新能源材料进展与应用第1章 纳米技术与能源新概念

第1章 纳米技术与能源新概念 1.1 能源和可再生能源发展战略 能源的问题是21世纪的热门话题。这个话题涉及自然科学和社会科学的众多科学领域。当我们乘坐着公共汽车的时候，当我们坐在家里面看电视的时候，能源始终关照着我们的生活。如果没有飞机、汽车、没有电灯、电视，无法想像现代人的生活会变成什么样子。那么能源是什么呢? 1.1.1新能源的定义 从物理学的观点看，能量可以简单地定义为做功的本领。广义而言，任何物质都可以转化为能量，但是转化的数量及转化的难易程度是不同的。比较集中而又较易转化的含能物质称为能源。由于科学技术的进步，人类对物质性质的认识及掌握能量转化方法也在深化，因此并没有一个很确切的能源的定义。但对于工程技术人员而言，在一定的工业发展阶段，能源的定义还是明确的。还有另一类型的能源即物质在宏观运动过程中所转化的能量即所谓能量过程，例如水的势能落差运动产生的水能及空气运动所产生的风能等。因此，能源的定义可描述为：比较集中的含能体或能量过程称为能源。可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任何形式能量的载能体资源。 随着《国家中长期科学与技术发展规划纲要》及其配套政策的出台，一批拥有核心技术和知识产权，代表未来科技发展方向的新能源科技力量将脱颖而出，而能源紧张的大背景将使《纲要》中在新能源汽车和燃料电池技术两处着墨的燃料电池大放异彩。 二次能源中，蒸汽由于传输距离短，难以储存而应用受限；电能虽然传输快、传输距离远，但存在传输过程中能量损耗大，难于储存的缺点；而氢能既能远距离运输、又能方便储存，因而成为二十一世纪的理想新能源，二十一世纪也被称为氢世纪。 燃料电池是以氢气或含氢化合物如甲醇与氧气或空气进行电化学反应，生成水，放出电子而形成电流，具有高效、环保、静音的优点，使其广泛用于汽车、军事和笔记本电脑等便携场合。其中燃料电池汽车被业内认为是21世纪最有发展前途的环保汽车，全球40家主要汽车制造商中有25家投入大量人力物力致力于燃料电池汽车的研发；德国海军去年底两艘燃料电池潜艇的服役拉开了燃料电池大规模军用的序幕；而日本除了开发出大量用于笔记本电脑、数码相机和手机的燃料电池外，还将普及家用燃料电池，预测到2020年其家用燃料电池市场规模将达3075亿日元。 我们的研究表明，目前燃料电池相关公司主要有长城电工、上海科技、同济科技、稀土高科、南风化工等。其中长城电工因参股大连新源动力21%的股份而有望成为燃料电池的龙头。大连新源动力是我国燃料电池研发的国家队，董事长衣宝廉院士是我国燃料电池的奠基人和带头人，大连新源动力独立承担了我国大部分燃料电池国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的制定（只有少量标准是由大连新源动力与中科院北京电工所联合制定）；而且大连新源动力的燃料电池产品达到了国内领先水平。上海科技则与清华大学核能和新能源技术研究院共同研发的小型甲醇燃料电池已进入样机试制阶段，由于甲醇便于储存，国内煤炭企业已开始大批介入，因此有在燃料电池初始阶段便于推广的优势。相比之下，南风化工与清华大学合作从事纳米碳管开发，由于纳米碳管比表面积大的特征使其具有良好的储氢能力，也成为未来储氢技术发展的方向。总之，燃料电池概念将成为未来最具想象力的科技概念。 1.1.2新能源的分类 根据科技界对新能源的阐述和研究，有关新能源的分类主要根据来源进行分类。以现成的形式存在于自然界中的能源称为一次能源，经过人类加工生产出来的能源称为二次能源。根据发展前景和研究结果来看，二次新能源比一次新能源具有更高的研究价值和更长远的发展前途，因此目前研究和应用较多的主要是二次新能源。 新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。 主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。 根据来源尤其是20世纪六十年代后，随着新能源与纳米新能源的出现。