达国家相比仅有很大的差距，主要问题是光伏系统造价偏高、系统配套工程装备没有产业化、应用示范不够和公众对太阳电池应用的巨大潜力缺乏了解以及系统应用仅限于独立运行，还没有并网运行和与建筑业结合。因此，有必要加强太阳电池应用技术研究和示范，推进产业化，拓宽应用领域和市场。

2．目标   通过本项目执行，实现如下目标：小型光电源产业化 100千瓦容量以下的独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化研究井网光伏发电技术，为大规模应用做好前期准备

3．内容
①小功率光伏电源产业化   功率范围：千瓦级、百瓦级 产业规模：总容量大于1兆瓦 系统造价：比“八五”平均价格降低30％以上
②独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化。功率范围： 10千瓦～100千瓦 系统造价：比“八五”平均价格降低30％以上。
③并网光伏发电技术研究和示范。兆瓦级并网光伏电站的前期研究 10千瓦并网光伏示范电站 100千瓦并网光伏电站用逆变器研制” 光伏电站运行及与电力系统相关技术研究。
④高扬程光电水泵的研制 主要技术指标：扬程50～100米 太阳电池功率5千瓦～10千瓦。

二、生物能知识

21世纪我国生物能发展趋势

1.发展和利用生物质能资源，对中国具有特殊重要意义
生物质作为能源，是一种贮存太阳能的可再生物质，生长过程中吸收大气中的CO2，用现代技术可以转化成固态、液态和气态燃料。生物质能在我国是仅次于煤炭、石油和天然气的第4们能源资源，在能源系统中占有重要地位。我国生物质能资源主要包括薪材、秸秆、畜类和垃圾，这些资源的共同特点是能量密度低，分布广泛。
中国有8亿人口生活在农村，0.6亿人口没有电力供用, 0.7亿人口严重缺柴, 1.7亿人口面临沙漠化的威胁。农牧民在这些地区的生活燃料主要靠生物质能，但生物质又恰恰是这些地区减缓沙漠化、扼制沙漠化最基本的屏障。在许多生物质资源和水资源极度匮乏地区，农牧民的生活燃料一天也不可缺少，因此就出现了这样的过程：树砍光了就割草当柴烧，草割光了就挖树根、草根，寻找一切可燃物做饭。对农牧民来说这已是一种困窘和无奈；对国家来说，广大沙漠边缘地区、荒漠化地带，植被就这样被“连根拔掉”了。内蒙古西部的阿拉善旗，其面积比浙江省还大，近10a来由于 弱水河断流，加之人为过度使用草场，致使域内著名的居延湖干涸，草原变为荒漠，风吹沙扬，今年多次沙尘暴的源头就在那里。生物质能属于可再生的低碳能源，若以现代手段高效率地予以开发转换，将对逐步改变我国以化石燃料为主的能源结构，特别是为农村地区因地制宜地提供清洁方便的能源，具有十分重要的意义。

2.加速种草种树，增加生物质资源量，改善生态条件
我国人均淡水、耕地、森林和草地的资源占有量仅为世界平均水平的28%、32%、14%、和32%，说明我国生态环境条件十分脆弱。森林是陆地生态系统的体，必须尽快增加林草面积，提高森林生态系统质量，提高其生态服务功能，减缓并最终停止我国生态条件日益恶化的趋势。1998年国务院决定停止采伐长江上游、黄河上游的天然林，在全国范围实施天然林保护工程，并加速荒山荒地造林绿化。国家要通过几十年、上百年的不懈努力，使中国生态环境得到较明显的恢复和改善。因此，要进行区域综合规划，要有全局观点。薪炭林应在林草种植规划占占应有的位置；种草种树要用现代化技术选种、育苗，采用节水型种植与管理模式，管理体制要适合市场经济规律，不走吃大锅饭的老路。这样，薪材资源就会逐步增长，但由于森工产业的关闭和天然林的停止采伐，近期我国薪材资源不可能增加很多，即以木质素为主的生物质能资源可获得量有限。21世纪最初的几十年，我国生物质能资源中，最可靠、可获得的是秸秆（纤维素为主）和畜粪。

3.生物质能转换技术分类
发达国家已开发的生物质能转换技术有以下几个基本特点：（1）原料是木质素（森工下脚料、能源林、果壳、棉柴等）；（2）生物质发电技术成熟，但设备规模大（多在200MW以上），号称小型的也在2MW左右；（3）生物质转换乙醇（酒精）用能源甘蔗或玉米为原料，美国每吨玉米转化为酒精40加仑（128kg）；巴西用能源甘蔗转换酒精，每公顷产89t能源甘蔗可转换5 600kg酒精。

4.加快生物质能源现代转换技术的产业化、市场化进程
根据我国在2050年要达到世界中等发达国家的经济水平和改善生态环境的大目标要求，我国在2020和2050年，以现代技术开发生物质能，应分别达到1.95和2.7亿t标准煤。对适于我国应用的几种生物质能源技术的评价如下。
直接燃烧
家用炉、锅炉技术成熟，已进入完全商业化阶段。我国1998年已有1.85亿农户使用省柴节煤炉灶，热效率25%。现热效率超过70%、达到国家环保总局指标要求的低排放多用炉已通过产品鉴定，即将投放市场。对于致密成型技术，挤压部件的材质及工艺处理有待改进，并受产品市场需求限制，技术虽已成熟但近期不会有大发展。
热解气化
以秸秆为原料，2kg秸秆产出1m3低热值生物可燃气，日产可燃气4 000m3供应200户炊用的小型气化装置已有200多台在运转。虽然财政评价不过关，但有前景，当前应是示范阶段，以便改进技术和总结经营等方面经验。还要尽早制定产品和操作标准，现在最忌抢风头、一阵风地上工程。今后，这种热能气化站应纳入现代化小城镇规划，增大产气规模，效益指标将改善。应加大科技投入，尽早解决诸如焦油等症结，推出系列产品。
生物化学转换技术
（1）农户型以沼气技术为纽带的生态家园模式, 猪、沼、果（南方），猪、沼、棚、菜（四位一体）（北方），这是生态农业中的一种关键性技术，要尽早提高商品化程度。（2）禽畜粪便有机废水厌氧消化技术，当前已处理量不足4%，资源开发潜力很大。（3）工业有机废水厌气温消化技术；（4）秸秆厌氧发酵工业化规模产气技术。以上（1）~（3）3种转换技术，资源供应可靠，技术成熟。我国1998年供应农村居民21亿m3沼气和数千万吨优质有机肥，多种功能皆可货币化，社会可接受性良好，已进入准商业化阶段。它们被世界能源委员会和许多国际权威机构认定一种成功的多效益的技术产业。（5）转换技术研制成果十分诱人，2kg玉米秸秆产1m3生物可燃气，但中试工程尚未完善，希望各方面给予支持，加强示范，以便取得更多的实践经验。

5.政府的政策性引导具有关键作用
加强立法，通过税收及其它经济手段，将能源的外部社会成本和环境成本计入能源成本中，以增强可再生能源（包括生物质能）的竞争力；制订规划，充分注意地区差异，加强协调农业、生态环保和生物质能利用之间的平衡和谐，明确目标及步骤；对有前景但技术经济性或商业化条件尚未完全过关的技术，要加大风险资金的投入力度；运行机制要创新，以适应社会经济可持续发展要求，让开发可再生能源有利可得，加强人力资源开发。

6.小结
生物质能是世界第4大能源，在我国能源总消费中占14%，是大多数农牧民的主要生活燃料，要加快发展高品位的生物质能。鉴于我国是水资源短缺、林木覆盖北只有13%、生态条件相当脆弱的国家，对生物质能资源的开发利用，一是要加快发展薪炭林； 二是应将农业废弃物（秸秆、畜粪等）作为技术转化的首选资源。现实且有产业化、商业化前景的现代开发技术，是高效多功能低排放炉灶（锅炉）技术、厌氧技术和小型中型的气化技术。随着我农业集约化程度提高，小型气化这一发电技术也有前景。在市场经济条件下，国家要有可操作的扶持政策。

生物能的技术应用

有机物的来源

牲畜粪便:牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理(anaerobic treatment)，会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣(slurry)。若用小型厌氧消化糟(anaerobic digestor)，仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。

