摘要:20世紀後工業時代，人類生存和社會發展越來越依賴能源，能源危機也在壹定程度上減緩了經濟發展的速度。從我國能源發展現狀、新能源和可再生能源的開發利用及其特點出發，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，對我國目前的發展現狀進行了思考，並進行了總結。
關鍵詞:新能源；開發利用；太陽能；風能；核能
1簡介
說到中國未來的發展，能源問題無論如何都是回避不了的。很大程度上可以說，能源是中國進壹步發展的前提。可再生能源在中國未來能源中的比重很可能比現在高得多，過時落後的設計輸電網絡將被淘汰，即被尖端的數控、電子配電、更高負荷輸電線路組成的智能輸電網絡所取代。2009年6月5438+2月，舉世矚目的新壹輪聯合國氣候變化大會在丹麥哥本哈根舉行。雖然沒有達成實質性協議，但哥本哈根會議有望成為世界向低碳時代全面轉型的歷史轉折點。從大的方面來看，可持續的低碳綠色經濟必然是未來世界發展的大趨勢，這將給新能源、環保等新興產業帶來機遇[1]。
低碳經濟的迅速傳播並非偶然。早在各國意識到不可再生的傳統化石能源的危機時，低碳經濟就已經開始孕育。在全球金融危機和全球氣候變化的巨大壓力下，世界各國政府紛紛出臺綠色政策，低碳經濟模式得到廣泛認可。低碳時代要求高效利用能源，發展清潔能源，追求綠色GDP。核心是能源技術和減排技術的創新，是產業結構和制度的創新，是人類生存和發展理念的根本改變。低碳發展模式的壹個關鍵環節是發展綠色新能源，主要包括太陽能、風能、核能、地熱能、氫能等能源。它們的特點是汙染少、能源可持續或能源成本低。本文重點介紹了太陽能、風能、核能等重要新能源的利用現狀和發展前景。
2新能源的來源和引進
2.1太陽能
2.1.1太陽能的定義和發展歷史
太陽能又稱太陽輻射能，是指太陽以電磁輻射的形式向太空發射的能量，也可以描述為太陽內部高溫核聚變反應釋放的輻射能，其中約有十億到達地球大氣層，是地球上光和熱的來源。
隨著經濟的發展和社會的進步，人們對能源提出了越來越高的要求，尋找新能源已成為當前人類面臨的緊迫任務。自從地球形成以來，生物主要依靠太陽提供的熱和光。自古以來，人類也學會了用陽光曬幹東西作為保存食物的方法，比如制鹽、曬鹹魚等。然而，隨著化石燃料的減少，太陽能被有意地進壹步開發。太陽能的利用方式有兩種:被動式利用(光熱轉換)和光電轉換。太陽能發電是壹種新的可再生能源。從廣義上講，太陽能是地球上很多能量的來源，比如風能、化學能、水的勢能等等。
2.1.2太陽能的分類
(1)太陽能光伏
光伏板組件是壹種在陽光照射下產生直流電的發電裝置，由幾乎全部由半導體材料(如矽)制成的薄型固體光伏電池組成。因為沒有運動部件，所以可以長時間運轉，沒有任何損耗。簡單的光伏電池可以為手表和電腦提供能源，而更復雜的光伏系統可以為房屋提供照明，為電網供電。光伏板模塊可以做成不同的形狀，模塊連接起來可以產生更多的電。近年來，光伏板被用於屋頂和建築表面，甚至被用作窗戶、天窗或屏蔽裝置的壹部分。這些光伏設施通常被稱為附在建築物上的光伏系統。
(2)太陽熱能
現代太陽熱能技術聚集陽光，利用其能量產生熱水、蒸汽和電力。除了使用適當的技術收集太陽能，建築物還可以通過在設計中添加適當的設備來利用太陽的光和熱，例如巨型朝南窗戶或使用可以吸收並緩慢釋放太陽熱量的建築材料。
2.1.3太陽能開發途徑
(1)光熱利用
其基本思想是收集太陽輻射能量，通過與物質的相互作用將其轉化為熱能加以利用。目前使用最多的太陽能集熱器有三種，分別是平板集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器。壹般來說，根據能達到的溫度和用途的不同，太陽能光熱利用可分為低溫利用(< 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。中溫利用主要包括太陽竈、太陽能熱發電聚光集熱裝置，高溫利用主要包括高溫太陽能爐。
(2)太陽能發電
未來太陽能的大規模利用將用於發電。有許多方法可以利用太陽能發電。目前應用的主要有兩種類型:
①光-熱-電轉換。即利用太陽輻射產生的熱能來發電。壹般利用太陽能集熱器將吸收的熱能轉化為工質蒸汽，然後蒸汽驅動燃氣輪機帶動發電機發電。前壹個過程是光熱轉換，後壹個過程是熱電轉換。
②光電轉換。其基本原理是通過光伏效應將太陽輻射能直接轉化為電能，其基本器件是太陽能電池。