新能源可以按以下方式分类（见图1-1）： 图1-1新能源方式分类 下面对这些新能源进行简单介绍。 1.1.2.1氢能 氢能是指氢燃烧释放的能量。氢的储量极为丰富，氢能作为能源自20世纪70年代以来即被利用，如液氢被用作航天器的燃料，一次次把卫星和飞船送上太空，但由于使用成本高，使其应用范围受到限制。 氢作为能源有几大优点： (1)氢是宇宙中最丰富的元素，覆盖地球表面四分之三的海洋中的水就含有氢。由于每个水分子含有两个氢分子，由此计算，地球上平均每100个原子中就有17个氢原子，所以氢能是取之不竭，用之不尽的。 (2)氢在燃烧时不放出污染物，是理想的绿色能源。如果使氢在燃料电池中燃烧，则不产生任何污染，只产生水。 (3)氢的质量最轻，是元素周期表中最轻的元素，与其他物质相比，氢的燃烧热值高(1．21×105kJ／kg)，具有最大的能量质量比，而汽油仅0.54×105kJ／kg，甲烷为0.55×105kJ／kg，喷气飞机用燃料为0.51×105kJ／kg，煤和生物质能仅0.20×105 kJ／kg。如一辆小汽车行驶500km，才消耗3kg氢。所以，氢在未来的能源中必将扮演一个很重要的角色。同时氢气的分子结构最简单，在进行能量转化时，破坏和形成的化学键较其他物质要少得多，因而释放能量快，具有高的反应速率常数，可以作为复合固体推进剂的燃料使用。 氢能虽然是一种理想的能源，但要充分利用氢能，必须解决两个问题，即储运问题和安全性问题。根据物理化学原理，目前所采用的储氢方法主要有物理方法和化学方法。物理法储氢是指储氢物质和氢分子之间发生纯粹的物理作用或物理吸附；化学法储氢主要是储氢物质和氢分子之间发生化学反应，生成新的化合物，具有吸收或释放氢的特性。总起来看，氢能的储运主要有：液化储运法、压缩储运法、固氢—液氢混合储运法、金属氢化物储运法、有机液态氢化物储氢、无机化合物储氢、活性炭吸附储氢等。近年来，随着碳纳米管研究的不断深入，碳纳米管在氢能储运方面的广阔应用前景正日益显示出来。 当前氢能研究的直接目标是以氢燃料电池为动力的汽车，近年来几个发达国家纷纷展示了各自的原型车，但是无论从技术上还是经济上规模化车载氢供应系统尚未切实解决。因此各国科学家均在致力于研究高储氢材料与系统，其中最有潜力是碳纳米管的吸附储氢。 1.1.2.2生物质能 生物质能是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。生物质能源包括：能源林木、能源作物、水生植物、各种有机的废弃物等，它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生资源。 生物质能由太阳能转换而来，它蕴藏在植物、动物和微生物等有机体中，是人类赖以生存的物质基础。生物质作为能源利用，在转换系统的每一个环节都可为人类造福，它具有全程良性循环的特征。生物质能既可直接利用，也可以通过转化成氢气、乙醇、沼气等含能物质间接使用。 1.1.2.3风能 风能是太阳辐射能的一种转化形式，是太阳辐射引起的空气流动动能。到达地球表面的太阳能约有2％转变成风能。风能是自然能源中比较明显的一种能源，据资料介绍，全球风能一年可达2.2×106MW，其中可用于发电的约为106MW左右，比当前世界水力发电能还高10倍以上。风能的大小与风速的三次方及风通过的面积和空气的密度成正比。在1s内通过1m2面积的风所具有的动能称为风能密度，风能密度是指每秒内通过每平方米面积的风所具有的动能，它是评价风能资源的一个重要参数。 风能的利用是通过风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量后，再用于发电、提水、助航、致冷和致热等。 1.1.2.4核能 核能是指由原子核的链式反应所产生的能量，包括应用于原子电站的核裂变能和正在研究的核聚变能(即可控热核能)。物质的原子里蕴藏着多得令人难以置信的能量，通过破裂放射性材料可以获得一种能量——核能。 1.1.2.5太阳能 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。