农作物残渣:农作物残渣遺留於耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能，因此，农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。

柴薪:至今仍为許多发展中国家的重要能源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求。不过由于日益增加薪柴的需求，将导致林地日减，需适当规划与植林方可解決这一问题。

制糖作物:对具有广大未利用土地的国家而言，如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潛力的生物能。制糖作物最大的优点，在於可直接发酵(fermentation)变成乙醇。

城市垃圾:一般城市垃圾主要成分纸屑（占40％）、纺织费料（占20%）和废弃食物（占20%）。将城市垃圾直接燃烧可产生热能,或是经过热解体(Pyrolysis)处理而制成燃料使用。

城市污水:一般城市污水约含有0.02～0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥(sewage sludge)有望成为厌氧消化槽的主要原料。

水生植物:利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。

种植能源作物增加生物能:目前具有发展潛力的能源作物，包括： 快速成长作物树木糖与淀粉作物（供制造乙醇）含有碳氧化的合作物草本作物水生植物农林废料供应的能量是十分可观的。据Putnam氏的看法，将近全世界总消费量的20%，或约为木材贡献的四倍。在美国这些费料的热含量约为木材消费量的3.5 倍。但此等费料的收集、运输、及转变为可作商品的燃料要比现在石油产品的价格要高几倍呢。

能 量 转 化 过 程

一、生化转化过程 ：

1.厌氧消化
厌氧消化为一生化转化过程，依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物，整个转化过程可分成三个步骤。
首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物；
然后可溶化合物再转化成短链（Short chain）酸与乙醇；
最后,二步骤的产物再经各种厌氧菌（不需氧生物）转化成气体，一般最后的产物含有50～80%的甲烷，最典型产物为含65%的甲烷与35%的二氧化碳。
其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物，可小规模利用，淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理，气体产品储藏费用高。

2.乙醇发酵
糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程（batch　process），先将发酵物（糖类作物）稀释至糖分约为20%（重量），且酸化至Ph4～5，再加入酵母菌（約５％，），再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85 公斤糖（约　2184Kcal）可制造１加伦的乙醇（3.79升，21257Kcal），因此在整个发酵过程中几无能量损失。
若使用淀粉作物（例如，玉米、大麦）做发酵物，必须先将淀粉转化成可发酵糖分，然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物，包括甘蔗、番薯,甜菜等。

由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元，其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的，最终产物（乙醇）含有酵母需再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶，以能含量计约为四十亿桶的酒精（酒精的热能约为汽油的70%）。在美国木材地区此等数字作比較，总计约为70万平方里（＝1.8百万平方公里），其三分之一即约16亿亩是有的卖的，且实际可用的约为35亿亩，我们认为，像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精來克服。

二、热化学转化过程

1.热解：
热解也称为干馏（destructive distillation），指在缺氧条件下的加热作用。将有机物热解会产生气体、液体与固产物，大多数热解气体（pyrogas）的主要成分为H2、CO2、CO、CH4与少量碳氢化合物（例如，乙烷）；热解液体一般含有乙醇、醋酸、水或焦油（tars）等；至于热解固体残余物含有炭（例如，木炭）于灰分等。

热解过程包括下列处理程序:原料粗碎，烘干粗碎原料，去除杂质，原料细碎，热解，冷产物，储存与分配产物。热解加热过程中，固态有机物一般于300℃以上开始进行热解，某些催化剂（例如，氯化鋅）可降低热解反应的起始温度。此类热解反应非常复杂并且产物成分常随热解原料与反应状态有很大变化，通常低温与緩慢加热可产生大量固体产物，而快速加热与高温将产生较多气体产物，操作温度也会影响气体产物的品质。假若引入空气以维持燃烧，气体产物物含有大量的氮，此氮成分将会形成氧化物，因而降低气体燃料的热含量。

薪材热解作用一般指在大气压和200℃～600℃温度之间进行，在此状況下典型的产物包括：木炭30～35% 有机液体18～20% 气体20% （产品重量相对与干燥源料的重量） 如果将薪材加热至1100℃ ，热解作用依然存在。在此状況下，大部分液体与固体分餾物将进一步分解，故有较多气体产物产生.

气化： 有机物的气化是热化学反应將固体燃料转化成可燃气体。完全燃烧必须发生在有充分氧气的狀況下，而有机物氧化作用則必须在氧气不足的狀況下进行。
氧化过程的主要反应为：
C+ 02 CO　放热　　　　　　
C+H2O CO+H2　　吸热 　
CO+ H2OCO2+H2　放热
C+2 H2 CH4　　　放热
最简单的氧化作用方式为空气氧化（air gasification），有机物在有限量空气之下进行不完全燃烧反应。空气氧化炉构造简单、价格便宜並且可靠性高，主要缺点在於所产生气体被空气中氮气所稀释，因此气体产物的热值低，经济效益不高。

2.液体燃料制造

直接液化
使用CO或H2作为还原剂，於高溫高压下將有机物直接氧化，且均产生油狀液体产物，其可再分馏而充当燃料使用。

间接液化
将有机物间接液化的主要方法，采用合成气体制成原料。而最先发展的间接液化法是处理煤气液化。

A.合成气体制成乙醇:
此过程在石化工业上应用极广，多用作乙醇制造。目前可行方法很多，其中最易的方法是将H2与CO在高温（约300℃）与高压（约　100Atm）下结合，並使用催化剂。反应方程式为：催化剂　CO+2 H2 ──CH3OH （合成气体）　（乙醇）　此法自薪材提炼乙醇，产率约为360公斤／吨薪材，能量转换效率约在30～40%之间。显然乙醇热含量（ 19.8GJ／吨）低于石油燃料（43.7GL／吨汽油），但其仍可用于发动汽、柴油机。

B.Mobil法:
若利用Mobil法可将乙醇转化成高辛烷值汽油，因此可免修改引擎。此方法在试验室內己获证实，转换效率可达90% 。紐西兰目前正筹建一座日产量12500吨合成石油工厂，可将天然气转化为乙醇。

C Fisher-Tropseh法:
Fisher-Tropsch法利用催化剂将合成气体制成碳氢燃料。此法发明于1920年，而二次大战时盛行于德国，以制造合成燃料，今日南非利用此法以转换煤碳，但产物复杂,目前正研究寻求适当催化剂以使产物化单纯化。此法若改采用有机物做原料，则产物的硫含量较低。

目前研究中之另一有机物间接液化法，是将热解气体制成合成石油，其未来发展潜力被看好。此技术称为「China lake process」，其采用先进的「快速热解」步骤，它比标准热解法可产制含较多幣屬烴（olefins）的气体产品。此气体产品再经压力聚合成高分子量碳氢化合物，经精炼后即可成为有用燃料。据估计总转换率有22%。

沼 气 利 用

沼气:有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成的一种可燃性气体.有成生物气其主要可染成分时甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分.沼气在农村有广泛的应用,探索出多种沼气利用技术,下面是几个应用例子:

随着人们物质生活的日益改善和外向型农牧业的发展，我国畜禽养殖业集约化生产近十年来发展迅速，每个大中型畜禽场日排放粪水上百吨，严重危害城郊环境卫生，同时成为阻碍养殖业持续稳定发展的重要因素。猪粪水是一优质有机肥源，早先融合于传统农业生产中，进入良性生态循环，它又是一种良好的生物质能资源，通过沼气池发酵回收生物质能沼气，已为人们熟识，而且回收沼气的过程不仅能够保持粪水的肥料成份，还可以增进肥质的速效化和腐殖化。农业的集约化生产在显著提高效率和效益的同时，不幸伴随着大农业生产良性生态循环体系的肢解。集约化畜禽业生产与农业生产脱离，大量的粪水资源未经妥善处理而任意排放，而成为社会注目的公害，因此对集约化猪场粪便污水进行处理意义重大。
　　
技术原理：通过对集约化猪场粪水进行包括固液分离段、制肥段、厌氧两步消化段和好氧处理段在内的处理过程，实现猪粪水的综合处理，充分回收资源。