(3)光化學利用
這是壹種利用太陽輻射能量直接分解水產生氫氣的光化學轉化方法。
(4)光生物利用
太陽能轉化為生物質的過程是通過植物的光合作用實現的。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨藻。
2.1.4太陽能發電的優勢
照射在地球上的太陽能非常巨大。照射地球約40分鐘的太陽能，足夠全球人類壹年的能源消耗。可以說太陽能是真正取之不盡的能源。而且太陽能發電絕對幹凈，不會造成公害。所以太陽能發電被認為是壹種理想的能源。
要從太陽能獲得電力，需要通過太陽能電池進行光電轉換。它完全不同於以往的其他動力源，具有以下特點:①沒有耗盡的危險；②絕對幹凈(無汙染)；(3)不受資源地理分布的限制；(4)可以就近發電；⑤能量質量高；⑥用戶在情感上容易接受；⑦獲得能量需要的時間很短。缺點是:①輻照的能量分布密度小，即占用面積巨大；②獲得的能量與四季、晝夜、晴雨等氣象條件有關。但總的來說，太陽能作為壹種新能源，有很大的優勢，所以受到了世界各國的重視。
2.2風能
2.2.1風能的定義和發展歷史
風能是提供給人類的壹種可用能源，因為空氣做功。氣流的動能叫做風能。空氣速度越高，動能越大。現在，人們通常使用風車將風的動能轉化為旋轉運動來驅動發電機發電。據統計，到2008年，全球風電發電量約為941萬千瓦，供電量超過全球消費量的1%。雖然風能不是大多數國家的主要能源，但從1999到2005年，風能增加了四倍多。
風能資源豐富，幾乎取之不盡，分布廣泛，環保無汙染。人類利用風能的歷史可以追溯到公元前，但千百年來，風力技術發展緩慢，人們對其重視不夠。自1973世界石油危機以來，風能作為新能源的壹部分，在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，再次取得長足發展。風能作為無汙染、可再生的新能源，發展潛力巨大，特別是對於沿海島嶼、交通不便的偏遠山區、地廣人稀的草原以及遠離電網、近期難以到達的農村和邊疆地區。風能作為生產和生活的能源具有重要意義。即使在發達國家，風能作為壹種高效清潔的新能源，也越來越受到重視。
風能的來源
風是地球上的壹種自然現象，是太陽輻射熱引起的，風能是太陽能的壹種轉換形式。氣流形成的動能就是風能。太陽輻射到地球表面，地球表面受熱不同，產生溫差，導致大氣運動形成風。風能是空氣的動能，風能的大小取決於風速和空氣密度。據估計，雖然到達地球的太陽能只有約2%被轉化為風能，但其總量仍然相當可觀。全球風能約2.74×109MW，其中可利用風能2×107MW，比地球上可開發利用的水能總量大10倍。
2.2.3風能的利用和經濟性
風能的利用形式主要是將大氣運動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，地面和大氣接收的熱量多，溫度高；在高緯度地區，太陽高度角小，日照時間短，地面和大氣接收的熱量少，溫度低。這種高緯度和低緯度的溫差形成了中國南北之間的氣壓梯度，使得空氣水平運動。
利用風力發電的成本降低了很多，即使不計入其他外部成本，在很多適合的地方利用風力發電的成本也比利用燃油自然機發電的成本要低。2002年風力發電年增長率約為25%，現在正以38%的速度快速增長。2003年，美國風力發電的增長超過了所有發電機的平均增長率。自2004年以來，風力發電成為所有新能源中最便宜的。2005年，風力發電的成本已經下降到1968+0990年代的五分之壹，而且隨著大瓦數發電機的使用，下降趨勢還將繼續。
2.2.4風能的優缺點
(1)優勢
風能是壹種清潔能源。隨著風能設施的逐步進步，大規模生產降低了成本。在某些地區，風力發電的成本低於發電機。風能設施多為非立體設施，可以保護土地和生態環境。風力發電是壹種可再生能源，非常環保。
(2)風力發電的生態問題是可能會驚擾鳥類。目前的解決方案是海上發電，雖然昂貴但效率很高。在壹些地區，風力發電不經濟:在許多地區，風力發電是間歇性的。風力發電需要大量的土地來建造壹個風力發電廠來生產更多的能量。進行風力發電時，風力發電機會發出很大的噪音，所以需要壹塊空曠的地方來建造。目前風力發電還不成熟，還有相當大的發展空間。
2.3核能
2.3.1核能定義
核能是原子核通過轉化其質量釋放出來的能量，符合阿爾伯特？愛因斯坦質能方程E=mc2，其中E=能量，m=質量，c=光速常數。核能的釋放主要包括核裂變能、核聚變能和核衰變能。
