主讲人：樊敏 魏昭荣
什么是能源?
能源 是产生各种能量的资源，是人
类生存和发展不可缺少的物质基础，
它的开发和利用状况是衡量一个时
代、一个国家经济发展和科学技术
水平的重要标志，直接关系到人们
生活水平的高低。
能源的分类
第一类是来自地球以外的天体能量
其中最主要的是太阳的辐射能。
还有煤炭、石油、天然气，以及生
物质能、水能、海洋热能和风能等
都间接来自太阳
第二类是来自地球自身的能源
其中一种是地球内部蕴藏着的地热
能，常见的地下蒸汽、温泉、火山
爆发的能量都属于地热能
另一种是地球上存在的铀、钍、锂
等核燃料所蕴有的核能
第三类是由于地球和其他天体相互
作用而产生的能量如潮汐能等
世界的能源消费
19世纪 70年代的产业革命以来，化石燃料的消费急剧
增大。初期主要以煤炭为主，进入 20世纪以后，特别
是第二次世界大战以来，石油以及天然气的开采与消
费开始大幅度的增加，并以每年 2亿吨的速度持续增长。
虽然经历了本世纪 70年代两次石油危机，石油价格高
涨，但石油的消费量却不见有丝毫减少的趋势。对此，
世界能源结构不得不进行相应变化，核能、水力、地
热等其他形式的能源逐渐被开发和利用。特别是在第
二次世界大战中开始被军事所利用的原子核武器副产
品的核能发电得到了和平利用之后，其规模不断得到
发展。很多国家现已进入了原子能时代。在日本，发
电的 40%靠核能来解决。
那么，当今世界的能源消费状况又是怎
样的呢？以 1994年为例，世界能源的总
消费量以石油换算为 79亿 8000万吨，其
中石油占 39.3%、煤炭占 28.8%、天然气
占 21.6%，这样化石燃料的消费量占 3%。
日本作为世界主要工业国家之一，每年
能源的消费量约占世界总量的 6.5%，其
中化石燃料占 82.4%。尽管在新能源开
发方面正在进行努力，包括水力发电，
比例也仅占 5%，前景不容乐观。
现在地球人口约 60亿，到 21世纪中叶，预计将达到
100亿人。光从人口增长的数字来看，能源消费的增加
将是惊人的。另外，目前的能源消费结构上，仍存在
着很大的南北差异，即工业发达国家使用量为总能源
的 3/4，人均消费量经消费美国最高，为世界平均水平
的 5倍以上。我国的人均消费量还相当低，还不到 1/10
的国家还有很多。因此，今后的能源消费必须考虑生
活提高的对比，能源不足的情形是可以想像的。 地球
上的能源终将是有限的，如同只伐树而不植树，森林
也会变成荒原一样，如此大量的消费，世界的能源资
源也将会枯竭。现在世界能源消费以石油换算约为 80
亿吨 /年，按 40亿人计算，平均消费量为 2吨 /人 ·年。以
这种消费速度，到 2040年，首先石油将出现枯竭；到
2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无
法提供近 116亿人口的能源需求。而随着世界人口的不
断增加，能源紧缺的时期将会提前来。因此,21世纪
新能源的开发与利用，已不再是一个将来的话题，而
是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件大事。
中国的能源消费
中国地大物博资源丰富，能源也不例外，从几种广泛利用的常能 源来看，储量都比较大。从中可以看出。煤炭储量居世界第 3位，
石油局每 6位，天然气导第 16位，水力资源居世界第一位。
虽然我国的能源比较丰富，但其分布很不均匀。煤炭资源有 60%
分布在华北，水力资源有 70%分布在西南。而经济发达、工业和
人口比较集中（约占全国人口总数的 37%）的南方八省一市能源
却比较缺乏（煤炭占全国的 2%，水力占 10%）能源生产的快速增
长是从建国后开始的，同建国前相比，原煤产量增长近 30倍，原
油增长 1000多倍，水电增长 100多倍天然气达到 1400倍这足可以
看出新中国的发展速度。
从目前的统计数据看，在一次性能源的构成中，煤炭仍然占有主 要地位，占 70%以上，而且工业燃料动力的 84%可以说，煤炭在
中国能源家族中，处于老大的地位。
太阳能知识
太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇
宙空间发射的辐射功率位 3。 8× 10^23kW的辐射值，
其中 20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的
太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收，其
余的到达地球表面，其功率为 8× 10^13kW。
20世纪以来，随着社会经济的发展和人民生活水平的
提高，对能源的需求量不断增长。化石能源资源的有
限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产
生的影响日益为人们所关注。从资源,环境,社会发
展的需求看，开发和利用新能源和可再生能源是必然
的趋势。
在新能源和可再生能源家族中，太阳能成为最
引人注目，开展研究工作最多，应用最广的成
员。 一般认为太阳能是源自氦核的聚合反应。
太阳幅射能穿越大气层，因受到吸收、散射及
反射的作用，故能够直接到达地表的太阳幅射
能仅存三分之一，又其中７０％是照射在海洋
上，「直接」辐射能；而被散射的辐射能，则
称为「漫射」（ｄｉｆｆｕｓｅ）辐射能，地
表上各点的总太阳辐射能即为直接和漫射辐射
能二者的总和。
太 阳 能 电 池 的 开 发
单晶硅太阳电池,单晶硅太阳电池是当前开发得
最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定
型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电
池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求 99.999
％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳
电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指
标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的
