對中國能源問題的思考
摘要：20世紀的後工業時代，人類生存和社會發展對能源的依賴越來越大，能源危機也在壹定程度上拖慢了經濟發展的速度。本文從我國能源發展現狀和新能源、可再生能源的開發利用及其特點著眼，分析了太陽能、風能、核能等清潔可再生能源的可利用價值和利用途徑，針對我國現階段的發展狀況進行思考，並做出了總結。
關鍵詞：新能源；開發利用；太陽能；風能；核能
1 引言
談及中國未來的發展，能源問題是無論如何也繞不過的。在很大程度上，可以說能源是中國進壹步發展的前提。中國未來能源中可再生能源的比重很可能要比現在高得多，陳舊過時、設計落後的輸電網將被淘汰，也就是說，由尖端數控、電子配電和更高負荷輸電線路構成的智能輸電網所替代。2009年12月，全球矚目的新壹輪聯合國氣候變化大會在丹麥首都哥本哈根召開，雖然未達成實質性的協議，但是哥本哈根會議有望成為世界全面向低碳時代轉型的歷史轉折點。從大的方向上看，可持續的低碳和綠色經濟，也必將是未來世界發展的大勢所趨，這將會給新能源、環保等新興產業帶來機遇[1]。
低碳經濟的迅速蔓延並非偶然。早在各國意識到傳統化石能源不可再生的危機時，低碳經濟就已經開始孕育。在席卷全球的金融危機和全球氣候變化的巨大壓力下，各國政府紛紛推出綠色政策，低碳經濟模式得到普遍認可。低碳時代要求高效利用能源、開發清潔能源、追求綠色GDP，核心是能源技術和減排技術創新、產業結構和制度創新以及人類生存發展觀念的根本性轉變。低碳式發展模式的壹個關鍵環節就是發展綠色新能源，主要包括太陽能、風能、核能以及地熱能、氫能等多種能源，它們的特點是汙染少，能量可持續或者是能量來源成本較低。本文中著重介紹太陽能、風能以及核能等重要新能源的利用現狀和發展前景。
2 新能源的來源和簡介
2.1 太陽能
2.1.1 太陽能的定義及發展史
太陽能（Solar Energy），又稱太陽輻射能，指的是太陽以電磁輻射形式向宇宙空間發射的能量，也可以描述為太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能，其中約二十億分之壹到達地球大氣層，是地球上光和熱的源泉。
隨著經濟的發展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬幹物件，並作為保存食物的方法，如制鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進壹步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電是壹種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。
2.1.2 太陽能的分類
（1）太陽能光伏
光伏板組件是壹種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置，由幾乎全部以半導體物料(例如矽)制成的薄身固體光伏電池組成。由於沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較復雜的光伏系統可為房屋提供照明，並為電網供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產生更多電力。近年，天臺及建築物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的壹部分，這些光伏設施通常被稱為附設於建築物的光伏系統。
（2）太陽熱能
現代的太陽熱能科技將陽光聚合，並運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外，建築物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。
2.1.3 太陽能的開發途徑
（1）光熱利用
它的基本原來是將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（＜200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（＞800℃）。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能幹燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調制冷系統等，中溫利用主要有太陽竈、太陽能熱發電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。
（2）太陽能發電
未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式有多種。目前已實用的主要有以下兩種：
①光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。壹般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前壹過程為光—熱轉換，後壹過程為熱—電轉換。
②光—電轉換。其基本原理是利用光生伏打效應將太陽輻射能直接轉換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。
（3）光化利用
這是壹種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。
（4）光生物利用
通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
2.1.4 太陽能發電的優點
照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類壹年能量的消費。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發電絕對幹凈，不產生公害。所以太陽能發電被譽為是理想的能源。