通过辐射，太阳向地表输送大约(1.05～2.64)×1020kW／h的能量，约相当于人类目前每年消耗总量的5000倍，并且可以持续几十亿年以上。由于它具有到达地表强度低、间歇性以及地区上的差异，至今尚未能广泛开发利用。目前太阳能利用最有效的途径是太阳能的化学转化和储存，以及通过“光电效应”原理，把太阳能直接转变为电能的新的太阳能利用技术和阳光催化分解水制氢等。 1.1.2.6地热能 地热，通常指那些能够经济地为人类所开发和利用的蕴藏在地球内部的热资源。我们赖以生存的地球内部是一个火热的世界，蕴藏着巨大的热量，地球中的这种天然热能就是我们所说的地热能。 1.1.2.7海洋能 海洋能通常是指蕴藏在海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。目前海洋能开发利用的主要方式是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。另外海水制氢也是海洋能利用的一种方式。 1.1.2.8纳米新能源 纳米技术和纳米材料的出现为新能源实现本质上的飞跃提供了非常难得的条件。很多人认为纳米新能源既可以属于一次能源，也可以归为二次能源。但是，从其本质来看，纳米新能源在很大程度上是属于二次新能源，它主要是利用纳米材料和纳米技术为能量的储存和转化提供了非常便利的条件。这主要有三个方面的原因：一是由于纳米粒子本身因其表面能高而储存大量的能量；第二是由于纳米粒子表面活性大而吸附大量的其他含能物质(如氢气)；第三则是纳米粒子作为催化剂对原有能源释放形式和释放过程进行一定改变和加速，使被催化的原有含能材料的能量释放更完全、更充分，从而达到提高能量的目的。 对于纳米新能源，多是以复合材料的形式出现的。如作为纳米材料的纳米金属镍，它可以吸附比常规金属镍粉更多的氢气，吸附大量氢气的纳米金属镍粉复合材料就含有多重的能量形式：一种是金属粉本身可以释放大量的能量；另一种是纳米粒子所蕴含的表面能的形式；还有就是氢气在燃烧时也可以释放出比其他气体高得多的能量。而对于碳纳米管来说，由于其微观结构是内部中空的一维管状形式，可以吸附大量的气体(如氢气)。因此，储氢的碳纳米管复合材料既可以通过储氢来提高其能量含量，又可以作为固体推进剂的燃烧催化剂，还可以作为电极材料和氢燃料电池。 随着工业的发展和人类物质生活及精神文明的日益提高，能源的需求也与日俱增，世界上近25年来能源的消耗量相当于过去1m年的消耗，而且这些能源大部分是地球上天然矿物的一次能源，在消耗的同时产生大量的环境污染。为此，在未来能源的开发过程中，最大的难题在于能够在尽量不损害地球和人类健康的前提下，如何充分地满足全球对能源日益增长的需求及减少对环境的污染。 未来能源工业的发展态势主要取决于市场力量、环保以及技术创新三大要素。在新能源的各种形式中，储氢的碳纳米管和纳米金属粉复合材料是两种新型的纳米新能源复合材料。这两种纳米新能源复合材料不但需要利用最新的纳米技术，而且包含了大量的技术创新，因而具有十分广阔的应用前景。 1.1.3新能源技术产业 对能源的开发利用是人类社会发展的动力基础，根据国际能源机构的预测，未来25年里，在大力节约能源的基础上，世界能源需求总量还将增加一倍。 在中国，煤炭和石油大约占了一次性能源的90％，由于煤炭和石油的大量使用，中国的40％的国土受到了酸雨的威胁。据专家预测未来50年内，我国能源需求总量达到目前的3倍，而那是国内化石能源将趋向枯竭。开发新能源技术，发展新能源产业已事在必行。 太阳能与核能是新能源的两大主体。对太阳能的利用又分为直接利用和间接利用两类。直接利用太阳能的技术有：光伏发电、温室气流发电等。间接利用太阳能的技术有：水力发电、风力发电及生物殖能和地热能的利用等。它们的共同点是，来自太阳，取之不尽，可以再生，没有污染。 核能包括核裂变与核聚变两类。目前的核电站使用的都是核裂变技术。核裂变所产生的放射性污染不仅可以防护，而且其污染程度远小于烧煤产生的尘埃所造成的放射性污染，并且核能不产生二氧化碳等有害气体。所以核能也是一种清洁能源。核聚变能的利用目前还处在试验阶段，估计20年内可望投入使用。