头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳
电池专用的单晶硅棒。
多晶硅太阳电池
晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，
而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳电池生
产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆
柱状，切片制作太阳电池也是圆片，组成太阳能组件
平面利用率低。因此,80年代以来，欧美一些国家投
入了多晶硅太阳电池的研制。
目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量
单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材
料熔化浇铸而成。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶
硅太阳电池差不多，其光电转换效率约 12％左右，稍
低于单晶硅太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，
总的生产成本较低，因此得到大量发展。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是 1976年有出现的
新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多
晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅
材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。
目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电
转换效率偏低，国际先进水平为 10％左
右，且不够稳定，常有转换效率衰降的
现象，所以尚未大量用于作大型太阳能
电源，而多半用于弱光电源
多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元
素半导体材料制成的太阳电池。
（ 1）硫化镉太阳电池
（ 2）砷化镓太阳电池
（ 3）铜铟硒太阳电池
风 力 发 电
国际上利用风力发电是本世纪发展壮大起来的，随着
风电技术不断进步，容量逐步增大，单机容量已达几
百千瓦，并有兆瓦级风力发电机问世，近十几年来风
力发电机产品质量有了显著提高，作为一种新的，安
全可靠的，干净的能源而受到国际上风资源丰富国家
的关注与大规模开发。目前，世界上风电总装电容量
约为 7000MW，美国最多，约有 1700MW。
中国是风资源丰富的国家，特别是新疆、内蒙古与沿
海地区。我国风力发电在八十年代开始发展，初期大
多是独立运行户用百瓦级风电机组，安装在边远，孤
立无电地区供农牧民使用。近年来，大型并网风力发
电机组引入我国，多台风电机组安装在风资源丰富地
区组成风电场，接入地区电网供电，现在，我国并网
风电机组装机总容量约为 100MW。
风电的优越性可归纳为下面五点：风力发电是
一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，
油电）与核电会造成环境污染的问题。 风电技
术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达 95%
以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的
经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于
油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运
输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风
力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，
从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，
是煤电、核电无可比拟的。 投资规模灵活，有
多少钱装多少机。
国风能资源丰富具有大规模发
展风电的可能性
我国风能资源丰富，这十几年来，对风能资源状况作了深入的勘 测调查，全国可开发利用的风能资源总量为 2.53亿千瓦。资源分
布也很广，在东南沿海、山东、辽宁沿海及其 岛屿年平均风速达
到 6-9米／秒，内陆地区如内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花
江下游也属于风资源丰富区，在这些地区均有很好的开发利用条 件。这几年我国的交通条件 得到极大的改善，电网覆盖程度有了
很大的提高，许多风资源丰富地区己置于电网覆盖之下，也为我 们建设大型风电场提供了更有利的条件。
在国家有关部门的支持下，电力部门在风电场建设方面已作了
一些工作，并提出到 2000年我国风电装机达到 100万千瓦的规划
目标。到目前为止，相继在新疆、内蒙古、辽宁、广东、浙江,福建等地区建成了 14个风电场，总装机容量 5万千瓦，己签订贷
款协议和采购合同的约 l0万千瓦，虽然我国目前的风电事业刚刚
起步，但已经锻炼和培养了一批专门从事风电工作的技术人员和
职工队伍，为今后大规模发展风电积累了经验。
核能发电
核能发电的热源来自于放射性同位素的
裂变能。其中主要是铀的同位素，它们
在发生裂变反应时可以释放出巨大的能
量。它们通常以氧化物的形式被制成棒
状，作为燃料。在反应堆这一特殊装置
中，人为地使其实现自持性的链式反应，
从而使热能持续地释放出来，带动发电
机组来发电。
核电站原理与核电现状
核电站是实现核裂变能转变为电能的装置。它
与火电站最主要的不同是蒸汽供应系统。核电
站利用核能产生蒸汽的系统称为 "核蒸汽供应系
统 "，这个系统通过核燃料的核裂变能加热外回
路的水来产生蒸汽。从原理上讲，核电站实现
了核能－热能－电能的能量转换。从设备方面
讲，核电站的反应堆和蒸汽发生器起到了相当