從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同，具有以下特點：①無枯竭危險；②絕對幹凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有極大優點，因此受到世界各國的重視。
2.2 風能
2.2.1 風能的定義及發展史
風能是因空氣做功而提供給人類的壹種可利用的能量。空氣流具有的動能稱風能。空氣流速越高，動能越大。現在人們通常用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機，以產生電力。據統計到2008年為止，全球以風力產生的電力約有94.1百萬千瓦，供應的電力已超過全球用量的1%。風能雖然還不是大多數國家的主要能源，但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。
風能量是豐富、近乎無盡、分布廣泛、環保無汙染。人類利用風能的歷史可以追溯到西元前，但數千年來，風能技術發展緩慢，沒有引起人們足夠的重視。自1973年世界石油危機以來，在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能作為新能源的壹部分才重新有了長足的發展。風能作為壹種無汙染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力，特別是對沿海島嶼，交通不便的邊遠山區，地廣人稀的草原，以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆，風能作為解決生產和生活能源有著重要的意義。即使在發達國家，風能作為壹種高效清潔的新能源也日益受到重視。
2.2.2 風能的來源
風是地球上的壹種自然現象，它是由太陽輻射熱引起的，風能是太陽能的壹種轉化形式。空氣流動所形成的動能即為風能。太陽輻射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產生溫差，從而引起大氣的運動形成風。風能就是空氣的動能，風能的大小決定於風速和空氣的密度。據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化為風能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。
2.2.3 風能的利用和經濟性
風能利用形式主要是將大氣運動時所具有的動能轉化為其他形式的能量。在赤道和低緯度地區，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度強，地面和大氣接受的熱量多、溫度較高；在高緯度地區太陽高度角小，日照時間短，地面和大氣接受的熱量小，溫度低。這種高緯度與低緯度之間的溫度差異，形成了中國南北之間的氣壓梯度，使空氣作水平運動。
利用風來產生電力所需的成本已經降低許多，即使不含其他外在的成本，在許多適當地點使用風力發電的成本已低於燃油的內然機發電了。風力發電年增長率在2002年時約25%，現在則是以38%的比例快速成長。2003年美國的風力發電成長就超過了所有發電機的平均成長率。自2004年起，風力發電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了，在2005年風力能源的成本已降到1990年代時的五分之壹，而且隨著大瓦數發電機的使用，下降趨勢還會持續。
2.2.4風能的優缺點
（1）優點
風能是壹種潔凈的能量來源，隨著風能設施逐漸進步，大量生產降低成本，在壹些地區，風力發電成本低於發電機。風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態環境。風力發電是可再生能源，很環保。
（2）風力發電在生態上的問題是可能幹擾鳥類，目前的解決方案是離岸發電，離岸發電價格較高但效率也高。在壹些地區，風力發電存在經濟性不足：許多地區的風力存在間歇性。風力發電需要大量土地興建風力發電場，才可以生產比較多的能源。進行風力發電時，風力發電機會發出龐大的噪音，所以需要空曠的地方來興建。現在的風力發電還未成熟，還有相當大的發展空間。
2.3 核能
2.3.1 核能的定義
核能是通過轉化其質量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特?愛因斯坦的質能方程E=mc2，其中E=能量，m=質量，c=光速常量。核能的釋放主要包括核裂變能、核聚變能、核衰變能三種形式。
2.3.2 核能發電原理
核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將熱水加熱成高溫高壓，核反應所放出的熱量較化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發電所使用的的鈾-235純度只約占3%－4%，其余皆為無法產生核分裂的鈾-238。核能發電的能量來自核反應堆中可裂變材料（核燃料）進行裂變反應所釋放的裂變能。裂變反應指鈾-235、鈈-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應中，可裂變物的原子核吸收壹個中子後發生裂變並放出兩三個中子。
2.3.3 核能發電的優缺點
（1）優點
核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的汙染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣汙染，同時也不會產生二氧化碳等溫室氣體。而且核電的燃料鈾燃料到目前為止沒有其他的特別用途。燃料費在核能發電的成本中所占比例較低，核能發電的成本比較穩定，不易受到國際經濟形勢的影響。
（2）缺點