技术关键：固液分离技术，厌氧消化过程，好氧物化处理。

优缺点评价：(l)从资源回收、综合利用和产品水水质商品化出发，优化组合相关的科学技术，不仅能获得较高的能源、生态和环境效益，而且可获得可观的经济效益。(2)因各工艺段的衔接点均设有缓冲环节，运行中能够充分承受猪场粪、水量和 pH等的冲击，确保系统高产能运作和获取稳定的优异效果。

技术指标及要求条件：日处理存栏6500—7000头的猪场全部粪水100—200吨旧，日产沼气约300立方米和商品化有机复合肥约1．5吨。主要设备：产酸池、调节池、物化滤池、接触氧化池、腐化塔、晒道、干燥房。养猪、产气、积肥多功能户用沼气池建设技术背景与意义。

　　三、地热能知识

21世纪中国地热能发展战略

概述

地热能系储存于地球内部的热量，一方面来源于地球深处的高温融溶体；另一方面源于放射性元素（U、TU、40K）的衰变。按其属性地热能可分为4种类型：（1）水热型，即地球浅处（地下100~4 500m）所见到的热水或水热蒸汽；（2）地压地热能，即在某些大型沉积（或含油气）盆地深处（3~6km）存在着高温高压流体，其中含有大量甲烷气体；（3）干热岩地热能，乃由于特殊地质条件造成高温但少水甚至无水的干热岩体，需用人工注水的办法才能将其热能取出；（4）岩浆热能，即储存在高温（700~1 200℃）熔融岩浆体中的巨大热能，但如何开发利用目前仍处于探索阶段。在上述类地热能中，只有第1类水热型地热资源已达到商业开发利用阶段。

1.国内外现状及前景

国际上一般将地热资源评估分为3类：第1类称作“（可及）资源基数”（Accessible resource base），指标地表以下5km之内积存的总热量，这部分热量理论上是可采用的；第2类称为“资源”（Resourcs），指上述“资源基数”中在40~50a 内可望有经济价者；第3类谓之“可采资源”（Reserves），指“资源基数”中在10~20a内即可具有经济价值者。据Palmerini（1993年）估算，全球地热能“资源基数”为140×1000000 EJ/a。虽然后者只占前者的很小一部分，但其量仍十分可观（见表1），已超过全球一次性能源的年消耗量（约400EJ/a）。全世界地热资源潜力（“资源基数”）地区分布见表2。由表2可见，中国热资源潜力占全球的7.9%（11×1000000 EJ/a）。
我国高温地热资源主要分布在滇、藏、川西一带（喜马拉雅地热带或滇藏地热带）及台湾。据中国能源研究会地热专业委员会1999年最新资源，在喜马拉雅地热带有高温地热系统255处，总发电潜力为5 800MW/30a[2]。廖志杰、赵平等人（1999年）给出西藏地区高温地热资源的发电潜力为1 930.11 MW/30a, 滇、藏、川西地区合计为2 781.25 MW/30a[3]中国科学院地质研究所沈显杰、陈墨香（1994年）曾对西藏自治区的高温地热资源作过评价，认为喜马拉雅地带西藏部分的发电潜力约为数十万近百万MW/30a，而羊八井地热田具有19~23 MW/30a的发电潜力[4]。喜马拉雅地热带滇西滕冲火山区5个高温热田的资源发电潜力据北京大学地质系过帼颖等人（1989年）的估算，约为4.5万kW/30a[5]。不难看出，上述数字在量级上相关甚远。究其原因，一是所有评价方法不同；二是与热有关的计算参数选取有差别。当然一个地区随着勘探程度和新资料的增加，资源评价亦会发生变化。如羊八井热田北部新钻的ZK4002孔，在孔深2 006m处测得329.8℃的高温; 另一孔ZK4001孔深部地热流体的初始平均温度为250℃, 赵平等人(1999年)估算核井的单井发电潜力可达12.5 MW/30a[3]。可见，一个地区随着勘探程度的增加，资源量的计算值也会发生变化。

2发展背景
从世界范围看，利用温泉洗浴已有数千年历史，但只是在20世纪地热能才大规模用来发电、供暖和进行工农业利用。1904年在意大利拉得瑞多首次利用地热蒸汽发电成功，而较具规模的地热城市供暖则始于20世纪30年代（冰岛）。地热利用的步伐在70年代初开始加快。据统计，1975~1995的20 a间，全球范围内地热发电每年大约以9%的速率增长，而地热直接利用的增长率略低，约为6%。至1997年底，全世界地热发电总装机容量已近8021MW，而地热直接利用的总量为10 438MW。

我国地热能的开发利用始于70年代初，当时一方面由于世界性石油（能源危机的出现促使人们去寻找可替代的新能源；另一方面我国著名地质学家李四光教授提出要大力开发地热，将地球这个“庞大热库”中蕴藏着的能量充分利用起来。1970年他在天津亲自主持召开地矿系统动员开发利用地热资源大会，由此在我国掀起一个地热普查、勘探和开发利用的热潮。由于缺乏经验，许多不具备高温地热资源的的省区也都热衷于地热发电，于是在广东丰顺、湖南灰汤、江西宜春、辽宁熊岳及河北怀来等地先后利用67~92℃的地下热水建立一批装机容量仅为50~300kW的所谓“试验性”地热电站。由于效率太低，不久纷纷下马，只有始建于1970年10月的我国第1座试验性地热电站（广东丰顺）及湖南灰汤电站目前仍在运行。与此相反，西藏自治区由于化石能源短缺，而高温地热资源却相当丰富，因此从70年代初即开展了距拉萨公仅90km的羊八井地热田的勘探开发工作，并于1977年9月建成1号试验机组（1MW），正式投产发电。后几经扩建，日前羊八井地热电站总装机容量为25.18MW, 夏冬2季的发电量分别占拉萨电网的40%和60%。可以看出，羊八井地热电站装机容量虽小，但在拉萨地区的电力供应上却起着很大作用。

中低温地热资源的开发利用始于北京、天津，主要用于城市供暖、工农业用热及洗浴、旅游疗养等。同时，华北广大农村及中小城镇都建立起一批地热温室，培植越冬蔬菜，其中京郊小汤山地区的地热温室专种从国外引进的“洋菜”，供使馆及各大宾馆使用，效益很好。1992年尼克松访华归国前在长城饭店举行的答谢宴会上，用的就是小汤山地热温室里的“洋菜”，这在当时并不多见。我国东南沿海诸省如福建、广东等则利用地热水进行水产养殖，鳗鱼出口日本，甲鱼供国内市场，取得了很好的经济效益。北方如河北沧洲等地也有用地热水（掺含海水）冬季养殖对虾等。地热直接利用的其它方面有印染、烘干、水稻育秧等，但规模较小。

3。在能源系数中的地位
作为新能源大家族中的一员，地热能与太阳能、风能、生物质能一样，除个别国家外，目前在整个能源结构中的地位微乎其微。但新能源作为一种正在大力探索中的能源，若将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较，则不难看出，地热目前仍是新能源大家族中最为现实的能源。

4.效益

从长远看，地热能的开发利用无疑会有很好的社会、经济和环境效益。目前，许多地热资源丰富且开发利用好的国家，如美国、日本、意大利、冰岛、新西兰及印尼、菲律宾等，其地热在整个国民经济中已起到一定作用。例如冰岛，其首都雷克雅未克及其它几个声调供暖全部地热，仅此一项每年可节省1.3亿美元 (与燃油供暖相比)。又如1998年地热在菲律宾电力供应中已占19%，且还在继续增长，其效益显著。我国地热发电装机容量虽小，但羊八井地热电站年发电量超过1亿kW·h，在解决拉萨供电方面起着很大作用，基本上解决了工、农、牧业和人民生活日益增长的用电要求；另一方面，地热能的开发利用在消灭无电县方面也能起到举足轻重的作用。据统计，西藏目前仍有无电县22个，其中大部分地区有高温地热资源，若能在这些无电县当中发展小功率的模块地热电站，无疑是一条切实可行的路子[3]。在中低温地热资源综合利用方面，如前面典型案例2所述，天津蝶泉小区的地热开发利用也取得了很好的经济、社会效益。

