新能源概论课件

新能源概论（1-1）李俊瑞前言本课程为能源动力类专业及相关专业选修课程。二、课程目的

三、主要授课内容一、课程性质1.新能源概述；2.新能源资源状况及其特点；4.太阳能利用技术；3.新能源开发利用情况；5.新能源利用评价方法等。

通过本课程学习了解新能源技术的主要内容及发展情况，掌握新能源利用技术的基础知识，熟悉新能源种类及其应用特点，对新能源技术及其应用具有初步认识，拓展专业视野和能力。

了解新能源种类和资源基本情况，新能源在经济社会发展中的地位和作用，熟悉各种新能源主要特点、应用原理及其方法，掌握太阳能热利用的主要方式和热力系统，新能源利用经济性评价方法，新能源开发利用现状和未来趋势。

认真作好笔记（不定期检查），注意课后自学，阅读有关参考书。四、基本要求五、教材王革华主编，新能源概论，化学工业出版社，2006.81、翟秀静，刘奎仁，韩庆编著;《新能源技术》2版，化学工业出版社,2010.2

2、陈军，袁华堂编著，《新能源材料》，化学工业出版社，20033、王长贵、郑瑞澄主编，《新能源在建筑中的应用》，中国电力出版社，2003.4、

鲁楠主编，《新能源概论》，中国农业出版社，19975、

翁史烈主编，《热能与动力工程基础》，高等教育出版社，2004.116、

张鹤飞主编，《太阳能热利用原理与计算机模拟》，西北工大出版社，19907、

项立成，赵玉文，罗运俊编著，太阳能的热利用，宇航出版社出版，1990.48、

葛新石，龚堡等编著，《太阳能工程—原理和应用》，学术期刊出版社，19889、吴治坚

主编，《新能源和可再生能源的利用》，机械工业出版社

2006.210、李传统

主编，《新能源与可再生能源技术》，东南大学出版社

2005.9参考资料第一章绪论一、概述1、能量与能源（1）能量

所谓能量，简单地说就是“作功的能力”。反过来说，产生某种效果（变化），必然伴随能量的消耗和转换。能量是量度物体做功能力或物质运动的物理量。

宇宙间一切运动着的物体，都具有能量，人类的一切活动都与能量及其使用紧密相关。

能量形式有：电能、热能、机械能、化學能、原子能等。各种能量形式之间可以互相转换。2、能源种类：

能源是指自然界中可以为人类提供能量的物质资源。

（2）能源

能源是人类生存和推动社会发展的重要物质基础，能源技术的每一次进步都带动人类社会的发展。

根据能量的蕴藏方式可将其分为三大类：

第一类：来自地球以外的天体的能量（太阳能），例如：煤、石油、天然气等；第二类：地球本身蕴藏的能量，主要指地热能、原子能等；第三类：是地球与天体相互作用产生的能量，如潮汐能。（2）可再生能源和不可再生能源；

（1）一次能源和二次能源；

1）一次能源：由自然界中直接获取而不改变其基本形态的能源。如：煤、石油、天然气。此外，还可有以下分类：2）二次能源：一次能源经过加工转换成另外一种形态的能源。电、蒸汽1）可再生能源：在自然界中可以不断再生并规律地得到补充的能源。如：太阳能、风能、水能、生物质能等。（3）常规能源和新能源。1）常规能源：经过人类长期研究、开发和利用，技术上已相对成熟，并且大规模使用的能源。如：煤、石油、天然气、电力等。2）新能源：相对于常规能源来说，是指人类新近才开发利用，目前还没有普及和大规模使用的能源。主要是指：太阳能、风能、地热能、生物质能、氢能、海洋能等。2）不可再生能源：经亿万年形成的，短期内无法恢复的能源。如：煤炭、石油、天然气。3、新能源概念的内涵2）技术上还不够成熟，距商业化和大规模应用还有一定距离，有待于人们继续研究开发；1）有别于常规能源，人类开发与利用的时间较短，需要经过一个长期的过程；3）相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源具有不同的内容；4）新能源是社会可持续发展的需求，人类面临艰巨的使命，且具有广阔的发展前景。4、新能源技术（1）太阳能利用技术1）太阳能—热能转换技术；2）太阳能—光电转换技术；3）太阳能—化学能转化技术。