核能發電時僅將1/3的熱能轉化為電能，其余2/3的余熱需藉循環冷卻水排出廠外，冷卻水的最佳來源就是天然海水，故核電廠多設置於海邊（或河邊）。因此廢水的排出會對海洋環境造成壹定的影響。水溫因廢水會增高2-3℃，如果持續很久會對無脊椎動物及海藻類生物都有不良影響。例如南灣核三廠附近的珊瑚大量白化死亡。而且廢料的處理也是壹大問題。
3 我國新能源的開發利用現狀
3.1 太陽能
3.1.1 太陽能發電的應用
雖然太陽能有多種開發途徑，但是目前應用最廣泛且最有前景的途徑就是太陽能發電。
太陽能發電雖受晝夜、晴雨、季節的影響，但可以分散地進行，所以它適於各家各戶分批進行發電，而且要聯接到供電網絡上，使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司，不足時又可從電力公司買入。實現這壹點的技術不難解決，關鍵在於要有相應的法律保障。現在美國、日本等發達國家都已制定了相應法律，保證進行太陽能發電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發電。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%。
3.1.2 太陽能電池的應用
太陽能電池是壹個對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶矽，多晶矽，非晶矽，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體為例描述光發電過程。P型晶體矽經過摻雜磷可得N型矽，形成P－N結。當光線照射太陽能電池表面時，壹部分光子被矽材料吸收；光子的能量傳遞給了矽原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生壹定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。
（1）通信衛星供電
上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用於空間技術——通信衛星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對於光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。
（2）離網發電系統
太陽能發電控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發的電能進行調節和控制，壹方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另壹方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。
（3）並網發電系統
並網發電系統是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通過並網逆變器直接反向饋入電網的發電系統。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。並網發電系統能夠並行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。同時，可再生能源並網系統可以對公用電網起到調峰作用。網發電系統是太陽能風力發電的發展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術。
3.1.3 我國太陽能開發現狀
中國蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊。目前，我國太陽能產業規模已位居世界第壹，是全球太陽能熱水器生產量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產國。我國比較成熟太陽能產品有兩項：太陽能光伏發電系統和太陽能熱水系統。
《可再生能源法》的頒布和實施，為太陽能利用產業的發展提供了政策保障；京都議定書的簽定，環保政策的出臺和對國際的承諾，給太陽能利用產業帶來機遇；西部大開發，為太陽能利用產業提供巨大的國內市場；原油價格的上漲，中國能源戰略的調整，使得政府加大對可再生能源發展的支持力度，所有這些都為中國太陽能利用產業的發展帶來極大的機會。
3.2 風能
3.2.1 風能發電的應用
風力發電在19世紀末就開始登上歷史的舞臺，在壹百多年的發展中，壹直是新能源領域的獨孤求敗，由於它造價相對低廉，成了各個國家爭相發展的新能源首選。風能作為壹種新興的環保的可再生能源已越來越受到關註，人類對其的利用技術也日趨成熟。我國風能有相當大的開發和利用空間，在風能充沛的地區廣泛建立風力發電站可以大大的緩解我國能源缺乏的問題。
3.2.2 我國的風能利用
我國位於亞洲大陸東部，瀕臨太平洋，季風強盛，內陸還有許多山系，地形復雜，加之青藏高原聳立我國西部，改變了海陸影響所引起的氣壓分布和大氣環流，增加了我國季風的復雜性。冬季風來自西伯利亞和蒙古等中高緯度的內陸，那裏空氣十分嚴寒幹燥，冷空氣積累到壹定程度，在有利高空環流引導下，就會爆發南下，在此頻頻南下的強冷空氣控制和影響下，形成寒冷幹燥的西北風侵襲我國北方各省。每年冬季總有多次大幅度降溫的強冷空氣南下，主要影響我國西北、東北和華北，直到次年春夏之交才消失。夏季風是來自太平洋的東南風、印度洋和南海的西南風，東南季風影響遍及我國東部地區，西南季風則影響西南各省和南部沿海，但風速遠不及東南季風大[2]。
青藏高原地勢高亢開闊，冬季東南部盛行偏南風，東北部多為東北風，其他地區壹般為偏西風，夏季大約以唐古拉山為界，以南盛行東南風，以北為東至東北風。我國幅員遼闊，陸疆總長達2萬多公裏，還有18000多公裏的海岸線，邊緣海中有島嶼5000多個，風能資源豐富。我國現有風電場場址的年平均風速均達到6米／秒以上。壹般認為，可將風電場風況分為三類：年平均風速6米／秒以上時為較好；7米／秒以上為好；8米／秒以上為很好。