核能發電的原理
核能發電利用鈾燃料核裂變鏈式反應產生的熱量將熱水加熱到高溫高壓。核反應釋放的熱量遠高於化石燃料釋放的熱量(相差百萬倍左右)，所需燃料量遠小於火力發電廠。核能發電用的鈾-235純度只有3%-4%左右，其余都是不能產生核裂變的鈾-238。核能發電的能量來自核反應堆中裂變材料(核燃料)裂變反應釋放的裂變能。裂變反應是指鈾-235、鈈-239、鈾-233等重元素在中子的作用下分裂成兩個碎片，同時釋放出中子和大量能量的過程。在反應中，可裂變物質的原子核吸收壹個中子，然後分裂並釋放兩到三個中子。
2.3.3核能發電的優點和缺點
(1)優勢
與化石燃料發電不同，核能發電不會向大氣中排放巨量的汙染物，因此核能發電不會造成空氣汙染，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特殊用途。燃料成本在核能發電成本中的比重較低，核能發電成本相對穩定，不易受國際經濟形勢影響。
(2)缺點
核電發電時，只有1/3的熱能轉化為電能，其余2/3的余熱需要通過循環冷卻水排出廠外。冷卻水的最佳來源是天然海水，所以核電站大多位於海邊(或河邊)。因此，廢水的排放會對海洋環境產生壹定的影響。水溫會因廢水而升高2-3℃，時間長了會對無脊椎動物和藻類產生不利影響。比如南灣核三廠附近大量珊瑚死於白化病。垃圾的處理也是壹個大問題。
3中國新能源開發利用現狀
3.1太陽能
3.1.1太陽能發電的應用
雖然開發太陽能的方法有很多，但最廣泛使用和最有前途的方法是太陽能發電。
太陽能發電雖然受晝夜、晴雨、季節影響，但可以分散進行，適合每家每戶分批發電，而且要接入供電網，讓每家每戶有錢的時候賣給電力公司，不夠的時候從電力公司買。實現這壹點的技術並不難解決，關鍵在於相應的法律保障。目前，美國、日本等發達國家都制定了相應的法律來保障太陽能發電的家庭利益，並鼓勵家庭這樣做。太陽能發電具有布局簡單、維護方便的特點，應用廣泛。現在全球總裝機容量已經開始追趕傳統風力發電，在德國甚至接近全國總發電量的5%-8%。
3.1.2太陽能電池的應用
太陽能電池是壹種對光有反應的裝置，可以將光能轉化為電能。能產生光伏效應的材料有很多種，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。現在以晶體為例來描述光伏發電過程。P型晶體矽可以摻磷得到N型矽，形成P-N結。當光照射到太陽能電池表面時，部分光子被矽材料吸收；光子能量轉移到矽原子上，使電子遷移，變成自由電子聚集在P-N結兩側，形成電勢差。當外電路接通時，在這個電壓的作用下，會有電流流過外電路，產生壹定的輸出功率。這個過程的本質是:光子能量轉化為電能的過程。
(1)通信衛星電源
20世紀60年代，科學家們已經將太陽能電池應用於空間技術——通信衛星供電。上個世紀末，在不斷自我反思的過程中，光伏發電這種清潔直接的能源形式變得越來越友好，不僅是在空間應用上，在很多領域都是如此。
(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)調節和控制產生的電能。壹方面將調整後的能量送至DC負載或交流負載，另壹方面將多余的能量送至蓄電池儲存。當產生的電力不能滿足負載的需求時，控制器將蓄電池的電能發送給負載。電池充滿電後，控制器要控制電池不要過充。當存儲在電池中的電能被釋放時，控制器應該控制電池不被過度放電以保護電池。電池組的任務是儲存能量，以保證負載在夜間或雨天用電。
(3)並網發電系統
並網發電系統是將光伏陣列、風力發電機和燃料電池產生的可再生能源通過並網逆變器直接回饋到電網中，不需要電池儲能的發電系統。由於電能直接輸入電網，不需要配置電池，省去了電池儲能和放能的過程，可以充分利用可再生能源產生的電能，減少能量損耗，降低系統成本。並網發電系統可以利用市電和可再生能源並聯作為本地交流負載的電源，降低整個系統的缺電率。同時，可再生能源並網系統可以對公共電網起到調峰作用。並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中國太陽能發展現狀