目前，人们主要是对太阳能光热转换和光电转换两大领域进行研究；包括太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能热发电及光伏发电系统等。主要内容：（2）氢能利用技术

据推算，如果把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍！除了核燃料外，氢的发热值是所有燃料发热值中最高的，为142351kJ／kg，是汽油发热值的3倍。其燃烧性能好，与空气混合时可燃范围在4％～75％，燃点高，燃烧速度快。而且，氢气与氧气燃烧后的产物为水，通过电解水等手段又可以获得氢，这样就可以形成可持续的能量利用循环。今天，随着能源形势的越来越严峻，人们对氢能越来越青睐。

1）利用氢的热核反应放出核能，这是核能利用的重要途径。

2）就是最为普遍的氢气直接燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，如氢气发动机。

3）就是制造氢能燃料电池，燃料电池是一种直接通过电化学反应将燃料的化学能转化成电能的发电装置。

氢能利用的三种主要方式：1）制氢技术；2）氢提纯技术；3）氢储存与输运技术。目前，氢能利用需要解决的三个关键技术：（3）核能利用技术原理：1）核裂变；2）核聚变。①核能发电技术（核电站）；通过反应堆将核能转换为热能，加热水生产蒸汽，推动汽轮机旋转，带动发电机发电，向外输出电力。②核能供热技术（核供热）。由反应堆将核能转换为热能，生产蒸汽或热水，为生产、生活提供热源。（4）化学电能技术主要指电池制备技术，将化学能转变为电能。

目前，主要有以下几种：①金属氢化物镍电池；②锂离子电池；③燃料电池；④铝电池；⑤储能电池。

研究开发新材料、新工艺、新技术，制造大容量、高性能、寿命长的新型可移动电源，作为人们日益增长的对多样化能源需求的补充。化学电池的开发利用，具有广阔的市场前景。（5）生物质能技术

吸收太阳能的生物通过光合作用形成的物质叫生物质，它所具有的能量叫生物质能。

主要是生物质能转化技术，包括：1）生物质气化技术；2）生物质固化技术；3）生物质热解技术；4）生物质液化技术等。

（6）风能利用技术

主要内容有：风力发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。其中，风力发电是最主要的利用形式。（7）地热能应用技术

主要是指地热资源的开发与利用。例如：如地热采暖、地热发电、地热温室等。（8）海洋能应用技术包括各种海洋能利用技术：1）潮汐能利用技术；2）海浪能利用技术；3）海水温差利用技术；4）海水盐碱度差利用技术等。可以看出：新能源中除核能外一般也是可再生能源。5、开发利用新能源的意义

1）化石能源资源储量越来越少，在不远的将来便发生枯竭，人类必须寻找新的能源出路，新能源符合社会可持续发展的基本要求。

2）常规能源大规模的开发利用，带来的环境污染日益突出，人类面对生存环境问题的挑战，开发利用新能源是减少温室气体排放的一个重要途径。

3）因地制宜，开发利用新能源，在许多地区已经取得了可观的经济效益。

4）开发利用新能源，对提高我国能源供给率，维护能源安全具有重大意义。

1、太阳能太阳能是指太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。

太阳能可转换为热能、机械能、电能、化学能等。

我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ／cm2·a，中值为586kJ／cm2·a。

地球每年接受的太阳能总量为l×1018kWh。这相当于5×1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。

二、新能源开发利用情况太阳能利用的具体内容：

（1）太阳能热水器

太阳能热水器是太阳能利用的最典型代表，也是目前太阳能利用中使用量最大，商业化程度最高，应用最广泛的一种装置。单体系统

太阳能热水器结构图

1、水箱外壳，2、保温层，3、水箱内胆，4、排气溢流孔，5、密封胶圈，6、外水箱端盖，7、防尘圈，8、电加热器预留孔，9、真空集热管，10、进出水孔，11、漫反射板，12、护罩尾托，13、支架

（2）太阳能采暧

1）直接利用太阳能加热室内空气，提高室内空气温度实现采暖；热水采暖室内设备2）采用太阳能集热器生产热水，为室内采暖系统（管道及散热器）提供热媒.（3）太阳能制冷

1）直接以太阳辐射热能作为驱动能源，主要有吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷等；

2）以太阳能产生的机械能为驱动能源主要有压缩式制冷、光电式制冷和热电制冷等。（4）太阳灶①闷晒式太阳灶被加热物料置于箱体内，通过太阳照射使箱体温度升高。②聚光式太阳灶利用聚光原理提高温度，将被加热物料置于焦点，实现加热过程。③热管式太阳灶将热管吸热端（汽化段）置于太阳灶聚焦点，热管放热端（凝结段）引入室内作为热源用于物料加热。（5）太阳能光电转换1）太阳能电池