于火电站的化石燃料和锅炉的作用。
反应堆是核电站的心脏，它是使原子核
裂变的链式反应能够有控制地持续进行
的装置，是利用核能的一种最重要的大
型设备。反应堆中有控制棒，它是操纵
反应堆，保证其安全的重要部件，它是
由能强烈吸收中子的材料制成的，主要
材料有硼和镉。
"压水堆 "和 "沸水堆 "。在正常运行条件下，压
水反应堆内的水由于受到很高的压力，始终处
于 "液态 "。我国已建成的秦山核电站（一期）
和大亚湾核电站以及正在建设的秦山二期、岭
澳和田湾核电站均采用压水堆。沸水反应堆内
的水则处于气、液两相的状态。
"轻水堆 "和 "重水堆 "。自然界的氢有三种
同位素：氕（ 1H）、氘（ 2H）、氚（ 3H）。
普通水中的氢原子是 "氕 "，这种水我们称为 "轻
水 "；若水中的氢原子是 "氘 "，则称为 "重水 "。 "
轻水堆 "和 "重水堆 "的区别在于反应堆的冷却剂、
慢化剂是 "轻水 "还是 "重水 "。秦山三期核电工
程采用的是重水堆。
核能 -安全清洁的新能源
从 20世纪 50年代以来，美国、法国、比
利时、德国、英国、日本加拿大等发达
国家都建造了大量核电站，核电站发出
的电量已占世界总发电量的 16%，其中
法国核电站的发电量已占该国总发电量
的 75%，在这些国家，核电的发电成本
已经低于煤电。国际经验证明，核电是
一种经济、安全、可靠、清洁的新能源。
我国的核工业已也已有 40多年发展历史,建立了从地质勘察、采
矿到元件加工、后处理等相当完整的核燃料循环体系，已建成多
种类型的核反应堆并有多年的安全管理和运行经验，拥有一支专
业齐全、技术过硬的队伍。核电站的建设和运行是一项复杂的技 术。我国目前已经能够设计、建造和运行自己的核电站。
秦山核电站是由我国自行设计建造的第一个试验型反应堆核电站,反应堆为双环路轻水型压水堆，功率 300 MWe。 秦山核电站的
建成和运行是我国和平利用原子能的开端，其良好的运行记录和
经济效益，是促使其余核电站建设的动力之一。成功的经验使我
国具备了独立设计建造小功率核电站的能力，并向巴基斯坦出口 了核电站。
大亚湾核电站是中国和香港电力部门合资成立的广东核电合营有 限公司 (GNPJVC)投资建造的大型商用核电站，堆型是进口的大
功率压水堆，由法国法马通总承包，功率是 2× 900 MWe。大亚
湾核电站开创了中国商业核电站的成功范例，完全按照国际核电
站标准管理和运行，运行状况良好，特别是现代化的管理方式提 供了很多宝贵的经验。
地 热 介 绍
地热能是贮存于地球内部的以种巨大的能源。它也是
一种很有前景的能源。据计算，地球陆地以下五公里
内,15摄氏度以上岩石和地下水总含热量达 1.05E25
焦尔，相当于 9950万亿吨标准煤。按世界年耗 100亿
吨标准煤计算，可满足人类几万年能源之需要,地热能
(geothermal energy):驱动地球内部一切热过程的动力
源,地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反
应和放射性元素衰变释放的能量等,全球热量平衡中,前
3者不占主导地位,放射性热源是主要热源,可产生衰变
得放射性元素很多,但只有符合下属 3个条件的放射性
远方可作为地球热源,具有足够的丰度 ;放射性生热效率
较高 ;半衰和地球年龄相当,
我国地热能发展现状
1．地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造 3O兆瓦以
上规模的地热电站，单机可以达到 10兆瓦。电站可以进行商业运
行。
2．地热供热产业。全国已实现 8OO万平方米，在天津地区单个
地热供暖小区面积已达 8O～ 1OO万平方米。开发利用和科学技术
水平，经济、社会和环境效益在示范点、示范区可以达到国际 90
年代水平，但总体上与国际上先进水平相比尚有一定差距，目前 正在由粗放转入集约。
3．地热钻井产业。目前已具备施工 5000米深度的地热钻探工程
条件和水平，在华北地区，从事地热钻探的 3200米型钻机就有 15
台套，形成全国最大的地热钻探群体，具备了大规模开发地热能 力，并开始朝着专业化、规范化方向发展。
4．地热监测体系、生产与回灌体系正逐步完善和建立，但当前
正处在试验研究阶段，尚没有形成工业化运行。
5．地热法规和标准尚需健全和完善，特别是地下、地面工程设
施、施工，需尽快完善和建立技术规程和技术标准。培育专业化 施工（从地下到地上）企业，建立企业标准和行业标准。
海洋能源
潮汐能,是一种利用水位变化所产生的位能及水流所
产生的动能（潮流能）而获得的一有效能源。
波浪能,(因波浪上下波动浮力,?M向波压力或波浪
所引起的水中压力变化而产生的能源。
海洋温差能,即利用深部海水与表面海水的温度差产
生有用的能源。
盐梯度能,即利用两处含盐份高与含盐份低的海流，
因混合产生渗透压作为动力，而可用以产生能源。
洋流能,利用高速度的洋流或潮流带动结合水车、推
进器、及降落伞状物的水中电厂而将其转换为有用的
能源。
中 国 的 海 洋 能 资 源
中国大陆海岸线长达 18000多千米，拥有 6500多个大小岛屿，海
岛的岸线总长约 14000多千米，海域面积 470多万平方千米，海洋
能资源十分丰富，达 5亿多千瓦。
其中：潮汐能资源约为 1.1亿千瓦，大部分分布在浙江、福建两省，
约为全国总量的 81%；沿岸波浪能的总功率为 0.7亿千瓦，主要分
布在广东、福建、浙江、海南和台湾的附近海域；海流能的蕴藏 量为 0.5亿千瓦，主要分布在浙江、福建等省；海洋温差能约为
1.5亿千瓦；海洋温差能约 1.1亿千瓦；另外，流经东海的动力能
源黑潮估计约为 0.2亿千瓦。
我国海洋能开发利用方面，目前已建有潮汐发电站总装机容量
5930千瓦，年发电量 1021万度电；波浪发电试验电站也在建设之
中。
中国海洋能开发目标
我国潮汐能开发已有 4O年历史，迄今建成潮汐电站 8座，总装机
6120Kw，其中最大的是浙江江厦潮汐试验电站，为 3200KW，
1980年开始发电,1985年底 5台机组并网发电，单机容量为
500KW，及 700KW的灯泡贯流式水轮发电机组全由我国自己研
制。实践表明，我国潮汐发电技术已有较好基础。
我国波力发电始于 70年代，日光航标灯浮用微型波力发电装置已
商品化，已生产了 290多台。与日本合作研制了后弯管型浮标发