中國太陽能資源豐富，前景廣闊。目前，中國太陽能產業位居世界第壹，是全球太陽能熱水器產量和使用量最大的國家，也是太陽能光伏電池的重要生產國。中國成熟的太陽能產品有兩個: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》的簽署、環保政策的出臺和國際承諾給太陽能利用行業帶來了機遇。西部大開發為太陽能利用產業提供了巨大的國內市場；原油價格的上漲和中國能源戰略的調整，使得政府加大了對可再生能源發展的支持力度，這些都為中國太陽能利用產業的發展帶來了巨大的機遇。
3.2風能
3.2.1風力發電的應用
風電從19年底開始登上歷史舞臺。在壹百多年的發展中，壹直是在新能源領域孤獨的奮鬥。由於其成本相對較低，成為各國發展新能源的首選。風能作為壹種新型環保可再生能源，越來越受到人們的關註，其利用技術也越來越成熟。我國風能的開發利用有相當大的空間，在風能豐富的地區廣泛建立風力發電站可以大大緩解我國能源短缺的問題。
中國的風能利用
中國位於亞洲大陸東部，瀕臨太平洋，季風強烈，內陸多山系，地形復雜。此外，青藏高原位於中國西部，改變了海陸影響導致的氣壓分布和大氣環流，增加了中國季風的復雜性。冬季風來自西伯利亞和蒙古的中高緯度地區，那裏的空氣非常寒冷幹燥，冷空氣積累到壹定程度。在有利高空環流的引導下，它將折向南，在頻繁南下的強冷空氣的控制和影響下，壹股寒冷幹燥的西北風將侵襲我國北方省份。每年冬季都有多次強冷空氣大幅度降溫，主要影響西北、東北、華北，直到次年春夏之交才會消失。夏季風是來自太平洋的東南風，來自印度洋和南海的西南風。東南季風影響我國東部，西南季風影響西南各省和南部沿海，但風速遠不及東南季風[2]。
青藏高原高而開闊。冬天東南盛行偏南風，東北居多，其他地區壹般。夏季以唐古拉山為界，南部盛行東南風，北部盛行東北東風。我國幅員遼闊，陸地總面積2萬多公裏，海岸線1.8萬多公裏，邊緣海有5000多個島嶼，風能資源豐富。中國現有風電場的年平均風速已經達到每秒6米以上。壹般來說，風電場的風況可分為三類:年平均風速優於6米/秒；7米/秒以上更好；8米/秒以上就很不錯了。
中國風能資源豐富，風力發電作為可再生能源的主力軍，很可能在未來能源產業中發揮主導作用。根據中國氣象科學研究院研究員朱提供的數據，中國風能資源僅次於美國和俄羅斯，居世界第三[3]。中國風能已探明理論儲量32.26億千瓦，可開發2.53億千瓦。如果能充分利用風能，將滿足目前近1/4的能源需求。
3.3核能
3.3.1世界核電現狀
作為核電應用發展最快的分支，第壹座商用核電站1957在美國賓夕法尼亞州開始運行。65438-0986，前蘇聯切爾諾貝利核電站發生重大事故。這是歷史上最嚴重的核事故，不僅造成了人員傷亡和土地汙染，還在壹定程度上直接影響了核工業的進步。核能已經從世界上增長最快的能源下降到發展最慢的能源。當然，當時全球電力過剩，低油價，經濟衰退等原因進壹步推動了核電的發展。20多年後的今天，在國際能源危機的背景下，在適應經濟快速增長和環境保護迫切要求中表現出巨大競爭力的核電再次被提上日程。法國專家認為，芬蘭建造的第三代核電站和法國建造的同壹座核電站將開啟新壹輪核電發展高峰。
世界核電現狀大不相同。在擁有核能發電能力的30個國家中，核反應堆發電的百分比從法國的78%到中國的僅2%不等。截至2008年3月，全球共有439座核反應堆，另有35座正在建設中。美國數量最多，為104，其次是法國59，日本55，俄羅斯31，另有7架在建。核能的發展集中在亞洲。在建的35座反應堆中，有20座在亞洲，最近接入電網的39座反應堆中有28座也在亞洲[4]。
3.3.2核能應用的全球變暖
越來越多的人在討論核能發電，這往往涉及到更廣泛的問題，如全球變暖和氣候變化。是什麽推動了人們對核電越來越高的期望？能源預測壹直表明，世界對能源的需求有壹個持續的長期增長。與此同時，新的環境限制，如《京都議定書》的生效，對避免溫室氣體排放有壹些實際的財政好處。
中國目前面臨著能源需求的急劇增加，因此十多年來，它正在利用包括核能在內的所有可能的能源來擴大其發電能力。目前我國核電僅占能源總量的2%，但為了配合國家能源結構調整，我國應首先發展核電。我國核電發展的最新目標是，到2020年，新建核電站31座，運行裝機容量4000萬千瓦，在建18萬千瓦[5]。
4中國新能源發展的戰略思考
