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由於石油、煤炭等目前大量使用的傳統化石能源枯竭，同時局部地區戰爭和動亂造成能源緊缺，而新的能源生產供應體系又未能建立，能源總量不能滿足消費需求，因而產生能源危機。同時環境污染問題已經越來越嚴重地影響到人們的生命健康與安全，其中煤炭在能源消費中占有很大的比重，是大氣污染的主要來源，因而開發利用新能源是減少環境污染的重要選擇。

因此，節約能源、儘可能多地利用潔淨能源是社會可持續發展的基本原則，必須大力發展替代能源，即新能源。

新能源發展趨勢

1 新能源產生的背景及條件

1.1 背景

由於石油、煤炭等目前大量使用的傳統化石能源枯竭，同時局部地區戰爭和動亂造成能源緊缺，而新的能源生產供應體系又未能建立，能源總量不能滿足消費需求，因而產生能源危機。同時環境污染問題已經越來越嚴重地影響到人們的生命健康與安全，其中煤炭在能源消費中占有很大的比重，是大氣污染的主要來源，因而開發利用新能源是減少環境污染的重要選擇。因此，節約能源、儘可能多地利用潔淨能源是社會可持續發展的基本原則，必須大力發展替代能源，即新能源。

1.2 條件 一般來說，新的主要替代能源必須滿足4個條件：①這種新能源資源必須足夠豐富；②這種新能源的技術必須足夠成熟；③這種新能源的價格必須足夠低廉；④這種新能源的使用必須足夠安全、清潔。目前，新能源技術包括核能技術、太陽能技術、氫能技術、地熱能技術、海洋能技術等。其中核能技術與太陽能技術是新能源技術的主要標誌，通過對核能、太陽能的開發利用，打破了以石油、煤炭為主體的傳統能源觀念，開創了能源的新時代。

新能源分類

（1）一次能源：直接來自自然界的未經過任何加工或轉換的天然能源稱為一次能源。如煤炭、石油、天然氣、流水、陽光、風等。

（2）二次能源：由自然界的天然能源直接或間接轉化來的人工能源稱為二次能源。如焦炭、煤氣、電力、石油、沼氣等。

2）按能源利用技術狀況

（1）傳統能源：已經被大規模開採並廣泛應用的能源稱為傳統能源。如煤炭、石油、天然氣、水能等。

（2）新能源：新近才被利用或正在開發研究的能源稱為新能源。如太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能等。

3）按能源使用能耗

（1）可再生能源：能重複產生並永不枯竭的能源稱為可再生能源。如太陽能、風能、水能、潮汐能、生物質能等。

（2）不可再生能源：不能重複再生、隨開採利用而減少的能源稱為不可再生能源。如原煤、原油、天然氣、核燃料鈾等。

4）按能源使用性質

（1）燃料能源：能通過化學或物理反應(或核反應)釋放出能量的物質原材料稱為燃料能源。包括可以直接燃燒的礦物燃料(煤、油、氣等)、生物燃料(柴草、沼氣及各種有機廢料等)、核燃料(鈾、釷、氘等)三種。

（2）非燃料能源：不能直接燃燒的能源稱為非燃料能源。如太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能等。

5）按能源來源

（1）來自太陽和其他天體的能量：人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來源於太陽能。太陽輻射所產生的熱效應在大氣、土地與海洋之間的界面形成風、波浪；各種植物通過光合作用吸收太陽能轉化成生物質能；而煤、石油、天然氣等礦物燃料是有古代生物儲存的太陽能；太陽系行星、衛星的運行產生潮汐能。

（2）地球本身蘊藏的能量：主要包括地熱能和原子核能；火山爆發和地震也是地球本身

蘊藏的能量的釋放。

（3）地球和其他天體相互作用而產生的能量：如潮汐能。

6）按能源使用的污染程度

人們根據能源在使用中所產生的污染程度，把太陽能、風能、水能、天然氣等稱為清潔能源，而把煤炭、油頁岩、原子能等稱為非清潔能源。

海洋能技術

3.1 定義

海洋能是指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。

3.2 特點 1）海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。

2）海洋能具有可再生性。海洋能來源於太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡、用之不竭。

3）海洋能有較穩定與不穩定能源之分。較穩定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩定能源分為變化有規律和變化無規律兩種。屬於不穩定但變化有規律的有潮汐能與潮流能。

