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由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时局部地区战争和动乱造成能源紧缺，而新的能源生产供应体系又未能建立，能源总量不能满足消费需求，因而产生能源危机。同时环境污染问题已经越来越严重地影响到人们的生命健康与安全，其中煤炭在能源消费中占有很大的比重，是大气污染的主要来源，因而开发利用新能源是减少环境污染的重要选择。

因此，节约能源、尽可能多地利用洁净能源是社会可持续发展的基本原则，必须大力发展替代能源，即新能源。

新能源发展趋势

1 新能源产生的背景及条件

1.1 背景

由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时局部地区战争和动乱造成能源紧缺，而新的能源生产供应体系又未能建立，能源总量不能满足消费需求，因而产生能源危机。同时环境污染问题已经越来越严重地影响到人们的生命健康与安全，其中煤炭在能源消费中占有很大的比重，是大气污染的主要来源，因而开发利用新能源是减少环境污染的重要选择。因此，节约能源、尽可能多地利用洁净能源是社会可持续发展的基本原则，必须大力发展替代能源，即新能源。

1.2 条件 一般来说，新的主要替代能源必须满足4个条件：①这种新能源资源必须足够丰富；②这种新能源的技术必须足够成熟；③这种新能源的价格必须足够低廉；④这种新能源的使用必须足够安全、清洁。目前，新能源技术包括核能技术、太阳能技术、氢能技术、地热能技术、海洋能技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。

新能源分类

（1）一次能源：直接来自自然界的未经过任何加工或转换的天然能源称为一次能源。如煤炭、石油、天然气、流水、阳光、风等。

（2）二次能源：由自然界的天然能源直接或间接转化来的人工能源称为二次能源。如焦炭、煤气、电力、石油、沼气等。

2）按能源利用技术状况

（1）传统能源：已经被大规模开采并广泛应用的能源称为传统能源。如煤炭、石油、天然气、水能等。

（2）新能源：新近才被利用或正在开发研究的能源称为新能源。如太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能等。

3）按能源使用能耗

（1）可再生能源：能重复产生并永不枯竭的能源称为可再生能源。如太阳能、风能、水能、潮汐能、生物质能等。

（2）不可再生能源：不能重复再生、随开采利用而减少的能源称为不可再生能源。如原煤、原油、天然气、核燃料铀等。

4）按能源使用性质

（1）燃料能源：能通过化学或物理反应(或核反应)释放出能量的物质原材料称为燃料能源。包括可以直接燃烧的矿物燃料(煤、油、气等)、生物燃料(柴草、沼气及各种有机废料等)、核燃料(铀、钍、氘等)三种。

（2）非燃料能源：不能直接燃烧的能源称为非燃料能源。如太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能等。

5）按能源来源

（1）来自太阳和其他天体的能量：人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来源于太阳能。太阳辐射所产生的热效应在大气、土地与海洋之间的界面形成风、波浪；各种植物通过光合作用吸收太阳能转化成生物质能；而煤、石油、天然气等矿物燃料是有古代生物储存的太阳能；太阳系行星、卫星的运行产生潮汐能。

（2）地球本身蕴藏的能量：主要包括地热能和原子核能；火山爆发和地震也是地球本身

蕴藏的能量的释放。

（3）地球和其他天体相互作用而产生的能量：如潮汐能。

6）按能源使用的污染程度

人们根据能源在使用中所产生的污染程度，把太阳能、风能、水能、天然气等称为清洁能源，而把煤炭、油页岩、原子能等称为非清洁能源。

海洋能技术

3.1 定义

海洋能是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。

3.2 特点 1）海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。

2）海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽、用之不竭。

3）海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律和变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。

4）海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。

3.3 能量形式

1）潮汐能

因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面积占地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分转化成各种形式的海洋能。潮汐能的主要利用方式为发电，目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。.