我國新能源和可再生能源資源豐富:可開發水電資源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、薪柴和各種有機廢棄物，使用量約21.6億噸標準煤，占農村生活能源消費的70%，占能源消費總量的50%；我國年太陽輻射總量超過60萬焦耳/平方厘米，開發利用前景廣闊。風能資源總量為654.38+06億千瓦，其中約654.38+00%可開發利用。地熱資源還有待開發。目前已探明的地熱儲量約為4626億噸標準煤，目前僅使用約十萬分之壹。中國的海洋能資源也很豐富，其中可開發的潮汐能有2000多萬千瓦[6]。
我國政府非常重視可再生能源的研究和開發。國家經貿委制定了新能源和可再生能源產業發展“十五”規劃，頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，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利用。我國政府承諾，到2020年，我國單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降40% ~ 45%，到2020年，我國非化石能源占壹次能源消費比重達到15%左右[1]。
根據第四屆新能源國際高峰論壇，可再生能源在中國壹次性能源消費結構中的比例已從2008年的8.4%上升至2009年的9.9%。2009年，國內可支配能源消費結構中，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的消費比重上升至9.9%。根據2009年底國務院提出的目標，到2020年非化石能源占壹次能源消費的比重將達到15%左右。從9.9%到15%，雖然可再生能源需要增加的比例不算太大，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，中國的能源消費總量為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，這意味著必須加大新能源領域的投資，以確保消費比重的穩步上升。據初步分析判斷，為實現可再生能源消費比重15%的目標，到2020年，我國水電裝機達到3億千瓦以上，核電裝機達到6000萬千瓦至7000萬千瓦，風電、太陽能等可再生能源利用達到150萬噸標準煤以上[7]。
因此，中國的長期目標應該是以風能、太陽能和核能為重點，適當發展生物質能、垃圾焚燒、沼氣和地熱能，建立多元化的新能源利用體系，合理均衡地發展新能源。
5總結和討論
20世紀後工業時代，能源與人類生存關系密切，能源危機減緩了經濟發展的速度。電、煤和石油等不可再生能源經常處於緊急狀態。作為能源消費大國，中國不得不考慮改變能源結構，走可持續發展的道路，以確保能源的可持續供應。能源枯竭和環境惡化已經成為人類可持續發展的重大威脅，開發新能源迫在眉睫。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，這已經成為全球性的知識[8]。
歐美、日本等發達國家和眾多發展中國家紛紛投資新能源領域，以期在未來的國際競爭中占據壹席之地。我國也順應潮流將發展新能源提上戰略日程，但面臨規劃缺失、技術創新不足、應用障礙多、發展不平衡等問題。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、建立補貼機制和調整能源利益提高實用性，通過產業政策和市場培育政策完善產業鏈和擴大市場容量，通過多元化戰略建立合理的新能源體系，是我國必然的戰略選擇。
發展新能源任重道遠。未來，中國將大力發展新能源，而且必須大力發展新能源。這樣，在未來的“低碳經濟”時代，中國將有機會掌握話語權，在國際競爭中立於不敗之地。
參考資料:
[1]胡·，新能源迎來巨大發展機遇，新材料產業，2010(4)，53~57
[2]風能:新能源龍頭，新聞，華北電力科技，2010(5)，50
[3]朱，風電場風資源衛星遙感地理信息綜合評價及選址研究，中國氣象科學研究院年報，1997(00)，41~50。
[4]阿蘭·麥克唐納，世界核電形勢，國際原子能機構公報，2008，49(2)，45~48。
[5] 2007年中國能源發展報告
[6]姚延峰，中國新能源開發利用現狀及未來發展趨勢研究與分析，中國市場，2010(22)，16~17。
[7]能源經濟信息，我國可再生能源消費比重達到9.9%，能源技術與經濟，2010(22)，68 .
[8]劉世雙，我國新能源發展的戰略思考，經濟與管理，2010，24 (6)，5~9。