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。如右图所示。太阳能电池的原理

太阳能电池是一种新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点：

①太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；

②与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；

③太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。太阳能电池优点太阳能电池类型太阳能电池台灯

据2008年1月谋体报道，一种可“印”在铝箔上的超薄太阳能电池日前在美国加利福尼亚州一家工厂生产出来。纳米太阳能公司在瑞士的经理埃里克·奥尔德科普说：“我们的首块太阳能电池板将用于德国的一家太阳能电站。我们的目标是生产出发电成本为９９美分１瓦的电池板。”纳米太阳能公司预计，用这种电池板发电能像用煤发电一样便宜。

2）太阳能电站

具有相当数量规模的太阳能电池，形成稳定的电力供应系统，即为太阳能电站，如图所示。

现在，多晶硅的成本约占整个太阳能发电系统成本的70%，据测算，目前光电成本约为每度3元，如果多晶硅的成本下降到总成本的20%的话，那么，光电的成本大概在每度1元，再加上一定的政府补贴，太阳能发电系统才可能在中国进行推广。

我国生产单晶硅太阳电池的效率在12%～13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。太阳能电池产业化情况

伴随着产业的快速发展，2006年第四季度多晶硅每公斤突破300美元后，2007年上半年维持在300美元～330美元，2007年第四季度初升至360美元～370美元，12月创出每公斤400美元的天价。

目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。3）太阳能电池及太阳能发电的应用及发展状况

与国际上蓬勃发展的光伏发电相比，中国落后于发达国家10-15年，甚至明显落后于印度。但是，中国光伏产业正以每年30%的速度增长，2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW，较2004年猛增了179%，2006年达到400MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍，产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。

2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统，从2011年到2020年，中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。目前，中国实验室太阳能电池的效率已达21%，可商业化的光伏组件效率达14-15%，一般商业化电池效率10-13%。

随着世界范围内能源短缺以及人们环保意识的不断增强，太阳能发电以其无污染、安全、维护简单、资源永不枯竭等特点，被认为是21世纪最重要的新能源。

目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦，2004年已经降到27元/瓦。这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用，对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。

2、风能

（1）概况（2）风能资源及其利用情况

地球上具有丰富的风能资源，风能是水能的10倍，只要能够将地球1%的风能利用好，就能满足全球的能源需要。目前，全球风能发电正以年增长35%的速度发展，德、美、意等国高达50%，成为风能利用的主要形式和发展大趋势，全球风力发电年产值已超过50亿美元。

全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，中国风能储量，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。虽然目前全球总发电量小，风力发电量所占比例不足1％，但是在今后50年内，这个比例将上升到20％或者更高。

1、沿海风带，有效风能密度在200瓦每平方米以上，4-20米每秒有效风力出现百分率达80％-90％；

我国风能资源丰富，可开发和利用的风能储量超过10亿KW。其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。2、北部风带，在新疆、甘肃到内蒙古—带，有效风能密度—般大于200瓦每平方米，有效风力出现的时间百分率均在70％左右。

我国风能资源主要分布在以下两个风带：（3）风能的综合利用：1）立体蒸发制盐。

2）风力提水。

3）风力致热。

4）风力致冷。

风力热水装置示意图

近年来我国风电发展迅速，目前我国风电并网容量迅猛增长，从2005年到2009年每年都翻一番，2009年我国新增风电装机1202万千瓦，占全球的33%，位居全球第一，风电发电量达到了516千瓦时。

根据世界两大风能专业机构“欧洲风能协会（EWEA）”和“全球风能委员会(GWEC)”最新发布的数据，2009年全球风电市场发展迅速，风力发电机总装机容量达到37500兆瓦，相当于23台第三代核反应堆核电机组（EPR）发电量，风电增长率高达31%。世界风能市场装机建设资金达450亿欧元，提供50万个就业岗位。风能这种清洁能源每年可以减少2.04亿吨的二氧化碳排放。