由于核聚变的原料可取之于海水，并且没有放射性污染，所以前景看好。 由于“氢”可以直接转化成电能，并且生成物是水，对环境没有污染。还由于“氢”的可储存性与可移性是“电”不可比的。所以它将取代“电”作为能源的主要载体。 美国能源部预测，2030年氢的生产，储存与转化技术将趋于成熟，美国将步入“氢经济”时代。 1.1.4国内外新能源技术最新情报 "新能源"，这是国家谋求可持续发展要探讨的永恒话题。 近年来，可再生能源作为常规化石燃料的一种替代品能源，由于其清洁、无污染、可再生，符合可持续发展的要求而受到世界许多国家的青睐，将其作为新能源发展战略的重要组成部分。 2007年3月5日，温家宝总理在今年十届全国人大第五次会议的《政府工作报告》中提到，"要大力推进以节能降耗为重点的设备更新和技术改造"。 中国科学院最新出版的《高技术发展报告》，以新能源技术为主题，着重介绍新能源技术新进展、高技术与社会等人们普遍关注的重大问题，提出促进中国高技术与产业发展的思路和政策建议。 有专家预测，到2025年，全球能源消费量将比2001年增长54％。其中，工业国家的能源消费将以平均每年1.2％的速度增长。而包括中国和印度在内的亚洲发展中国家的能源需求将比目前增加一倍，占全球能源需求增长量的40％和发展中国家增长量的70％。 能源成为制约各国经济发展的瓶颈，发展能源安全使用技术、提高能源利用率技术以及新能源技术也随之成为世界各国关心的课题。 1.1.4.1电力安全 1.国外：建立多层次电力网络 为了实现资源的优化配置和提高电力系统的运行效益，电力系统日益向大电网、超高压、远距离输电方向发展。2003年8月14日，美国加拿大东部联合电网发生了大停电事故，日损失高达300亿美元。此后，美国政府把电网大停电事故提高到"危及美国国家安全"的高度来对待。 2003年，美国能源部提出了构建安全可靠电网的"Grid2030计划"。该计划旨在采用先进的材料技术、超导技术、电力电子技术和控制技术、广域测量技术、实时仿真技术、储能技术、可再生能源发电技术、微型燃气轮机发电技术等构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型电网（分布式电力系统）等多层次的电力网络，以保障大电网的安全性、稳定性，供电的可靠性及电能质量。 2.国内：相关技术得到实际应用 随着信息技术、现代控制技术、新材料技术、超导技术、纳米技术等新技术的飞速发展，电力安全技术的研究热点主要集中在这些新技术的应用研究与开发上，并逐步发展成高压直流输电技术、实时仿真技术、广域测量技术，以及基于新型半导体器件和控制技术的电力电子技术、FACTS技术、超导电力技术等。 我国和其他国家虽然没有类似美国的倡议计划，但是以上这些相关技术方面也部署了大量的研究开发力量，一些技术已经得到了实际应用。 1.1.4.2煤的高效清洁利用 1.国外：提出合成气园概念 各工业发达国家制定了21世纪能源和能源科技新世纪战略规划或计划，旨在解决能源利用造成的环境问题。例如，美国洁净煤技术计划（CCT）已转入"展望21"计划，制定了21世纪美国煤炭能源工厂的发展规划。 值得一提的是，Shell（壳牌）公司提出合成气园的概念，它亦以煤的气化或渣油气化为核心，所得的合成气用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电、生产甲醇和化肥，并作为城市煤气供给用户。合成气园的概念比一般的多联产系统更为广泛，更接近工业生态科技园模式。 2.国内：洁净煤技术仍待发展 煤炭高效洁净燃烧 使煤炭在燃烧过程中提高效率、减少污染物排放的技术，包括超（超）临界发电、循环硫化床锅炉（CFB）燃烧发电、增压硫化床燃烧联合循环（PFBC-CC）发电、低氮氧化合物（NOx）燃烧洁净发电技术以及工业锅炉高效燃烧技术等。 "九五"、"十五"期间及"十一五"第一年，我国洁净煤技术发展迅速，一些重点领域或关键技术的研究开发、推广应用取得突破。