5.政府政策

如前所述，政府还没有一套鼓励新能源（包括地热能）开发利用的优惠政策出台。

地热能的技术应用

地热能的利用

人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下：

2O0～400℃直接发电及综合利用；
150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；
10O～15O℃双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品；
50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；
20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工；
现在许多国家为了提高地热利用率，而采用梯级开发和综合利用的办法，如热电联产联供，热电冷三联产，先供暖后养殖等。

近年来，国外对地热能的非电力利用，也就是直接利用，十分重视。因为进行地热发电，热效率低，温度要求高。所谓热效率低。就是说，由于地热类型的不同，所采用的汽轮机类型的不同，热效率一般只有6.4～18．6％，大部分的热量白白地消耗掉。所谓温度要求高，就是说，利用地热能发电，对地下热水或蒸汽的温度要求，一般都要在150℃以上；否则，将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用，不但能量的损耗要小得多，并且对地下热水的温度要求也低得多，从 15～180℃这样宽的温度范围均可利用。在全部地热资源中，这类中、低温地热资源是十分丰富的，远比高温地热资源大得多。但是，地热能的直接利用也有其局限性，由于受载热介质—热水输送距离的制约，一般来说，热源不宜离用热的城镇或居民点过远；不然，投资多，损耗大，经济性差，是划不来的。

目前地热能的直接利用发展十分迅速，已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面，收到了良好的经济技术效益，节约了能源。地热能的直接利用，技术要求较低，所需设备也较为简易。在直接利用地热的系统中，尽管有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以直接利用，但通常都是用泵将地热流抽上来，通过热交换器变成热气和热液后再使用。这些系统都是最简单的，使用的是常规的现成部件。 地热能直接利用中所用的热源温度大部分都在40℃以上。如果利用热泵技术，温度为20℃或低于20℃的热液源也可以被当作一种热源来使用（例如美国、加拿大、法国、瑞典及其他国家的做法）。热泵的工作原理与家用电冰箱相同，只不过电冰箱实际上是单向输热泵，而地热热泵则可双向输热。冬季，它从地球提取热量，然后提供给住宅或大楼（供热模式）；夏季，它从住宅或大楼提取热量，然后又提供给地球蓄存起来（空调模式）。不管是哪一种循环，水都是加热并蓄存起来，发挥了一个独立热水加热器的全部的或部分的功能。由于电流只能用来传热，不能用来产生热，因此地热泵将可以提供比自身消耗的能量高3～4倍的能量。它可以在很宽的地球温度范围内使用。在美国，地热泵系统每年以 20％的增长速度发展，而且未来还将以两位数的良好增长势头继续发展。据美国能源信息管理局预测，到2030年地热泵将为供暖、散热和水加热提供高达68Mt油当量的能量。

对于地热发电来说，如果地热资源的温度足够高，利用它的好方式就是发电。发出的电既可供给公共电网，也可为当地的工业加工提供动力。正常情况下，它被用于基本负荷发电，只在特殊情况下，才用于峰值负荷发电。其理由，一是对峰值负荷的控制比较困难，再就是容器的结垢和腐蚀问题，一旦容器和涡轮机内的液体不满和让空气进入，就会出现结垢和腐蚀问题。

总结上述，地热能利用在以下四方面起重要作用。

1．地热发电

地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

地热发电示意图

（1）蒸汽型地热发电 蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电，但在引人发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制（参考《资源》栏目有关文章）。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。

（2）热水型地热发电

热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统：a、闪蒸系统。闪蒸系统如图1所示。当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注人地层。 b、双循环系统。双循环系统的流程如图2所示。地热水首先流经热交换 器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效 的热交换器。

图1 热水型地热发电的闪蒸系统

图2 热水型地热发电的双循环系统

地热发电的前景是取决于如何开发利用地热储量大的干热岩资源。图3是利用干热岩发电的示意图。其关键技术是能否将深井打人热岩层中。美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫科学试验室正在对这一系统进行远景试验。

2．地热供暖

将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，倍受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中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”。此外利用地热给工厂供热，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。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。

3．地热务农

地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量 等。 将地热能直接用于农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大 力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。

4．地热行医

地热在医疗领域的应用有诱人的前景，目前热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症； 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。 由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条 件，使温泉常常成为旅游胜地，吸弓怕批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此充分发挥地热的行医作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。

未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资源；钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进人一个飞速发展的阶段。

    　　四、海洋能知识    

海洋能发展预测

海洋被认为是地球上最后的资源宝库，也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用，而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用；波浪能将逐步发展成为行业，近期主要是固定式，但大规模利用要发展漂浮式；可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展，并将与海洋开发综合实施，建立海上独立生存空间和工业基地；潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程，在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此，应重视对可行性分析的研究。目前，还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面，可以考虑中央、地方及企业联合投资，也可参照风力发电的经验，在引进技术的同时，由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后，正稳步向商业化应用发展，且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展，波浪能利用的成本可望在5～1O年左右的时间内，在目前的基础上下降2～4 倍，达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波浪能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5～10倍，以及中国在制造成本上的优势，因此发展外向型的波能利用行业大有可为，并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此，当前应加强百千瓦级机组的商业化工作，经小批量推广后，再根据欧洲的波能资源，设计制造出口型的装置。由于资源上的差别，中国的百千瓦级装置，经过改造，在欧洲则可达到兆瓦级的水平，单位千瓦的造价可望下降到原来的1／2到l／3。

从21世纪的观点和需求看，温差能利用应放到相当重要的位置，与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展，解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为：基础方面，重点研究低温差热力循环过程，解决高效强化传热、低压热力机组以及相应的热动力循环和海 洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展 相应的数值分析研究，提供设计技术。在技术项目方面，应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置，并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合，作为海上独立环境的能源、淡水以及人工环境（空调）和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一，发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置，解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样，可以发展“机群”，以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产以降低成本的目的。

综上所述，中国的海洋能利用，近期应重点发展百千瓦级的波浪、海流能机组及设备的产业化；结合工程项目发展万千瓦级潮汐电站；加强对温差能综合利用的技术研究，中、长期可以考虑的是， 万千瓦级温差能综合海上生存空间系统，中大型海洋生物牧场。必须强调的是，海洋能的利用是和能源、海洋、国防和国土开发都紧密相关的领域，应当从发展和全局的观点来考虑。这一点尚未得到应有的重视。

海洋能发展预测

海洋被认为是地球上最后的资源宝库，也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用，而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用；波浪能将逐步发展成为行业，近期主要是固定式，但大规模利用要发展漂浮式；可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展，并将与海洋开发综合实施，建立海上独立生存空间和工业基地；潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程，在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此，应重视对可行性分析的研究。目前，还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面，可以考虑中央、地方及企业联合投资，也可参照风力发电的经验，在引进技术的同时，由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后，正稳步向商业化应用发展，且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展，波浪能利用的成本可望在5～1O年左右的时间内，在目前的基础上下降2～4 倍，达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波浪能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5～10倍，以及中国在制造成本上的优势，因此发展外向型的波能利用行业大有可为，并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此，当前应加强百千瓦级机组的商业化工作，经小批量推广后，再根据欧洲的波能资源，设计制造出口型的装置。由于资源上的差别，中国的百千瓦级装置，经过改造，在欧洲则可达到兆瓦级的水平，单位千瓦的造价可望下降到原来的1／2到l／3。

从21世纪的观点和需求看，温差能利用应放到相当重要的位置，与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展，解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为：基础方面，重点研究低温差热力循环过程，解决高效强化传热、低压热力机组以及相应的热动力循环和海 洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展 相应的数值分析研究，提供设计技术。在技术项目方面，应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置，并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合，作为海上独立环境的能源、淡水以及人工环境（空调）和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一，发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置，解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样，可以发展“机群”，以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产以降低成本的目的。

综上所述，中国的海洋能利用，近期应重点发展百千瓦级的波浪、海流能机组及设备的产业化；结合工程项目发展万千瓦级潮汐电站；加强对温差能综合利用的技术研究，中、长期可以考虑的是， 万千瓦级温差能综合海上生存空间系统，中大型海洋生物牧场。必须强调的是，海洋能的利用是和能源、海洋、国防和国土开发都紧密相关的领域，应当从发展和全局的观点来考虑。这一点尚未得到应有的重视。