2）波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。

3）海水温差能

海水温差能是指涵养表层海水和深层海水之间水温差的热能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差而储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。

4）盐差能

盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能，主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。

5）海流能

海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似。

6）近海风能

近海风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。

生物质能技术

4.1 定义

生物质能源技术是指把生物质转化为能源并加以利用的技术，按照生物质的特点及转化方式可分为固体燃料生产技术、液体燃料生产技术、气体燃料生产技术。

4.2 分类

1）固体生物燃料

生物质成型燃料燃烧是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统燃煤设备燃用，该技术将低品位的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高的生物质颗粒状(pel-lets)或型煤状(briquettes)燃料，热利用效率显著提高，能效可达45%(如瑞典的Kcraft热电工厂)，超过一般煤的能效。

2）液体生物燃料

液体生物燃料主要被用于替代化石燃油作为运输燃料，如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。而生物柴油又分为从植物油得到的生物柴油和通过气化或液化得到的BtL。BtL技术被认为是最有前途的生物液体燃料技术。

3）气体生物燃料

气体生物燃料包括沼气、生物质气化、生物质制氢等技术，以及沼气净化后作为运输燃料GtL。

可燃冰开采技术

5.1 定义 可燃冰(combustible ice)是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源，又称天然气水合物( natural gas hydrate，简称gas hydrate)，其外观像冰一样而且遇火即可燃烧。它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气混合时组成的类冰的、非化学计量的笼形结晶化合物。

5.2 形成条件

可燃冰分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。形成可燃冰必须满足三个基本条件，即温度、压力和原材料。

1）低温。

可燃冰在0~10℃时生成，超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2~4℃。

2）高压。

可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。

3）充足的气源。

海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间生成。

5.3 开采方法

1）热激发开采法。

2）减压开采法。

3）化学试剂注人开采法。

4）CO2置换开采法。

5）固体开采法。

6 核能

6.1 定义 核能(又称原子能)是原子核结构发生变化时放出的能量[6]。

6.2 分类 1）核裂变能：重原子分裂成两个或多个较轻原子核，释放巨大的能量，称为核裂变能，比如原子弹爆炸。

2）核聚变能：两个较轻原子核聚合成一个较重的原子核，释放巨大的能量，称为核聚变能，比如氢弹爆炸。

6.3 利用——核能发电

1）电过程

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热至高温高压状态，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的铀235纯度只占3%~4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。”其发电过程可简单描述为：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。

2）优缺点

核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染，不会产生加重地球温室效应的CO2；核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。但是核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过的核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，同时核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害，必须慎重处理；核能电厂投资成本太大，且效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境中，故核能电厂的热污染较严重。

其他新能源

7.1 风能

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计，到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为1300X108kW，比地球，上可开发利用的水能总量还要大10倍。

风能(windenergy)是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，属于可再生能源。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，这就是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，即风力发电。

7.2 太阳能

1）太阳能的概念

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳能；即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)，从根本.说也是远古以来贮存下来的太阳能。所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。太阳光普照大地，没有地域的限制，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一；每年到达地球表面的太阳辐射能约相当于燃烧煤，其总量属现今世界.上可以开发的最大能源。根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

2）太阳能的利用

（1）光热利用

它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，把太阳能光热利用分为低温利用(<200℃)、中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

（2）太阳能发电

太阳能的大规模利用是用来发电，利用太阳能发电的方式主要有以下两种。

①光——热——电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。前一过程为光一热转换，后一过程为热——电转换。

②光——电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

（3）光生物利用

通过植物的光合作用实现将太阳能转换成为生物质或植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻等。

7.3 地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是可再生资源。地球内部的温度高达7000℃，而在80~100km的深度处，温度会降至650~1 200℃。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1~5km的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。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始于20世纪中叶，人们利用地热进行发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注人岩层，产生高温蒸汽，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。它实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

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：200~400℃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；100~150℃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 °C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，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。据美国地热资源委员会(GRC)1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827. 55 MW，装机容量在100 MW 以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。到1997年末，全世界地热发电的装机容量为7950 MW。我国的地热资源也很丰富，目前我国年利用地热能约4.45亿m2 ，居世界第一位，而且每年以近10%的速度增长。全国可开发利用的地下热水资源量每年约，折合3283万t标准煤。我国用于发电的地热资源主要集中在西藏、云南的横断山脉一线。目前，全国地热发电装机容量88%集中在西藏。其中，羊八井地热电站已稳定运行了30多年。

新能源发展趋势

1）技术水平不断提高，成本持续下降。

2）发展速度加快，市场份额增加。

3）新能源已成为各国实施可持续发展的重要选择。

4）新能源是一种朝阳产业，孕育着巨大的潜在经济利益。