其中，煤炭洗选、配煤、水煤浆、循环流化床等技术已投入商业化应用；自主知识产权的超临界机组、烟气脱硫、大型煤气化技术等已完成了开发；以自主技术为主的煤炭液化、IGCC、煤层气开发等技术已开始进入工业性示范阶段；型煤、中小型燃煤工业锅炉技术、煤矸石综合利用、粉煤灰综合利用、矿井水资源化利用等技术正在提高和完善之中。但当前的洁净煤技术正在逐步适应国民经济发展及市场需求。 1.1.4.3天然气水合物利用 1.国外：重视开采技术 由于开采技术是天然气水合物资源利用的关键，各国对开采技术研究开发都相当重视。自20世纪60年代在北极气田的永久冻土下发现天然气水合物以来，人类就一直在探索天然气水合物开采利用方法。但是由于开发难度很大，迄今为止，天然气水合物开发还处于起步阶段，仍然没有形成较为理想的开发 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和开采方式。 2.国内：储运技术领域有一定建树 在对天然气水合物储运技术研究领域，国内有一定建树。 天然气水合物又称笼形包合物，它是一定条件下（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的笼形结晶化合物，遇火即可燃烧，俗称"可燃冰"。自然界中的天然气水合物主要储藏于永久冻土带和海洋中。 目前国内外天然气水合物储运技术主要有3个研究方向：油气管道中水合物的抑制、天然气水合物形式的储运技术及水合物储氢技术。 值得一提的是，我国开展水合物储氢的研究几乎和国际同步，中国科学院广州能源研究所的科研工作者用PVT装置、用压力搜索法，测定了氢气（或甲烷氢气混合气体）-环戊烷-水体系、氢气（或甲烷氢气混合气体）-四氢吡喃-水，以及混合气体-甲基环己烷-水体系的水合物相平衡数据，结果表明，有机液态烃的加入，大大降低了氢气水合物的形成压力，环戊烷较其它液态烃更能促进氢气水合物的形成。 1.1.4.4核电站研究开发 1.国外：合作研发第四代核能系统 目前，国际上开发的第三代核电堆型均为热中子堆，如压水堆、沸水堆、高温气冷堆。这是因为目前仅热中子堆有把握在近期实现商用化。 近年来，世界各国提出了许多反应堆设计和核燃料循环方案的新概念。在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷等10个有意发展核能利用的国家于2001年7月共同签署了合作研究开发第四代核能系统。 第四代核能系统即安全性、经济性、可持续发展性、防核扩散、防恐怖袭击等方面都有显著提高。 2.国内：自主开发第三代核电站 利用压水反应堆将核裂变能转化为热能、再产生蒸汽发电的电站，其压水堆以高压热水作为慢化剂和冷却剂。先进压水堆核电站在安全性和机组效率等方面较以往其他类型的核电站更具优势。 我国目前正在通过招标和竞标选择第三代核电机组的合作伙伴。与此同时，我国也做好了在已掌握的第二代核电技术的基础上，自主开发第三代核电站的准备。 我国电研究开发和设计建造工作已经走过了30年历程。目前我国大陆已经有9套核电机组运行，装机容量达到690万千瓦，已超过台湾地区的总容量（台湾地区有6套机组运行，510万千瓦）。我国还有两套2×106万千瓦的核电机组在调试中，将于2006年投产。2004年，国务院又批准了8套核电机组的建设。其中4套是第二代改进，4套是第三代核电自主化的依托项目。2005年，开展了4套第二代改进机组的建设前期工作。核电在我国已由起步进入了发展阶段。 1.1.4.5太阳能规模利用 1.国外：光伏发电加速发展 热发电逐步实现商业化 近20年来，在太阳能光伏发电受到各国的高度重视。世界光伏发电产业发展迅速，一直保持着加速发展的势头。近10年太阳能电池／组件生产的年平均增长率达到33％，最近5年的年平均增长率达到43％，2004年比上年增长61.2％，成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。 太阳能热发电也是利用太阳能发电的主要途径之一。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。从世界范围看，太阳能热发电技术已基本完成了实验室探索阶段，正处在逐步实现商业化的过程中。