    　　五、风能知识    

21世纪风力发电的发展趋势

人类利用风能有悠久历史，如风帆和风车是蒸汽机出现之前重要的动力装置。1891年丹麦人发明风力发电机组后，成为解决偏远地区用电的有效手段之一。我国从70年代末期自选开发了多种微型（100W~1kW）充电用的风电机组，在牧区和海岛得到迅速推广，促进农村电气化，而且初步形成产业，年产量超过1万多台，居世界第1，有的产品还销售到国外市场。独立运行的风电机组也可与柴油发电机或太阳能电池组成互补系统，在新世纪中为电网不能通达地区做出重要贡献。70年代发生石油危机后，世界各国用现代技术研究开发大型联网风力发电机组取得重大进展，可靠性提高，成本下降，开创了一个新兴产业。由于良好的环境效益，特别是减排二氧化碳（CO2）的作用，得到各国政府激励政策支持，成为发展最快的清洁电源。

1.风力发电技术简介
风力发电机组 (简称风电机)是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机最主要的部件，由浆叶和轮毂组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速，驱动发电机转变成电能。在理论上，最好的风轮只能将约60%的风能转换为机械能。现代风电机风轮的效率可达到40%。风电机输出达到额定功率前，功率与风速的立方成正比，即风速增加1倍，输出功率增加8倍，所以同力发电的效益与当地的风速关系极大。由于风速随时在变化，风电机常年在野外运行，承受十分复杂恶劣的交变载荷。当前生产的主力机型为600~750kW，机体庞大，风轮直径和塔架高度都达到40~50m，设计和制造较困难。目前风电机的设计寿命是20a，要求经受住60 m/s的11级暴风袭击，代表机组可靠性的可利用率要达到95%以上。

2.风能资源评估
太阳辐射造成地表面受热不均引起大气温度、密度和压力差别。风能是地球表面空气从压力高的地方向压力低的地方移动时产生的动能，风能资源是经过测在量和质上可供人类开发利用的风能。风能的大小用风功率密度来度量，它与风速的立方和空气密度成正比。

太阳辐射的能量在地球表面约有2%转化为风能。根据荷兰和美国对风能资源的研究，考虑城镇、森林、复杂地形、交通困难的山区及社会环境的制约，如景观和噪音影响等，取具有风能资源土地面积的4%推算，可利用的风能资源储量估计约96亿kW或18.7万亿kW·h/a。另外，海岸线附近的浅海区域也有非常丰富的风能资源，且平均风速大、湍流小，仅欧盟国家沿岸的海上风能资源估计约3万亿kW·h/a，比欧盟12国目前的年用电量2万亿kW·h还大，如按年满功率发电2 500h计划，则装机容量可达12亿kW。

3.国外风电发展现状
世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成，但由于技术和经济等方面原因，风力发电一直未能成为电网中的电源。直到1973年发生石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，用新技术研制现代风力发电机组，80年代开始建立示范风电场，成为电网新电源。到了90年代对环境保护的要求日益严格，特别是要兑现减排CO2等温室效应气体的承诺，风电的发展是法律规定全部收购再生能源发出的电量，且必须在电源中占一定比例；另外还有对风电投资的补贴、税收减免和鼓励电价。风电与常规电源的价差是用征收火电CO2排放税，或从火电用户分摊再生能源发电份额中进行补偿。

4.展望
国际上由于风电能在减排温室气体方面发挥作用，所以得到各国政府的鼓励。目前每年增加200多万kW装机容量，技术进步和规模的扩大使发电成本继续下降，估计10 a后完全可与清洁的燃煤电厂竞争，成为可持续发展的能源结构中重要组成部分。欧盟国家风电发展目标是2000年达到800万kW（实际上1999已超过900万kW），2010年达到4 000万kW，2020年达到1亿kW，届时风电的比例将超过10%。
在2001~2005年期间，应加强东北三省、内蒙古东部、河北北部及整个沿海陆地岛屿的风能资源详查，找出能建设400万kW风电场的场址，并开始对岸外海上风能资源进行普查，找到几个可建设示范海上风电场的场址。除继续利用外国政府软贷款和国际金融组织的优惠贷款外，争取国内银行能提供还贷期为15 a的贷款，从而避免过高的还本付息电价。政府将鼓励采用国产机组建设风电场的业主，以贴息方式补偿国产机组示范风电场的风险，开拓市场，拉动国内总装和零部件制造业，提供批量生产和改进产品的机会，降低机组成本。从2006~2010年，国内制造的整机和零部件成本较低，在新增容量中要占70%，这期间应开始建立示范海上风电场。2011~2015年，由于环境指标要求更加严格，火电成本上升缩小了与风电的价差，有利于风电的商业开发，累积装机约在500~700万kW，替代火电的电量125~175亿kW·h，海上风电场也将进入规模发展阶段。2030年时，风电可能会占全国总装机容量的10%，届时海上风电场技术更加成熟，成本明显下降，进入大规模开发时期。到2050年风电的经济效益会有明显的优势。

5.政策建议
(1) 风电配额：制定出按常规火电污染排放量分配比例，由全国所有省区共同分摊的政策。（2）风电上网电价：落实风电高于火电的价差摊到全省的平均销售电价中。制定出按常规火电污染排放量分配比例，由全国所有省区共同分摊的政策。按地区具体情况定出风电最高上网电价的限制，并保持10 a不变，促使业主充分利用资源，降低成本。（3）售电增值税：风力发电增加了新的税源，建议参照小水电核定风电销售环节增值税率为6%。（4）银行贷款：为降低风电电价，减轻还贷压力，建议适当延长风电还贷期限，还贷期（含建设期）增至15 a；为风电项目提供贴息贷款。（5）鼓励采用国产化风电机：为采用国产化风电机的业主提供补贴和贴息贷款，补偿开发商的风险，帮助初期国产化机组进入市场，得到批量生产和改进产品的机会，以利降低成本。（6）建立市场机制：鼓励私人投资和引进外资，参照海洋石油开发的方式制定有关风能资源开发特许权的法律法规。

6.结论
(1)资源丰富：估计可利用的风能储量世界为96亿kW。我国陆上为2.53亿kW。应理顺风能资源勘测的资金渠道，探明实际可开发的风能储量。加大对风电前期工作投入，选出优先开发的风场，做好项目准备。（2）技术成熟：可以商业化开发，1999年全世界风电装机达到1 393万kW，从1995年起5 a的平均年增长率为32%，是发展最快的电源。单机容量以600~1 000为主，1 650 kW的机组已投入市场，正在开发2 000~5 000 kW的机组用于海上风电场。随着技术改进和批量增大，发电成本将持续下降。（3）环境效益好：开发风电是减排CO2的有效措施，比其它方式经济，其发展规模与环境要求密切相关。（4）目前成本高：需要政府激励政策支持，主要是风电上网电价的制定和高于火电的价差分摊，核定风电销售增值税和提供低息长期贷款等政策。（5）降低成本途径：多渠道融资，建立股份制的风电开发公司和竞争机制，降低建设成本。提供贴息贷款建设国产机组的示范风电场，垃动国内制造企业，保证质量，降低制造成本。风电机是高科技产品，应加大研究开发力度，增强自主开发能力，提供质优价廉的新型机组。总之，风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为21世纪中国重要的电源。

风能的技术应用

风能应用概述

风能目前主要用于以下几方面：

1、风力提水

    风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。至20世纪下半时，为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲畜用水以及为了节约能 源，风力提水机有了很大的发展。现代风力提水机根据用途可以分为两类。一类是高扬程小流量的风力提水机，它与活塞泵相团 提取深井地下水，主要用于草原、牧区，为人畜提供饮水。另一类是低扬程大流量的风力提水机，它与螺旋泵相配，提取河水。 湖水或海水，主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。风力提水机在我国用途广阔，如“黄淮河平原的盐碱改造工程”就可大规模 采用风力提水机来改良土壤。

2、风力发电

    利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式。一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电。二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。三是风力发电并人常规电网运行，向大电网提供电力；常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。表1是美国小型风力发电系统的设计指标。