4）海洋能屬於清潔能源，也就是海洋能一旦開發後，其本身對環境污染影響很小。

3.3 能量形式

1）潮汐能

因月球引力的變化引起潮汐現象，潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產生的能量稱為潮汐能。潮汐與潮流能來源於月球、太陽引力，其他海洋能均來源於太陽輻射，海洋面積占地球總面積的71%，太陽到達地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分轉化成各種形式的海洋能。潮汐能的主要利用方式為發電，目前世界上最大的潮汐電站是法國的朗斯潮汐電站，我國的江夏潮汐實驗電站為國內最大。.

2）波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是一種在風的作用下產生的，並以位能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。波浪發電是波浪能利用的主要方式，此外波浪能還可以用於抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。

3）海水溫差能

海水溫差能是指涵養表層海水和深層海水之間水溫差的熱能，是海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在溫度差而儲存着溫差熱能，其能量與溫差的大小和水量成正比。

4）鹽差能

鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能，是以化學能形態出現的海洋能，主要存在於河海交接處。同時，淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。

5）海流能

海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由於潮汐導致的有規律的海水流動所產生的能量，是另一種以動能形態出現的海洋能。海流能的利用方式主要是發電，其原理和風力發電相似。

6）近海風能

近海風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能。

生物質能技術

4.1 定義

生物質能源技術是指把生物質轉化為能源並加以利用的技術，按照生物質的特點及轉化方式可分為固體燃料生產技術、液體燃料生產技術、氣體燃料生產技術。

4.2 分類

1）固體生物燃料

生物質成型燃料燃燒是把生物質固化成型後採用略加改進後的傳統燃煤設備燃用，該技術將低品位的生物質轉化為高品位的易儲存、易運輸、能量密度高的生物質顆粒狀(pel-lets)或型煤狀(briquettes)燃料，熱利用效率顯著提高，能效可達45%(如瑞典的Kcraft熱電工廠)，超過一般煤的能效。

2）液體生物燃料

液體生物燃料主要被用於替代化石燃油作為運輸燃料，如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。而生物柴油又分為從植物油得到的生物柴油和通過氣化或液化得到的BtL。BtL技術被認為是最有前途的生物液體燃料技術。

3）氣體生物燃料

氣體生物燃料包括沼氣、生物質氣化、生物質制氫等技術，以及沼氣淨化後作為運輸燃料GtL。

可燃冰開採技術

5.1 定義 可燃冰(combustible ice)是20世紀科學考察中發現的一種新的礦產資源，又稱天然氣水合物( natural gas hydrate，簡稱gas hydrate)，其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒。它是在一定條件(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等)下由水和天然氣混合時組成的類冰的、非化學計量的籠形結晶化合物。

5.2 形成條件

可燃冰分子結構就像一個一個由若干水分子組成的籠子。形成可燃冰必須滿足三個基本條件，即溫度、壓力和原材料。

1）低溫。

可燃冰在0~10℃時生成，超過20℃便會分解。海底溫度一般保持在2~4℃。

2）高壓。

可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，並且氣壓越大，水合物就越不容易分解。

3）充足的氣源。

海底的有機物沉澱，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。海底的地層是多孔介質，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會在介質的空隙間生成。

5.3 開採方法

1）熱激發開採法。

2）減壓開採法。

3）化學試劑注人開採法。

4）CO2置換開採法。

5）固體開採法。

6 核能

6.1 定義 核能(又稱原子能)是原子核結構發生變化時放出的能量[6]。

6.2 分類 1）核裂變能：重原子分裂成兩個或多個較輕原子核，釋放巨大的能量，稱為核裂變能，比如原子彈爆炸。

2）核聚變能：兩個較輕原子核聚合成一個較重的原子核，釋放巨大的能量，稱為核聚變能，比如氫彈爆炸。

6.3 利用——核能發電

1）電過程

核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱至高溫高壓狀態，利用產生的水蒸氣推動蒸汽輪機並帶動發電機。核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多(相差約百萬倍)，比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發電所使用的鈾235純度只占3%~4%，其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。」其發電過程可簡單描述為：核能→水和水蒸氣的內能→發電機轉子的機械能→電能。