电装置。在珠江口大万山岛研制的岸边固定式波力电站第一台 3KW的装置 1990年已建成，装机 20KW的波力试验电站可望近期
建成。
潮流发电研究我国处于领先地位。 70年代未首先在舟山进行了
8KW潮流发电机组原理性试验。 80年代一直进行立轴自调直叶水
轮发电装置的试验研究。
氢能
l）所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为 0.0899g/l；在 -
252.7° C时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为金属氢。
（ 2）所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出 10倍，因
此在能源工业中氢是极好的传热载体。
（ 3）氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的 75％，除空气
中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。
据推算，如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 90O0倍。
（ 4）除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为
142,351kJ/kg，是汽油发热值的 3倍。
（ 5）氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃
烧速度快。
（ 6）氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不
会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害
的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境巨，而且燃烧生成的水
还可继续制氢，反复循环使用。
（ 7）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，
又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤
和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造现在的内燃机稍加改装即可使用。
（ 8）氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境
的不同要求。
中国氢能的发展概况
氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实
现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源，一般说来，生产氢要
消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低能耗、高效率制氢方法。
安全、高效、高密度、低成本的储氢技术，是将氢能利用推向实 用化、规模化的关键。
多年来，我国氢能领域的专家和科学工作者在国家经费支持不多
的困难条件下，在制氢、储氢和氢能利用等方面，仍然取得了不
少的进展和成绩。但是，由于我国在氢能方面投入资金数量过少，
与实际需求相差甚远，虽在单项技术的研究方面有所成就，甚至
有的达到了世界先进水平，并且在储氢合金材料方面已实现批量 生产，但氢能系统技术的总体水平，尚与发达国家有一定差距。
燃料电池
燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换
装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。由
于其具有发电效率高，适应多种燃料和环境特性好等优点，近年
来已在积极地进行开发。
优点：（ 1）部分负荷时也能保持高的效率；（ 2）通过与燃料供
给装置的组合，可适用范围的燃料；（ 3）由于输出功率单位由
堆的输出功率决定，故机组容量具有自由度；（ 4）电池本体的
负荷响应性好；（ 5） NOX及 SOX等的排出量少，有利环保。
燃料电池通常是按构成的电解质来分类。现在开发最为盛行的有 4种燃料电池。各种燃料电池，特别是其动作温度不相同，最先
进行开发的磷酸型燃料电池（ PAFC）约在 200℃ 的温度下动作。
相对于此，熔融碳酸盐型燃料电池（ MCFC）和固体氧化物燃料
电池均可应用在以石燃料为基本燃料的电厂内，可作为电力电源
来利用。高温型燃料电池又可称之为是通过利用其高质量排气,来面向复合发电的燃料电池。
我国新能源和可再生能源发展
从能源长期发展战略高度来审视，我国必须寻求一条可持续发展的能 源
道路。新能源和可再生能源对环境不产生或很少产生污染，既是近期急
需的补充能源，又是未来能源结构的基础。
我国政府一直关心新能源和可再生能源的开发利用。 1992年联合国全
球环境与发展大会后，国务院提出了我国对环境与发展采取的 10条对策
和 措施，明确要, 因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐
能,生物质能等清洁能源, 。我国是世界上最先完成, 中国 21世纪议程,
报告 的国家。在科技研究和示范推广方面，国家, 六五,,, 七五, 以
及, 八 五, 科技攻关中都安排了新能源和可再生能源项目。但由于我国
在该领域 投入资金数量过少，与实际需要相差甚远，虽在单项技术的研
究示范方面 有所进展，但新能源和可再生能源系统技术的发展水平，尚
与发达国家有 较大的差距，在资金投入力度上甚至还不如一些发展中国
家。
我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，在其开发利用方面也取得
了很大的进展，为进一步发展奠定了良好基础。在国际上，新能源和可
再 生能源技术越来越受到重视，交流频繁。因而，有必要抓住当前的发
展机 遇，制定好, 1996―2010 年新能源和可再生能源发展纲要，这将
对我国经 济、社会和环境持续协调发展起到重大深远的影响。
什么是能源?