世界风电产业快速发展：2009年美国风能发电增长了39%，总量达到35159兆瓦。印度风能发电增加了1270兆瓦。欧洲风能发电增长了23%，大约有130亿欧元投入到风能发电建设，其中15亿欧元用于海上风能发电建设，风能发电新装机容量连续两年超过天然气和太阳能新发电装机容量。

截至2009年底，欧盟4.8%的电力供应来自风能发电。德国是欧盟风能发电第一大国，总量达到25777兆瓦，超过西班牙、意大利和法国。英国作为欧盟第五大风能发电国家，准备在今后十年投资1150亿欧元在北海建设风能发电。法国2009年风能发电增长31%，总量达到4492兆瓦。但法国从2011年开始，因旅游景观和候鸟迁徙路线等原因，在法国安装中型或大型风能发电机组（高度超过12米）的审批手续会更严格，这在某种意义上将会限制风电的继续发展。

根据“十一五”中国风电发展规划，2010年全国风电装机容量达到500万千瓦，2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。而2006年底，全国已建成和在建的约91个风电场，装机总容量仅260万千瓦。可见，风机市场前景诱人，发展空间广阔。目前我国风力发电存在的问题1.对风能资源勘察不够全面

通常风力发电的有效风速为3～25m/s，风电场选址除以风能资源丰富和较丰富区为选址对象外，还应根据测出的年有效风速累计小时数（累计时数越高，风机发电量越大）和有效风能密度确定风场位置，合理选择场址对提高风力发电的经济效益至关重要。2.风电设备和制造技术落后

目前我国风电建设还很落后，没有真正形成风电成套设备的自主开发能力。随着世界风力发电设备制造水平提高，更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组目前已达到兆瓦级，如美国主流1.5兆瓦，丹麦主流2.0～3.0兆瓦，在2004年的汉诺威工业博会上4.5兆瓦的风电机组也已面世。

迄今为止，我国尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力，且在机组总体设计技术，特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家，且机组质量普遍不高，易出现故障。据调查，2004年国产机组只占18%，2005年也只有28%，每年的风电设备进口总额高达60亿元，尤其大型风机设备几乎被丹麦、意大利、德国等发达国家全部垄断。国内整体的风电制造水平比国外发达国家至少晚10年，国产设备的竞争力面临严峻的考验。

3.风电成本高

由于我国风力发电执行17%的增值税税率，因为没有购买燃料等方面的抵扣，因此风力发电实际税负明显高于火力发电。另外，国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备，导致风电场投资高、电价高，与火电、水电比，缺乏市场竞争能力。

3、生物质能(biomassenergy)（1）概述

生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。

生物质能就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。

生物质能是由太阳能转化而来的，有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。

（2）生物质能的分类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为五大类：

是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等生物质能。

1）林业资源2）农业资源

是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

3）生活污水和工业有机废水

4）城市固体废物

生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。

城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。5）畜禽粪便

它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。

据统计，世界能耗的1/7来自生物的生物质，特别是在发展中国家，生物质能占的比重更为突出。我国是农业大国，生物质能资源十分丰富，仅农作物秸秆每年就有6亿吨，全国生物质能的可再生能量按热当量为2.0亿吨标准煤，生物质能占农村能源消耗的70%，占全国总能耗的1/4以上。

地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。

生物质能具有以下特点：1）可再生性；2)低污染性；3)广泛分布性；4)资源丰富。

中国现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。

有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。（3）生物质能的利用1)主要利用方式：

作为燃料直接燃烧

热化学转换

生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。

生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。

生物化学转换

生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。生物质燃料发电系统垃圾热电厂工艺流程

天津双港垃圾发电厂外景2)世界各国开发利用生物质能情况

欧洲生物质能利用技术是上世纪七十年代以来，为了应对石油危机逐步发展起来的。目前，生物质能利用技术已成为最受欧盟国家重视的可再生能源技术。

目前，以生物质为燃料的小型热电联产(装机为1—2万千瓦)已成为瑞典和丹麦的重要发电和供热方式。如瑞典2002年的能源消费量为7300万吨标准煤，其中可再生能源为2100万吨标准煤，约占能源消费量的28%，而在可再生能源消费中，生物质能占了55%，主要作为区域供热燃料。1988年丹麦建设了第一座秸秆生物质发电厂，目前，丹麦已建立了130家秸秆发电厂，使生物质成为了丹麦重要的能源。2002年，丹麦能源消费量约2800万吨标煤，其中可再生能源为350万吨标准煤，占能源消费的12%。在可再生能源中生物质所占比例为81%。