表1 是美国小型风力发电系统的设计指标

3、风帆助航

    在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航，节油率达15％。

4、风力致热

    随着人民生活水平的提高，家庭用能中热能的需要越来越大，特别是在高纬度的欧洲、北美取暖，煮水是耗能大户。为解决家庭及低品位工业热能的需要，风力致热有了较大的发展。

    “风力致热”是将风能转换成热能。目前有三种转换方法。一是 风力机发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能。虽然电能转 换成热能的效率是 100％，但风能转换成电能的效率却很低，因此从能量利用的角度看，这种方法是不可取的。二是由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能，即由风力机带动一离心压缩机，对空气进行绝热压缩而放出热能。三是将风力机直接转换成热能。显然第三种方法致热效率最高。 风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是搅拌液体致热，即风力机带动搅拌器转动，从而使液体（水或油）变热（见下图）。“液体挤压致热”是用风力机带动液压泵，使液体加压后再从狭小的阻尼小孔中高速喷出而使工作液体加热。此外还有固体摩擦致热和涡电流致热等方法。 风力机还有多种用途，表2给出了风能利用装置的不同用途、它们的类型和大小。

风力热水装置示意图

表2 风能利用装置的用途、类型和大小

第二章 新能源和可再生能源产业发展规划要点

	指导思想和基本思路
	实现产业化发展的基础
	发展目标
	产业化体系建设
	预期效益分析
	制约因素与存在的问题
	政策与实施

我国政府一直非常重视新能源和可再生能源的开发利用。在党的十四届五中全会上通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展"九五"计划和2010年远景目标的建议》要求"积极发展新能源，改善能源结构"。1998年1月1日实施的《中华人民共和国节约能源法》明确提出"国家鼓励开发利用新能源和可再生能源"。国家计委、国家科委、国家经贸委制订的《1996－2010年新能源和可再生能源发展纲要》则进一步明确，要按照社会主义市场经济的要求，加快新能源和可再生能源的发展和产业建设步伐。

    从长远来看，大力发展新能源和可再生能源可以逐步改善以煤炭为主的能源结构、尤其是电力供应结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问题，使我国能源、经济与环境的发展相互协调，实现可持续发展目标。从近期来看，开发利用新能源和可再生能源除了能够增加和改善能源供应外，还对解决边疆、海岛、偏远地区的用电用能问题、实现消灭无电县和基本解决无电人口供电问题、农村电气化等目标以及进一步改善我国农村及城镇生产、生活用能条件，都将起到非常重要的作用。 　　

    近二十年来，我国新能源和可再生能源开发利用已取得了较大进展，技术水平有了很大提高，科技队伍逐步壮大，市场不断扩大，产业已初具规模。目前，我国制订"十五"计划工作已全面启动，结合国民经济和社会发展"十五"计划和15年长期规划编制工作，制订"新能源和可再生能源产业发展规划"具有重要的现实意义和深远的战略意义。 　　

    一、指导思想和基本思路 　　

    制订新能源和可再生能源产业发展规划的指导思想是以市场为导向，选择成熟的、具有市场前景的技术、产品作为产业发展的重点，提出合理的发展目标、制订符合市场发展的产业政策、采取规范市场的措施，进一步推动新能源和可再生能源技术的开发和应用。 　　

    新能源和可再生能源产业发展规划的基本思路是根据新能源和可再生能源的资源、技术状况和市场发展潜力，结合国家经济发展要求，提出技术和产品的推广应用目标、实现这些目标需要具备的设备生产制造能力和相应的配套服务体系以及克服产业发展障碍因素的政策措施和实施行动。

二、实现产业化发展的基础 　　

    （一） 资源 　　

    我国具有丰富的新能源和可再生能源资源。据统计，太阳能年辐照总量大于502万千焦/平方米、年日照时数在2200小时以上的地区约占我国国土面积的三分之二以上，具有良好的开发条件和应用价值。风能资源理论储量为32.26亿千瓦，而可开发的风能资源储量为2.53亿千瓦。地热资源的储存条件也较好，其远景储量相当于2000亿吨标准煤以上，已勘探的40多个地热田可供中低温直接利用的热储量相当于31.6亿吨标准煤。生物质能资源也十分丰富。农作物秸秆产量每年约7亿吨，可用作能源的资源量约为2.8～3.5亿吨；薪材的年合理开采量约1.58亿吨，目前实际使用量达到了1.82亿吨，超过15%左右，存在过量砍伐等不合理使用现象；此外还有大量的可用作生产沼气的禽畜粪便和工业有机废水资源，集约化养殖产生的畜禽粪便全国约有40336万吨，其中干物质总量为3715.5万吨，工业有机废水排放总量约为222.5亿吨（未含乡镇工业）。新能源和可再生能源还包括可用作能源的固体废弃物，潮汐能、波浪能、潮流能、温差能源等，也具有很大的开发潜力。 　　

    （二） 技术发展状况和市场开发潜力 　　

    新能源和可再生能源是一类新兴技术，其产品也具有新技术产品特点，即技术上处于不同发展阶段，商品化程度不高，市场发育不成熟，大多数产品未形成规范的市场与价格体系。 　　

    目前，一些技术如太阳热水器、地热采暖等，已较成熟并具有获利能力和相应的市场，形成了初步的产业基础。沼气工程、风力发电、地热发电、太阳光电系统等技术基本成熟，产品已逐步在市场中出现，但需要进一步完善技术，降低成本以及实施激励政策进行推动，才能与常规技术竞争。随着技术创新和技术进步，更多的、具有良好前景的新能源和可再生能源技术将对产业发展起到积极的推动作用。 　　

    （1）太阳热水器是太阳能热利用产业发展的主要内容之一。太阳热水器经过近二十年的研究和开发，其技术已趋成熟，是目前我国新能源和可再生能源行业中最具发展潜力的产品之一。近几年来，太阳热水器市场年增长率达到20%～30%。到1998年，全国太阳热水器累计拥有量达到了1500万平方米，居世界第一位。随着城乡居民生活水平的提高，对生活热水需求量将大大增加。太阳热水器使用范围也将逐步由提供生活用热水向商业用和工农业生产用热水方向发展。太阳能热利用与建筑一体化技术的发展使得太阳能热水供应、空调、采暖工程成本逐渐降低，也将是太阳热水器潜在的巨大市场。此外，国际市场的潜力也很大。1998年太阳热水器年生产能力已达400万平方米，行业产值已超过35亿元，大多数企业具有比较好的经济效益，产业化发展的条件已经初步具备。 　　

    太阳能采暖技术，已列入建设部建筑节能技术政策范畴和建筑节能"十五"计划和2010年规划；太阳灶则主要用于解决在日照条件较好又缺乏燃料的边远地区如西藏、新疆、甘肃等省区的生活用能问题。 　　

    （2）太阳光电转换技术中太阳电池的生产和光伏发电系统的应用水平不断提高。在我国已能商品化生产的单晶硅、非晶硅太阳电池的效率分别为12～13%和4～6%，多晶硅太阳电池也有少量的中试生产，效率为10～12%。目前,太阳电池已经不再局限于作为小功率电源使用，已扩展到通信、交通、石油、农村电气化以及民用等各个不同的应用领域，每年的市场增长率高于20%。截止到1998年底，累计用量已经超过13兆瓦。1998年我国太阳电池的生产能力为4.5兆瓦，实际生产为2.1兆瓦。每峰瓦的光电系统价格在80～100元，发电成本在2.5元/千瓦时以上。到2015年，估计生产成本将下降50%，从而为太阳光伏发电系统大规模应用创造良好的市场前景。 　　

    （3）并网风电技术发展迅速，但需加速设备国产化进程。1990年至1998年，我国风电场发展迅猛，年均增长率超过60%。截至1998年底，全国总共已建有19个风电场，总装机容量达到22.4万千瓦。世界上一些国家风力发电成本已下降到约5美分/千瓦时左右，但我国风力发电成本仍然较高，其中主要原因之一是大型风力发电机组几乎都是引进的。并网风电发展的关键是要解决设备国产化和机制问题。 　　