能源 是产生各种能量的资源，是人
类生存和发展不可缺少的物质基础，
它的开发和利用状况是衡量一个时
代、一个国家经济发展和科学技术
水平的重要标志，直接关系到人们
生活水平的高低。
能源的分类
第一类是来自地球以外的天体能量
其中最主要的是太阳的辐射能。
还有煤炭、石油、天然气，以及生
物质能、水能、海洋热能和风能等
都间接来自太阳
第二类是来自地球自身的能源
其中一种是地球内部蕴藏着的地热
能，常见的地下蒸汽、温泉、火山
爆发的能量都属于地热能
另一种是地球上存在的铀、钍、锂
等核燃料所蕴有的核能
第三类是由于地球和其他天体相互
作用而产生的能量如潮汐能等
世界的能源消费
19世纪 70年代的产业革命以来，化石燃料的消费急剧
增大。初期主要以煤炭为主，进入 20世纪以后，特别
是第二次世界大战以来，石油以及天然气的开采与消
费开始大幅度的增加，并以每年 2亿吨的速度持续增长。
虽然经历了本世纪 70年代两次石油危机，石油价格高
涨，但石油的消费量却不见有丝毫减少的趋势。对此，
世界能源结构不得不进行相应变化，核能、水力、地
热等其他形式的能源逐渐被开发和利用。特别是在第
二次世界大战中开始被军事所利用的原子核武器副产
品的核能发电得到了和平利用之后，其规模不断得到
发展。很多国家现已进入了原子能时代。在日本，发
电的 40%靠核能来解决。
那么，当今世界的能源消费状况又是怎
样的呢？以 1994年为例，世界能源的总
消费量以石油换算为 79亿 8000万吨，其
中石油占 39.3%、煤炭占 28.8%、天然气
占 21.6%，这样化石燃料的消费量占 3%。
日本作为世界主要工业国家之一，每年
能源的消费量约占世界总量的 6.5%，其
中化石燃料占 82.4%。尽管在新能源开
发方面正在进行努力，包括水力发电，
比例也仅占 5%，前景不容乐观。
现在地球人口约 60亿，到 21世纪中叶，预计将达到
100亿人。光从人口增长的数字来看，能源消费的增加
将是惊人的。另外，目前的能源消费结构上，仍存在
着很大的南北差异，即工业发达国家使用量为总能源
的 3/4，人均消费量经消费美国最高，为世界平均水平
的 5倍以上。我国的人均消费量还相当低，还不到 1/10
的国家还有很多。因此，今后的能源消费必须考虑生
活提高的对比，能源不足的情形是可以想像的。 地球
上的能源终将是有限的，如同只伐树而不植树，森林
也会变成荒原一样，如此大量的消费，世界的能源资
源也将会枯竭。现在世界能源消费以石油换算约为 80
亿吨 /年，按 40亿人计算，平均消费量为 2吨 /人 ·年。以
这种消费速度，到 2040年，首先石油将出现枯竭；到
2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无
法提供近 116亿人口的能源需求。而随着世界人口的不
断增加，能源紧缺的时期将会提前来。因此,21世纪
新能源的开发与利用，已不再是一个将来的话题，而
是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件大事。
中国的能源消费
中国地大物博资源丰富，能源也不例外，从几种广泛利用的常能 源来看，储量都比较大。从中可以看出。煤炭储量居世界第 3位，
石油局每 6位，天然气导第 16位，水力资源居世界第一位。
虽然我国的能源比较丰富，但其分布很不均匀。煤炭资源有 60%
分布在华北，水力资源有 70%分布在西南。而经济发达、工业和
人口比较集中（约占全国人口总数的 37%）的南方八省一市能源
却比较缺乏（煤炭占全国的 2%，水力占 10%）能源生产的快速增
长是从建国后开始的，同建国前相比，原煤产量增长近 30倍，原
油增长 1000多倍，水电增长 100多倍天然气达到 1400倍这足可以
看出新中国的发展速度。
从目前的统计数据看，在一次性能源的构成中，煤炭仍然占有主 要地位，占 70%以上，而且工业燃料动力的 84%可以说，煤炭在
中国能源家族中，处于老大的地位。
太阳能知识
太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇
宙空间发射的辐射功率位 3。 8× 10^23kW的辐射值，
其中 20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的
太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收，其
余的到达地球表面，其功率为 8× 10^13kW。
20世纪以来，随着社会经济的发展和人民生活水平的
提高，对能源的需求量不断增长。化石能源资源的有
限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产
生的影响日益为人们所关注。从资源,环境,社会发
展的需求看，开发和利用新能源和可再生能源是必然
的趋势。
在新能源和可再生能源家族中，太阳能成为最
引人注目，开展研究工作最多，应用最广的成
员。 一般认为太阳能是源自氦核的聚合反应。
太阳幅射能穿越大气层，因受到吸收、散射及
反射的作用，故能够直接到达地表的太阳幅射
能仅存三分之一，又其中７０％是照射在海洋
上，「直接」辐射能；而被散射的辐射能，则
称为「漫射」（ｄｉｆｆｕｓｅ）辐射能，地
表上各点的总太阳辐射能即为直接和漫射辐射
能二者的总和。
太 阳 能 电 池 的 开 发
单晶硅太阳电池,单晶硅太阳电池是当前开发得
最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定
型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电
池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求 99.999
％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳
电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指
标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的