意大利2002年能源消费总量约为2.5亿吨标准煤，其中可再生能源约1300万吨标准煤，占能源消费总量的5%。在可再生能源消费中生物质能占24%，主要是固体废弃物发电和生物液体燃料。

德国是生物质能利用率较高的国家。2001年6月28日生效的《生物质条例》和2004年颁布的《可再生能源法》都有生物质（包括生物垃圾）发电的财政支持条款。2006年，生物质发电量达到140亿千瓦时。木材取暖、木材发电、沼气、液态生物质利用等占其供电总量的5.3%（不包括生物垃圾发电）。自2007年1月1日起，各加油站生物柴油混合率必须达到4.4%，生物汽油混合率必须达到1.2%。

资料显示，目前全球许多国家都在争相发展生物质能源。巴西燃料乙醇汽油总产量约占全球该类消耗总量的1／3。美国计划2020年使生物质能源和生物质基产品较2000年增加10倍，达到能源总消费量的25%，2050年达到50%。欧盟委员会也提出，到2020年，运输燃料的20%将用燃料乙醇等生物燃料替代。此外，日本制订了“阳光计划”。印度制订了“绿色能源工程计划”。加拿大、法国、瑞典、德国、墨西哥、韩国和泰国等，均有发展石油替代产业的计划，并有不同规模的实施。越来越多的国家都已意识到，以燃料乙醇产业为代表的先进生物质能源利用将在未来人类的新能源布局中占据重要地位。

近年来，随着生物质能源的开发利用技术的发展，生物质燃料产量快速增加，以乙醇和生物柴油生产情况为例，如图所示。

开发利用生物质能对中国农村具有特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。3)中国开发利用生物质能情况

中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。1）沼气技术。此技术是中国发展最早、较为普遍的生物质能源利用技术。20世纪70年代，中国为解决农村能源短缺的问题，曾大力开发和推广户用沼气池技术。在“九五”期间，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目，现已取得预期的进展。“十五”科技攻关课题《大型高效厌氧沼气发电技术及示范电站》以污水处理达标和大功率沼气发电机组为课题攻关的突破口，利用污水处理产生的沼气建造沼气发电示范工程，促进了沼气工程的进一步推广，使沼气工程在中国社会经济发展过程中发挥出更大的能源、环保效益。至今，中国已建成大中型沼气池3万多个，总容积超过137万m3，年产沼气5500万m3，仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处。2）生物质气化技术。中国生物质气化技术近年有了长足的发展。应用上除了传统的供热之外，在农村家庭供气和气化发电上也取得了重大突破。“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关课题，取得了丰硕成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置；以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。“十五”期间，中国在利用生物质能源方面硕果累累。由中国科学院广州能源研究所研发的“4兆瓦生物质气化联合循环发电系统”，以谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物为原料，发电效率可达20%～28%，运行每度成本约0.35～0.45元，能满足农村处理农业废弃物的需要。目前全国已建成农村气化站200多个，谷壳气化发电机组100多台套，气化利用技术的影响正在逐渐扩大。3）固体和液体燃料技术。“八五”期间，中国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术。此外，中国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒状生物质成型燃料。中国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先进水平。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。“十五”期间，中国对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步试验研究，包括植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等。

今后15年，我国生物质能发展的重点是生物质发电、沼气工程、生物液体燃料和生物质固体成型燃料，《可再生能源中长期发展规划》确定的主要发展目标是：到2010年，生物质发电达到550万千瓦，生物液体燃料达到200万吨，沼气年利用量达到190亿立方米，生物固体成型燃料达到100万吨，生物质能年利用量占到一次能源消费量的1%；到2020年，生物质发电装机达到3000万千瓦，生物液体燃料达到1000万吨，沼气年利用量达到400亿立方米，生物固体成型燃料达到5000万吨，生物质能年利用量占到一次能源消费量的4%。

中国政府及有关部门对生物质能源的利用极为重视，连续在三个国家五年计划中将生物质能技术列为重点研究项目。在此背景下，涌现出了一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如户用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了较好的社会效益和经济效益。同时，中国已组建起了一支高水平的科研队伍，拥有一批致力于生物质能源技术研究与开发的著名专家学者，具备一定的产业和技术基础。4、氢能