    我国小型风力发电技术已经比较成熟。我国能够自行研制和开发容量从100瓦到10千瓦共约10个风力发电机组品种，累计保有量超过了1.7万千瓦。与国外同类型机组相比，具有启动风速低、低速发电性好、限速可靠、运行平稳等优点，而且成本低，价格便宜。但在外观质量、叶片材料的应用和制作工艺水平上以及在较大容量的离网型机组的生产制造技术方面，还存在一定差距。小型风力发电以及风/光、风/柴等互补供电技术的主要市场在于它能够为我国广大无电和缺少常规能源的地区解决生活和生产用电。 　　

    （4）我国已建立了一套比较完整的地热勘探技术和评价方法，具备了大规模开发地热的能力，并朝着专业化、规范化方向发展。丰富的地热资源为地热开发利用提供了良好的条件。低温地热的开发利用已经进行了城镇供热和综合利用等多方面的试点示范，技术基本成熟，地热利用设备和监测仪器基本能够实现专业化成套生产。到1998年供暖面积已达800多万平方米。当前需要进一步开拓市场，尤其是热矿水医疗保健和旅游产业等低温地热利用市场。地热发电技术已具有一定的商业化运行基础。 　　

    （5）我国生物质能转换技术发展方向是改进和完善大中型沼气工程技术和生物质气化供气技术。以厌氧消化为核心技术、以废弃物资源化利用为目的大中型沼气工程已成为处理、利用禽畜粪便和工业有机废水最为有效的手段之一。到1998年，全国共建成和营运的工业废水和禽畜粪便沼气工程分别有200和540多个，年生产沼气分别达到3.2亿和0.6亿立方米。与发达国家相比，我国沼气工程厌氧消化成套技术已日趋成熟，在某些方面已居国际领先水平，可根据原料特性的差异，进行沼气工程全套设计和施工，而且投资相对较小，运行费用较低。秸秆气化集中供气、发电技术主要用于解决农作物秸秆的资源化利用。技术的关键是气化炉、净化系统及发电设备系统。我国在热解气化技术方面已经取得了一些进展，目前全国已有160多个乡村级秸秆气化集中供气示范工程正处于营运中。集中供气的主要问题是气化炉生产的燃气中可燃气成分较少、热值低、焦油含量偏高等。虽然目前秸秆气化的燃气主要用于民用炊事，但从发展方向看，更有效的选择是用于发电，为农村提供分散的、更洁净和方便的终端能源。生物质能气化发电技术和设备在我国已经得到了开发和示范应用。推广秸秆气化集中供气、发电技术，不仅能有效缓解农村地区高品位商品能源短缺问题，而且有利于实现秸秆全面禁烧和综合利用，对促进农村社会经济可持续发展和生态环境的保护具有积极的作用。因此，秸秆气化、发电技术在我国具有良好的、巨大的市场潜力，关键是要提高和完善技术以达到成熟实用和可靠的要求。 　　

    （6）加快其它初具发展前景的技术的研究开发，促进其科技成果尽快产业化，如燃料电池技术、温差能源利用技术、废弃物发电、燃料制造及热利用技术、生物质液化（酒精发酵）技术、新型地热利用技术、海洋能发电技术等。这些技术基本上还处于实验探索和研究阶段，需要进一步加大研究开发力度，开展技术攻关，建立中试基地，逐步解决实际运行中存在的问题。

三、发展目标 　　

    新能源和可再生能源产业发展目标是：加速技术和产品的推广应用；增强我国设备制造和生产能力；建立产业化配套服务体系；健全法规和机制，实现新能源和可再生能源开发利用的商业化发展。到2015年新能源和可再生能源年开发量达到4300万吨标准煤，占我国当时能源消费总量的2%[](如果包括小水电，则将达到3.6%)；其产业将成为国民经济的一个新兴行业，拉动机械、电子、化工、材料等相关行业的发展；对减轻大气污染、改善大气环境质量作用明显，将减少3000多万吨碳的温室气体及200多万吨二氧化硫等污染物的排放；提供近50万个就业岗位，为500多万户边远地区农牧民（约2500多万人口）解决无电问题。 　　

    为确保上述目标的实现，新能源和可再生能源产业发展规划分以下几个阶段实施： 　　

    １、2000－2005年，逐步建立新能源和可再生能源经济激励政策体系以及适应市场经济体制的行业管理体系；建立和实施质量保证、监测、服务体系；加大对重点行业和产品的扶持力度以促进产业发展；新能源和可再生能源的开发利用量在我国商品能源消费总量中占0.7%，达到1300万吨标准煤。 　　

    ２、2006－2010年，完善可再生能源产业配套技术服务体系，进一步规范市场；完善新能源和可再生能源经济激励政策体系。新能源和可再生能源的开发利用量达到2500万吨标准煤，在我国商品能源消费总量中占1.25%。 　　

    ３、2011－2015年，大规模推广应用新能源和可再生能源技术，大部分产品实现商业化生产，完善新能源和可再生能源产业体系，使其成为我国国民经济中一个重要的新兴行业，其总产值达到670亿元。新能源和可再生能源的开发利用量达到4300万吨标准煤，占我国当时商品能源消费总量的2%。 　　

    具体内容和任务如下： 　　

    （1） 规范市场，促进大型高效太阳能热利用产业发展 　　

    到2015年全国家庭住宅太阳热水器普及率达20-30%，市场拥有量约2.32亿平方米。形成一批年产200－300万平方米规模，并具有较强新产品开发能力的骨干企业。加强产品质量标准的制订，建立具有权威性的国家级太阳热水器产品质量检测中心，对太阳热水器和太阳热水系统中的集热器、水箱、零部件实行质量监督、检测和认证。推动企业不断提高产品质量，增加品种、规格，降低成本，完善服务，创造出一批用户信得过、国内外有较高信誉的名牌产品，开拓国内国际市场，使更多产品打入国际市场。 　　

    （2）建立太阳电池与应用系统生产体系、降低产品成本 　　

    集中力量在现有太阳电池生产和应用的基础上，适应国际光电技术发展趋势和国内外市场发展的形势，开拓市场，打破年产量徘徊在2兆瓦左右的局面。通过国家重点扶持，推动第二代太阳电池商业化，形成应用器件配套齐全的太阳光伏产业。2015年全国太阳电池发电系统市场拥有量将达到320兆瓦。通过生产规模的扩大，降低太阳电池生产成本，从而推动市场的发展，形成良性循环。在太阳电池市场中，通讯及工业用光伏系统将从目前的40-50%的市场份额下降到2010年的20-30%，户用及民用光伏系统将从目前的30%上升到40-50%。到2015年中国将开始大规模发展并网式屋顶光伏系统。 　　

    （3）推动并网风电的商业化发展，加快国产化进程 　　

    预计2005年并网风电装机将达到300万千瓦, 2010年的发展目标是490万千瓦，2015年达到700万千瓦。为实现这一目标，必须提高国内风力发电设备制造能力，加速风力发电设备国产化进程，形成与风电场建设同步的生产能力，满足国内市场的需求，同时还可以出口。要建立具有自主知识产权的知名品牌，加强对风力发电技术的研究开发，大多数风力发电设备部件要实现国内生产制造，其技术标准和营运质量达到国外同类产品的指标要求，能满足国内风场资源特征及市场需求，形成不同规格的系列化产品。要借鉴国外风力发电机生产的经验，打破行业界限，采用招标方式择优扶持零配件生产厂、整机组装厂，最终实现产品价格、风电场初始投资有较大下降，风力发电成本逐步能与常规发电方式相竞争。在国产化和商业化进程中，要加快形成和建立起风力发电机组质量标准和检测体系。 　　

    （4）继续做好离网型风力发电技术的普及和推广应用 　　

    引导小型风力发电机生产企业加大技改力度，提高小型风力发电机组的性能。加强较大容量的离网型风力发电机组关键部件的研制及改进工作，推动风、光互补发电系统的推广应用。通过引进国外先进成熟技术和经验，做好消化、吸收工作。到2015年形成5万台的年生产能力，市场拥有量累计装机10.5万千瓦。为适应国内、国际市场的发展和加强技术管理工作的需要，按照国际通用标准和技术规范，修订并完善我国离网型风力发电的技术规范、标准、试验方法等；同时建立和完善产品质量保证、监督及检测体系。 　　