头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳
电池专用的单晶硅棒。
多晶硅太阳电池
晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，
而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳电池生
产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆
柱状，切片制作太阳电池也是圆片，组成太阳能组件
平面利用率低。因此,80年代以来，欧美一些国家投
入了多晶硅太阳电池的研制。
目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量
单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材
料熔化浇铸而成。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶
硅太阳电池差不多，其光电转换效率约 12％左右，稍
低于单晶硅太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，
总的生产成本较低，因此得到大量发展。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是 1976年有出现的
新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多
晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅
材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。
目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电
转换效率偏低，国际先进水平为 10％左
右，且不够稳定，常有转换效率衰降的
现象，所以尚未大量用于作大型太阳能
电源，而多半用于弱光电源
多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元
素半导体材料制成的太阳电池。
（ 1）硫化镉太阳电池
（ 2）砷化镓太阳电池
（ 3）铜铟硒太阳电池
风 力 发 电
国际上利用风力发电是本世纪发展壮大起来的，随着
风电技术不断进步，容量逐步增大，单机容量已达几
百千瓦，并有兆瓦级风力发电机问世，近十几年来风
力发电机产品质量有了显著提高，作为一种新的，安
全可靠的，干净的能源而受到国际上风资源丰富国家
的关注与大规模开发。目前，世界上风电总装电容量
约为 7000MW，美国最多，约有 1700MW。
中国是风资源丰富的国家，特别是新疆、内蒙古与沿
海地区。我国风力发电在八十年代开始发展，初期大
多是独立运行户用百瓦级风电机组，安装在边远，孤
立无电地区供农牧民使用。近年来，大型并网风力发
电机组引入我国，多台风电机组安装在风资源丰富地
区组成风电场，接入地区电网供电，现在，我国并网
风电机组装机总容量约为 100MW。
风电的优越性可归纳为下面五点：风力发电是
一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，
油电）与核电会造成环境污染的问题。 风电技
术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达 95%
以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的
经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于
油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运
输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风
力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，
从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，
是煤电、核电无可比拟的。 投资规模灵活，有
多少钱装多少机。
国风能资源丰富具有大规模发
展风电的可能性
我国风能资源丰富，这十几年来，对风能资源状况作了深入的勘 测调查，全国可开发利用的风能资源总量为 2.53亿千瓦。资源分
布也很广，在东南沿海、山东、辽宁沿海及其 岛屿年平均风速达
到 6-9米／秒，内陆地区如内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花
江下游也属于风资源丰富区，在这些地区均有很好的开发利用条 件。这几年我国的交通条件 得到极大的改善，电网覆盖程度有了
很大的提高，许多风资源丰富地区己置于电网覆盖之下，也为我 们建设大型风电场提供了更有利的条件。
在国家有关部门的支持下，电力部门在风电场建设方面已作了
一些工作，并提出到 2000年我国风电装机达到 100万千瓦的规划
目标。到目前为止，相继在新疆、内蒙古、辽宁、广东、浙江,福建等地区建成了 14个风电场，总装机容量 5万千瓦，己签订贷
款协议和采购合同的约 l0万千瓦，虽然我国目前的风电事业刚刚
起步，但已经锻炼和培养了一批专门从事风电工作的技术人员和
职工队伍，为今后大规模发展风电积累了经验。
核能发电
核能发电的热源来自于放射性同位素的
裂变能。其中主要是铀的同位素，它们
在发生裂变反应时可以释放出巨大的能
量。它们通常以氧化物的形式被制成棒
状，作为燃料。在反应堆这一特殊装置
中，人为地使其实现自持性的链式反应，
从而使热能持续地释放出来，带动发电
机组来发电。
核电站原理与核电现状
核电站是实现核裂变能转变为电能的装置。它
与火电站最主要的不同是蒸汽供应系统。核电
站利用核能产生蒸汽的系统称为 "核蒸汽供应系
统 "，这个系统通过核燃料的核裂变能加热外回
路的水来产生蒸汽。从原理上讲，核电站实现
了核能－热能－电能的能量转换。从设备方面
讲，核电站的反应堆和蒸汽发生器起到了相当