中國風力資源極為豐富，風能發電很可能作為可再生能源的主力軍在今後能源產業中起到領軍作用。中國氣象科學院研究員朱瑞兆提供的數據顯示，中國風能資源僅次於美國和俄羅斯，居世界第三[3]。已探明的中國風能理論儲量為32.26億千瓦，可利用開發為2.53億千瓦。風能如果能夠全部利用起來，將滿足當前能源需求的近1/4。
3.3 核能
3.3.1 世界核能發電現狀
核能發電作為核能應用中發展最快的壹支，第壹座商業用核電廠1957年在美國賓州開始運轉。1986年，前蘇聯切爾諾貝利核電廠發生重大事故，這壹歷史上最嚴重的核能事故，除了導致人員傷亡、土地汙染等後果外，某種程度上也直接影響了核工業的前進腳步。核能從世界發展最快的能源淪為發展最慢的能源。當然，當時全球電力過剩、油價低廉、經濟不景氣等原因也進壹步促使核電發展“壹蹶不振”，二十多年後的今天，在國際能源危機的背景下，已在適應經濟的快速增長和對環保的迫切要求上顯示出巨大競爭力的核電，再次被提上議事日程，法國有關專家認為，芬蘭建造的第三代核電站和法國興建的同樣的核電站將開啟新壹輪的核電發展高峰。
全世界核電當前狀況有很大的不同。在30個已經具有核發電能力的國家中，核反應堆的發電百分比從法國的78%到中國的僅僅2%。截至2008年3月，全世界總計有439座核反應堆，另有35座正在建造。美國最多，有104座，法國次之，有59座，日本55座，而俄羅斯有31座並另有7座在建造中。核電發展集中在亞洲。正在建造中的35座反應堆中總***有20座在亞洲，而最近並網發電的39座反應堆中的28座也是在亞洲[4]。
3.3.2 核能應用全球升溫
有越來越多的人在討論核能發電，常常涉及諸如全球變暖和氣候變化之類的更廣泛的問題。是什麽推動了對核電期望的上升呢？能源預測壹直表明世界對能源的需求有持久的長期增長。同時新的環境限制——像京都議定書的生效等存在著避免溫室氣體排放的壹些實際財政利益。
中國目前面臨著能源需求的急劇增長，因此正在十余利用壹切可能的能源包括核能來擴大其發電容量。目前中國的核電僅占全國能源總量的2%，但是為了配合國家能源結構調整，中國首先要發展的就是核電。中國核電發展的最新目標是：到2020年前要新建核電站31座，在運行核電裝機容量4000萬千瓦，在建核電裝機容量1800萬千瓦[5]。
4 中國新能源發展的戰略思考
我國具有豐富的新能源和可再生能源資源：水能可開發資源為3178億千瓦，目前已開發利用11%；生物質能資源，包括農作物稭稈、薪柴和各種有機廢物，利用量約為216億噸標準煤，占農村生活能源消費的70%，占整個用能的50%；我國太陽能年總輻射量超過60萬焦耳/平方厘米，開發利用前景廣闊；風能資源總量為16億千瓦，約10%可供開發利用；地熱資源尚待繼續勘探，目前已探明的地熱儲量約為4626億噸標準煤，現利用的僅約十萬分之壹；我國海洋能源資源亦十分豐富，其中可開發的潮汐能就有2000萬千瓦以上[6]。
我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，並制定頒布了《中華人民***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。我國政府承諾到2020年中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降40%～45%，到2020年我國非化石能源占壹次能源消費的比例達到15%左右[1]。
從第四屆新能源國際高峰論壇獲悉，2009年中國可再生能源在壹次性能源消費結構中所占的比例已從2008年的8.4%提升至9.9%。2009年，國內壹次性能源消費結構中，煤炭占68.7%，石油占18%，天然氣占3.4%，非化石能源，即可再生能源消費比重上升到9.9%。根據國務院2009年年底提出的目標，到2020年非化石能源占壹次能源消費比重達到15%左右。從9.9%至15%，可再生能源需提升的比重雖不算太大，但考慮到未來中國能源需求的巨大增長，上述目標的實現仍面臨考驗。2009年，我國能源消費總量為30億噸標準煤。專家預測，到2020年，能源需求總量可能高達45億噸標準煤，這意味著新能源領域必須加大投入才能確保消費比重穩定提升。根據初步分析判斷，要實現可再生能源消費比重達15%的目標，到2020年我國水電裝機容量要達到3億kw以上，核電投運裝機容量達到6000萬kw至7000萬kw，風電、太陽能及其他可再生能源利用量達到1.5億噸標準煤以上[7]。
因此，中國長遠目標應該是以風能、太陽能以及核能為主，適當發展生物質能、垃圾焚燒、沼氣、地熱等能源，建立多元化的新能源利用體系，合理均衡地發展新能源。
5 總結與討論
20世紀的後工業化時代，能源和人類生存有著緊密的關系，能源危機拖慢了經濟發展的速度。電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，我國作為能源消耗大國，不得不考慮改變能源結構，走可持續發展道路，保證能源的可持續供給。能源枯竭和環境惡化已成為人類可持續發展的重大威脅，新能源開發迫在眉睫。新能源即將成為人類歷史上的“第四次能源革命”，新能源產業將成為戰略性新興產業已經成為全球***識[8]。
歐美日等發達國家以及眾多的發展中國家，紛紛投入到新能源領域，以在未來國際競爭中占有壹席之地。中國也順應潮流將新能源發展提上戰略日程，但卻面臨缺乏規劃、技術創新不足、應用障礙多、發展不均衡等問題。通過出臺戰略規劃加強引導，通過加大技術創新、完善基礎設施、建立補貼機制和能源利益調節等完善提高實用性，通過產業政策和市場培育政策完善產業鏈條擴展市場容量，通過多元化策略建立合理的新能源體系，是中國在新能源發展方面的必然戰略選擇。
發展新能源任重而道遠。在未來中國，新能源將會，也必須得到大力發展。這樣在未來的“低碳經濟”時代，中國才有機會掌握應有的話語權，才能在國際競爭中立於不敗之地。
參考文獻：
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