    （5）积极推广地热采暖和地热发电技术 　　

    要尽快解决地热回灌技术，注意开发和生产回灌设备，实现设备成套供应，从而避免地热利用引起的环境污染。加快地热热泵技术的引进和开发，加速国产化。要大力开拓地热采暖市场，到2005、2010、2015年地热采暖面积分别达到1500万、2250万、3000万平方米。要积极推动地热的综合利用。在地热发电方面，2005年前主要是开发利用西藏羊八井深部高温热储，建成西藏羊易地热电站和滇西腾冲高温地热电站，地热装机达到40－50兆瓦。到2010年和2015年地热电站累计装机分别为87.5兆瓦和110兆瓦。 　　

    （6）推进大中型沼气工程建设，开发生物质能高效利用设备 　　

    大力推动大中型沼气工程建设，进一步提高设计、工艺和自动控制技术水平。到2015年，处理工业有机废水的大中型沼气工程达到2500座，形成年生产沼气能力40亿立方米，相当于343万吨标准煤，年处理工业有机废水37500万立方米。农业废弃物沼气工程到2015年累计建成近4100个，形成年生产沼气能力4.5亿立方米，相当于58万吨标准煤，年处理粪便量1.23亿吨，从而解决全国集约化养殖场的污染治理问题，使粪便得到资源化利用。秸秆气化技术有待进一步改进，近阶段仍将着眼于200个气化集中供气示范工程的建设。在形成成熟可靠技术后，再进一步推广应用。到2015年，累计建成4500个气化站，总产气量达到20亿立方米，相当于57万吨标准煤。 　　

    （7） 推进新技术产业化 　　

    目前，初具发展前景的潜在技术还没有成熟实用的产品，难以将潜在需求转变为有效需求，形成产业化发展的市场基础还需要一定的时间。我国已建有8座潮汐发电站，总装机容量10.4兆瓦，但潮汐发电技术仍然只是处于试验和示范阶段。氢作为能源的开发利用技术如作为运输工具和发电的燃料，因无污染而成为一种极具发展前景的替代能源技术。燃料电池作为移动电源是一个具有广阔前景的潜在市场，预计2005年以后将逐步进入实际运用阶段。虽然目前还难以对这些技术制定具体的产业化发展目标，但是应重视这些技术的发展，加强中试的投入和技术引进，并逐步进入示范和发展阶段。一旦这些技术有了突破，达到成熟实用，并具有了一定的市场基础，也要将其纳入产业发展规划来进行推动和扶持。

    四、产业化体系建设 　　

    为实现上述新能源和可再生能源产业发展目标，需要建立起相应的产业体系。要支持重点生产制造企业的发展，使其形成具有规模的产品生产和设备制造能力。同时，还要形成和建立与之配套的产业服务体系，包括发展工程施工企业、建立技术服务体系、制定质量标准、建立完善监测体系和相应的法律法规等。目前，已经建立了新能源和可再生能源标准化委员会，要逐步建立相应的国家级产品检测中心、质量保证体系和质量控制制度。此外，还要建立一些全国性和区域性的新能源和可再生能源信息网站以及行业信息交流中心，以加强信息交流。

    五、预期效益分析 　　

    新能源和可再生能源产业发展将带来明显的能源、经济、环境和社会效益。预计到2015年所规划的新能源和可再生能源提供的电力、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%。届时新能源和可再生能源将在我国商品能源消费中约占2%，成为我国商品能源消费的组成部分；如果再包括小水电供应的电力在内（但不包括传统使用方式的生物质能）将达到3.6%。新能源和可再生能源提供的电力将达到190亿千瓦时，年均增长率为20.6%。 　　

    新能源和可再生能源产业发展经济效益显著。预计到2015年，包括电力、燃气和热水在内的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%。新能源和可再生能源产业发展还将带来很大的非直接经济效益，它不但能够拉动相关行业的发展，而且将带来非常明显的环境效益。到2015年本规划包括的新能源和可再生能源对化石燃料的替代量将达到4300万吨标准煤，这等于每年少用了6000万吨煤炭，每年可减少排放二氧化碳的碳量近3000万吨，二氧化硫、氮氧化物和烟尘减排量为210万吨。如果我们把燃煤产生的二氧化硫的排污费和减排二氧化碳的增量成本作为减排的交易成本进行货币化估计，那么减排二氧化碳和二氧化硫等大气污染物的年环境效益约为120亿元。同样，新能源和可再生能源产业发展也带来了多方面的社会效益，其中最为明显的是预计到2015年将提供近50万个就业机会，为约500多万户农牧民家庭（约2500多万人口）解决供电问题。

    六、制约因素与存在的问题 　　

    我国有丰富的新能源和可再生能源资源以及潜在的巨大市场，发展速度也比较迅速，但要实现产业化发展，必须消除技术、资金、市场、机制等方面的障碍。 　　

    （一）技术问题 　　

    目前，我国大多数新能源和可再生能源技术仍处于发展的初期阶段，与发达国家相比，技术工艺相对落后、生产企业规模小，一些原材料和产品国产化程度低。这些原因加大了产品的生产成本，与常规能源相比还不具备竞争能力。因此，迫切需要采取有效措施提高新能源和可再生能源技术发展水平。 　　

    （二）资金问题 　　

    实现上述产业发展规划需要的总投资约为890亿元，年平均约50多亿元。以1997年我国全社会固定资产投资总额（24941亿元）为基础，每年需要的投资约占全社会固定资产总投资的2.1‰。新能源和可再生能源行业是一个新兴产业，资金短缺和缺乏有效的融资机制是产业化发展的重要障碍，除了需要有政府的扶持政策外，还需开拓确保整个规划资金需求的融资渠道及其融资方式。 　　

    （三）市场开发和发育问题 　　

    虽然部分新能源和可再生能源产品已经制定了一些相关标准，但整体上缺乏系统的技术规范，尤其是缺乏产品质量国家标准和认证标准以及相应的法规和质量监督体系，从而影响了市场的扩大。此外，很多以新能源和可再生能源为基础的开发项目具有很好的市场开发潜力，但由于缺乏宣传和信息传播，使得这些产品没有形成有效的市场。 　　

    （四）激励政策体系还不健全 　　

    在目前的技术水平条件下，新能源和可再生能源产品供应成本还不完全具备与常规能源产品进行竞争的能力。为此，需要建立和完善投资、税收、信贷、价格、管理等方面的激励政策体系 　　

    （五）管理体制问题 　　

    新能源和可再生能源按能源品种分属于不同的行业，加之历史原因，没有形成统一的归口行业。对新能源和可再生能源行业的领导和管理又分属于多个部委，这样的管理机制既不能适应市场经济的需要，也很难出台统一的政策措施。

     七、政策与实施 　　

    为推动我国新能源和可再生能源产业的发展，达到规划的目标与要求，需要制订相关的政策并付诸实施： 　　

    １、推动我国新能源和可再生能源法律法规建设，制订"新能源和可再生能源资源开发利用管理条例"、"新能源和可再生能源促进法"。 　　

    ２、建立起完善的经济激励政策体系，逐步制订税收、信贷、投资、价格、补贴等方面的经济激励政策。 　　

    ３、建立合理的管理机制，加强对全国新能源和可再生能源工作的统一领导，避免工作的盲目性、分散性及重复性，推动统一的政策措施出台。 　　

    ４、加强对重点行业和产品的投入，加大对企业技术改造的扶持力度，推动一批新能源和可再生能源骨干企业的规模发展。 　　

    ５、积极开拓并建立有效的国际、国内融资渠道，通过不同的融资方式，采取相应的措施多渠道筹集资金。 　　

    ６、通过政府采购等措施刺激新能源和可再生能源市场需求的增长，培育市场；制定产品标准，健全质量控制和认证制度，加强对市场的规范和管理，建立产品质量检测中心；实施项目招投标制度，工程质量监理和评审制度等。 　　

    ７、在"西部大开发"的实施过程中，充分发挥西部地区的新能源和可再生能源资源优势，采取政策倾斜等措施推动西部地区的新能源和可再生能源产业化建设。 　　

    ８、加强国际合作和交往，积极引进国外先进技术，加快新能源和可再生能源技术水平的提高和向商业化应用的转化，并加速国产化进程。