于火电站的化石燃料和锅炉的作用。
反应堆是核电站的心脏，它是使原子核
裂变的链式反应能够有控制地持续进行
的装置，是利用核能的一种最重要的大
型设备。反应堆中有控制棒，它是操纵
反应堆，保证其安全的重要部件，它是
由能强烈吸收中子的材料制成的，主要
材料有硼和镉。
"压水堆 "和 "沸水堆 "。在正常运行条件下，压
水反应堆内的水由于受到很高的压力，始终处
于 "液态 "。我国已建成的秦山核电站（一期）
和大亚湾核电站以及正在建设的秦山二期、岭
澳和田湾核电站均采用压水堆。沸水反应堆内
的水则处于气、液两相的状态。
"轻水堆 "和 "重水堆 "。自然界的氢有三种
同位素：氕（ 1H）、氘（ 2H）、氚（ 3H）。
普通水中的氢原子是 "氕 "，这种水我们称为 "轻
水 "；若水中的氢原子是 "氘 "，则称为 "重水 "。 "
轻水堆 "和 "重水堆 "的区别在于反应堆的冷却剂、
慢化剂是 "轻水 "还是 "重水 "。秦山三期核电工
程采用的是重水堆。
核能 -安全清洁的新能源
从 20世纪 50年代以来，美国、法国、比
利时、德国、英国、日本加拿大等发达
国家都建造了大量核电站，核电站发出
的电量已占世界总发电量的 16%，其中
法国核电站的发电量已占该国总发电量
的 75%，在这些国家，核电的发电成本
已经低于煤电。国际经验证明，核电是
一种经济、安全、可靠、清洁的新能源。
我国的核工业已也已有 40多年发展历史,建立了从地质勘察、采
矿到元件加工、后处理等相当完整的核燃料循环体系，已建成多
种类型的核反应堆并有多年的安全管理和运行经验，拥有一支专
业齐全、技术过硬的队伍。核电站的建设和运行是一项复杂的技 术。我国目前已经能够设计、建造和运行自己的核电站。
秦山核电站是由我国自行设计建造的第一个试验型反应堆核电站,反应堆为双环路轻水型压水堆，功率 300 MWe。 秦山核电站的
建成和运行是我国和平利用原子能的开端，其良好的运行记录和
经济效益，是促使其余核电站建设的动力之一。成功的经验使我
国具备了独立设计建造小功率核电站的能力，并向巴基斯坦出口 了核电站。
大亚湾核电站是中国和香港电力部门合资成立的广东核电合营有 限公司 (GNPJVC)投资建造的大型商用核电站，堆型是进口的大
功率压水堆，由法国法马通总承包，功率是 2× 900 MWe。大亚
湾核电站开创了中国商业核电站的成功范例，完全按照国际核电
站标准管理和运行，运行状况良好，特别是现代化的管理方式提 供了很多宝贵的经验。
地 热 介 绍
地热能是贮存于地球内部的以种巨大的能源。它也是
一种很有前景的能源。据计算，地球陆地以下五公里
内,15摄氏度以上岩石和地下水总含热量达 1.05E25
焦尔，相当于 9950万亿吨标准煤。按世界年耗 100亿
吨标准煤计算，可满足人类几万年能源之需要,地热能
(geothermal energy):驱动地球内部一切热过程的动力
源,地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反
应和放射性元素衰变释放的能量等,全球热量平衡中,前
3者不占主导地位,放射性热源是主要热源,可产生衰变
得放射性元素很多,但只有符合下属 3个条件的放射性
远方可作为地球热源,具有足够的丰度 ;放射性生热效率
较高 ;半衰和地球年龄相当,
我国地热能发展现状
1．地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造 3O兆瓦以
上规模的地热电站，单机可以达到 10兆瓦。电站可以进行商业运
行。
2．地热供热产业。全国已实现 8OO万平方米，在天津地区单个
地热供暖小区面积已达 8O～ 1OO万平方米。开发利用和科学技术
水平，经济、社会和环境效益在示范点、示范区可以达到国际 90
年代水平，但总体上与国际上先进水平相比尚有一定差距，目前 正在由粗放转入集约。
3．地热钻井产业。目前已具备施工 5000米深度的地热钻探工程
条件和水平，在华北地区，从事地热钻探的 3200米型钻机就有 15
台套，形成全国最大的地热钻探群体，具备了大规模开发地热能 力，并开始朝着专业化、规范化方向发展。
4．地热监测体系、生产与回灌体系正逐步完善和建立，但当前
正处在试验研究阶段，尚没有形成工业化运行。
5．地热法规和标准尚需健全和完善，特别是地下、地面工程设
施、施工，需尽快完善和建立技术规程和技术标准。培育专业化 施工（从地下到地上）企业，建立企业标准和行业标准。
海洋能源
潮汐能,是一种利用水位变化所产生的位能及水流所
产生的动能（潮流能）而获得的一有效能源。
波浪能,(因波浪上下波动浮力,?M向波压力或波浪
所引起的水中压力变化而产生的能源。
海洋温差能,即利用深部海水与表面海水的温度差产
生有用的能源。
盐梯度能,即利用两处含盐份高与含盐份低的海流，
因混合产生渗透压作为动力，而可用以产生能源。
洋流能,利用高速度的洋流或潮流带动结合水车、推
进器、及降落伞状物的水中电厂而将其转换为有用的
能源。
中 国 的 海 洋 能 资 源
中国大陆海岸线长达 18000多千米，拥有 6500多个大小岛屿，海
岛的岸线总长约 14000多千米，海域面积 470多万平方千米，海洋
能资源十分丰富，达 5亿多千瓦。
其中：潮汐能资源约为 1.1亿千瓦，大部分分布在浙江、福建两省，
约为全国总量的 81%；沿岸波浪能的总功率为 0.7亿千瓦，主要分
布在广东、福建、浙江、海南和台湾的附近海域；海流能的蕴藏 量为 0.5亿千瓦，主要分布在浙江、福建等省；海洋温差能约为
1.5亿千瓦；海洋温差能约 1.1亿千瓦；另外，流经东海的动力能
源黑潮估计约为 0.2亿千瓦。
我国海洋能开发利用方面，目前已建有潮汐发电站总装机容量
5930千瓦，年发电量 1021万度电；波浪发电试验电站也在建设之
中。
中国海洋能开发目标
我国潮汐能开发已有 4O年历史，迄今建成潮汐电站 8座，总装机
6120Kw，其中最大的是浙江江厦潮汐试验电站，为 3200KW，
1980年开始发电,1985年底 5台机组并网发电，单机容量为
500KW，及 700KW的灯泡贯流式水轮发电机组全由我国自己研
制。实践表明，我国潮汐发电技术已有较好基础。
我国波力发电始于 70年代，日光航标灯浮用微型波力发电装置已
商品化，已生产了 290多台。与日本合作研制了后弯管型浮标发