（1）概述

氢能以其独特的优点而被广泛应用于现代高科技，如航天器、导弹、火箭、汽车等方面。

自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行。以氢为燃料的燃料电池也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。

氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的燃料。

1．氢的放热效率高，燃烧1克氢可以放出14万焦耳的热量，约为燃烧1克汽油放热的3倍，并可以循环使用。氢能源的优点：2．氢的原料主要是水，在1个水分子中就有两个氢原子，所以资源非常丰富。因为，占地球表面71％的水中都含有大量的氢。3．氢气在燃烧过程中，除释放出巨大的能量外，产生的废物只有水，不会造成环境污染，因而又被称为“清洁燃料”。

4．氢气的重量轻、密度小、便于运送和携带，容易储藏，与难储存的电相比，优越性更为显著。

5．氢的用途极为广泛，它不但能燃烧生热，而且还可以产生化学能，并作为吸热的工质等。

氢能源目前正处于技术开发阶段。氢能研究与开发的关键主要是氢的生产、储存、运输和使用等方面的技术。5.蒸汽水煤气法：是合成氨生产中氢的来源之一。即用蒸汽在1000℃以上通过焦炭，先制得一氧化碳与氢的混合物（俗称水煤气），然后再将一氧化碳与水蒸汽，在氧化铁催化剂存在下，于350℃时进行变换反应，生成二氧化碳与氢，再经水洗后即可获得氢。

（2）氢的制取氢的制取方法有下列七种：1.

烃－蒸汽的催化转化法：借丙烷与蒸汽通过高瀑的镍催化剂，生成一氧化碳和氢，再经分离而制得氢。

2.

烃的热分解法：甲烷以热分解得氢与碳黑。

3.

电解法：水经电解（水中溶有氢氧化钾）后可制得氢和氧。由此法获得的产品，纯度较高（达99.9％H2），但成本昂贵。食盐水经电解也可制得副产氢气。4.

铁蒸汽法：即水蒸汽与铁在800℃下反应，可生成氢和氧化亚铁。

1.电解法制氢---是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。

2.光化学制氢---是以水为原料，光催化分解制取氢气的方法。光催化过程是指含有催化剂的反应体系，在光照下由于有催化剂存在，促使水解制得氢气。

其中，以水为原料的制氢方法有：6.

蒸汽甲醇法：由蒸汽与甲醇反应，制得氢和二氧化碳，再经净化除去二化碳，可得氢气。

7.

实验室中，可借活泼金属（如锌）与无机酸作用，而制得氢。这是获得少量氢的主要途径。

（3）氢能的储存1）高压储存：加压为15MPa，储存于钢制圆形容器中，此方法储存量少，一般只有1.6%。

3.热化学制氢---是在水反应系统中加入一中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，中间物不消耗，各阶段反应温度均较低。2）深冷液化储存：温度降至20K，氢气会液化成液体。3）化学储氢:化学储氢包括非金属氢化物储氢和金属氢化物储氢。

非金属氢化储氢即将氢储存在高储氢能力的化合物中，如甲烷、氨或不饱和烃等，

金属氢化物储氢，是使氢气跟能够氢化的金属或合金相化合，以固体金属氢化物的形式储存起来。

1）利用氢和氧化剂发生反应放出的热能；（如燃料燃烧）（4）氢能的利用氢作为能源利用包括以下三个方面：2）利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能；（如燃料电池）3）利用氢的热核反应释放出的核能。（如氢弹）5、燃料电池（1）概述

燃料电池是将氢、天然气、煤气、甲醇等燃料的化学能直接转换成电能的一种化学电源。1)电极。为多孔结构，可由具有电化学催化活性的材料制成，也可以只作为电化学反应的载体和反应电流的传导体。

2)电解质。通常为固态或液态，但也有关于NH3

气氛中NH4Cl电解质的研究。电解质的状态取决于电池的使用条件。

3)燃料。可以是气态(氢气等)或液态(甲醇等)，在极少数情况下也可以是固态(碳)。燃料的状态可以由电池的工作状态和运行价格决定。

4)氧化剂。选择比较方便，纯氧、空气或卤素都可以胜任，而空气是最便宜。燃料电池主要组成：