2）優缺點

核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染，不會產生加重地球溫室效應的CO2；核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便。但是核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過的核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，同時核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害，必須慎重處理；核能電廠投資成本太大，且效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境中，故核能電廠的熱污染較嚴重。

其他新能源

7.1 風能

風是地球上的一種自然現象，它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風。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1300X108kW，比地球，上可開發利用的水能總量還要大10倍。

風能(windenergy)是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量，屬於可再生能源。人們可以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，這就是把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，即風力發電。

7.2 太陽能

1）太陽能的概念

太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能都是來源於太陽能；即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)，從根本.說也是遠古以來貯存下來的太陽能。所以廣義的太陽能所包括的範圍非常大，狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。太陽光普照大地，沒有地域的限制，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，處處皆有，可直接開發和利用，且無須開採和運輸。開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔能源之一；每年到達地球表面的太陽輻射能約相當於燃燒煤，其總量屬現今世界.上可以開發的最大能源。根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。

2）太陽能的利用

（1）光熱利用

它的基本原理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、陶瓷太陽能集熱器和聚焦集熱器等4種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同，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、太陽能空調製冷系統等，中溫利用主要有太陽灶、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

太陽能的大規模利用是用來發電，利用太陽能發電的方式主要有以下兩種。

①光——熱——電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然後由蒸汽驅動汽輪機帶動發電機發電。前一過程為光一熱轉換，後一過程為熱——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）光生物利用

通過植物的光合作用實現將太陽能轉換成為生物質或植物靠葉綠素把光能轉化成化學能，實現自身的生長與繁衍。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 地熱能

地熱能是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來自地球內部的熔岩，並以熱力形式存在，是可再生資源。地球內部的溫度高達7000℃，而在80~100km的深度處，溫度會降至650~1 200℃。透過地下水的流動和熔岩涌至離地面1~5km的地殼，熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔岩將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，並抽取其能量。人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養殖及烘乾穀物等。但真正認識地熱資源並進行較大規模的開發利用始於20世紀中葉，人們利用地熱進行發電。地熱發電是利用液壓或爆破碎裂法把水注人岩層，產生高溫蒸汽，然後將其抽出地面推動渦輪機轉動使發電機發出電能。它實際上就是把地下的熱能轉變為機械能，然後再將機械能轉變為電能的能量轉變過程。

地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類，而對於不同溫度的地熱流體可能利用的範圍如下：200~400℃直接發電及綜合利用；150~200℃雙循環發電、製冷、工業乾燥、工業熱加工；100~150℃雙循環發電、供暖、製冷、工業乾燥.脫水加工、回收鹽類、罐頭食品；50~100℃供暖、溫室、家庭用熱水、工業乾燥；20~50 °C沐浴、水產養殖、飼養牲畜、土壤加溫、脫水加工。現在許多國家為了提高地熱利用率，採用梯級開發和綜合利用的辦法，如熱電聯產聯供、熱電冷三聯產、先供暖後養殖等。據美國地熱資源委員會(GRC)1990年的調查，世界上18個國家有地熱發電，總裝機容量5827. 55 MW，裝機容量在100 MW 以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。到1997年末，全世界地熱發電的裝機容量為7950 MW。我國的地熱資源也很豐富，目前我國年利用地熱能約4.45億m2 ，居世界第一位，而且每年以近10%的速度增長。全國可開發利用的地下熱水資源量每年約，折合3283萬t標準煤。我國用於發電的地熱資源主要集中在西藏、雲南的橫斷山脈一線。目前，全國地熱發電裝機容量88%集中在西藏。其中，羊八井地熱電站已穩定運行了30多年。

新能源發展趨勢

1）技術水平不斷提高，成本持續下降。

2）發展速度加快，市場份額增加。

3）新能源已成為各國實施可持續發展的重要選擇。

4）新能源是一種朝陽產業，孕育着巨大的潛在經濟利益。