电装置。在珠江口大万山岛研制的岸边固定式波力电站第一台 3KW的装置 1990年已建成，装机 20KW的波力试验电站可望近期
建成。
潮流发电研究我国处于领先地位。 70年代未首先在舟山进行了
8KW潮流发电机组原理性试验。 80年代一直进行立轴自调直叶水
轮发电装置的试验研究。
氢能
l）所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为 0.0899g/l；在 -
252.7° C时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为金属氢。
（ 2）所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出 10倍，因
此在能源工业中氢是极好的传热载体。
（ 3）氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的 75％，除空气
中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。
据推算，如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 90O0倍。
（ 4）除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为
142,351kJ/kg，是汽油发热值的 3倍。
（ 5）氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃
烧速度快。
（ 6）氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不
会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害
的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境巨，而且燃烧生成的水
还可继续制氢，反复循环使用。
（ 7）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，
又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤
和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造现在的内燃机稍加改装即可使用。
（ 8）氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境
的不同要求。
中国氢能的发展概况
氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实
现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源，一般说来，生产氢要
消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低能耗、高效率制氢方法。
安全、高效、高密度、低成本的储氢技术，是将氢能利用推向实 用化、规模化的关键。
多年来，我国氢能领域的专家和科学工作者在国家经费支持不多
的困难条件下，在制氢、储氢和氢能利用等方面，仍然取得了不
少的进展和成绩。但是，由于我国在氢能方面投入资金数量过少，
与实际需求相差甚远，虽在单项技术的研究方面有所成就，甚至
有的达到了世界先进水平，并且在储氢合金材料方面已实现批量 生产，但氢能系统技术的总体水平，尚与发达国家有一定差距。
燃料电池
燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换
装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。由
于其具有发电效率高，适应多种燃料和环境特性好等优点，近年
来已在积极地进行开发。
优点：（ 1）部分负荷时也能保持高的效率；（ 2）通过与燃料供
给装置的组合，可适用范围的燃料；（ 3）由于输出功率单位由
堆的输出功率决定，故机组容量具有自由度；（ 4）电池本体的
负荷响应性好；（ 5） NOX及 SOX等的排出量少，有利环保。
燃料电池通常是按构成的电解质来分类。现在开发最为盛行的有 4种燃料电池。各种燃料电池，特别是其动作温度不相同，最先
进行开发的磷酸型燃料电池（ PAFC）约在 200℃ 的温度下动作。
相对于此，熔融碳酸盐型燃料电池（ MCFC）和固体氧化物燃料
电池均可应用在以石燃料为基本燃料的电厂内，可作为电力电源
来利用。高温型燃料电池又可称之为是通过利用其高质量排气,来面向复合发电的燃料电池。
我国新能源和可再生能源发展
从能源长期发展战略高度来审视，我国必须寻求一条可持续发展的能 源
道路。新能源和可再生能源对环境不产生或很少产生污染，既是近期急
需的补充能源，又是未来能源结构的基础。
我国政府一直关心新能源和可再生能源的开发利用。 1992年联合国全
球环境与发展大会后，国务院提出了我国对环境与发展采取的 10条对策
和 措施，明确要, 因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐
能,生物质能等清洁能源, 。我国是世界上最先完成, 中国 21世纪议程,
报告 的国家。在科技研究和示范推广方面，国家, 六五,,, 七五, 以
及, 八 五, 科技攻关中都安排了新能源和可再生能源项目。但由于我国
在该领域 投入资金数量过少，与实际需要相差甚远，虽在单项技术的研
究示范方面 有所进展，但新能源和可再生能源系统技术的发展水平，尚
与发达国家有 较大的差距，在资金投入力度上甚至还不如一些发展中国
家。
我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，在其开发利用方面也取得
了很大的进展，为进一步发展奠定了良好基础。在国际上，新能源和可
再 生能源技术越来越受到重视，交流频繁。因而，有必要抓住当前的发
展机 遇，制定好, 1996―2010 年新能源和可再生能源发展纲要，这将
对我国经 济、社会和环境持续协调发展起到重大深远的影响。