西班牙、美国、德国、以色列、意大利、澳大利亚、日本、韩国等国家都投入了大量资金和人力进行研究，取得了大量科研成果，全世界先后建立了20余座塔式太阳能热发示范电站。 2.国内：光伏发电全速发展 热发电跟踪研究 80年代中后期，我国光伏产业逐步形成，近20年一直处于平稳发展阶段，长期保持世界产量的1%%。近年来，我国光伏产业进入全面快速发展时期。 我国在"九五"和"十五"期间都对太阳能热发电技术进行了跟踪研究，在槽式、碟式发电系统等关键技术有了一些初步的积累。 1.1.4.6风力发电 1.国外：得到大规模开发利用 风力发电技术是目前发展最快的清洁能源技术，已经在全球范围内得到大规模开发和利用，其发展速度大大超出人们的预料。2004年末，全球风力发电装机容量达到47616.4兆瓦，风力发电量已经占到世界总电量的0.5％。世界风电装机容量的73％在欧洲，2004年末欧洲风力发电总计装机容量为34760兆瓦。其中德国、西班牙和丹麦三个国家风电机组的装机容量约占欧洲总量的84％。 2.国内：装机容量逐年增长 截至2004年底，我国累计安装风电机组1292台，累计装机容量已经达到764兆瓦。共有43个风电场。分布在14个省（市、区）。与2003年累计装机567兆瓦相比，2004年累计装机增长率为34.7％。2004年新增风电机组250台，装机容量197兆瓦。新增4个风电场。与2003年当年新增装机98兆瓦相比，2004年当年新增机增长率为101％。 在风力发电机组的生产和制造方面，国内企业已经能大批量生产600～750千瓦的风电机组及关键配套件，如叶片、系统控制等。1.2兆瓦的机组正在研究开发和试验运行阶段，有望在"十一五"期间形成定型产品。 1.1.4.7燃料电池 1.国外：燃料电池电动汽车投入商业运行 在燃料电池技术中，质子交换膜燃料电池可在室温下快速启动，负载响应快，适用于电动汽车的动力源，受到各国的高度重视。 近几年，全球各大汽车制造商都推出了自己特色的燃料电池电动汽车，其中戴姆勒·克莱斯勒、丰田、通用、本田等公司处于发展的前列。尤其是戴姆勒·克莱斯勒公司与国际著名的燃料电池开发商加拿大的巴勒德（Ballard）公司强强联合，开发的轿车F－Cell和燃料电池客车Ciltaro已经投入了世界各地的商业化示范运行。 2.国内：拥有整套自主知识产权的核心技术 我国对燃料电池的发展非常重视，"十五"期间国家科技部投入3000万元进行氢源与燃料电池"973"计划基础研究，8.8亿元启动了"863"计划"电动汽车重大专项"，其中约4.0亿元用于燃料电池城市客车和轿车的研发。 燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受"卡诺循环"的限制，能量转换效率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。另外，它还具有燃料多样化、排气干净、噪音低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。 中国目前在车用燃料电池系统及整车系统方面已形成一整套拥有自主知识产权的核心技术，开发出了燃料电池城市客车和轿车演示车。2003-2005年，中国科学院大连化学物理研究所和上海神力公司研制了多台满足不同功率需求的客车和轿车用燃料电池发动机；上海同济大学研制了超越（Beyond）系列的燃料电池轿车，最高时速达120km，续驶里程达到200km；2004年清华大学研制的燃料电池客车，行驶里程已经超过了10000km，2004年我国研制的燃料电池汽车参加了"上海必比登（Bibendum）国际清洁能源汽车挑战赛"，测试的各项指标表明，我国燃料电池汽车基本处于与国际同步发展阶段，但是有些方面还有一定的差距。"十一五"期间，在国家和地方政府的支持下，燃料电池电动汽车将进入实质上的示范运行阶段，并将在北京2008年奥运会和2010年上海世博会期间有规模展示。 1.1.5可再生能源发展战略 1.1.5.1可再生能源发展战略 据中国石油网报道，《可再生能源法》的颁布，是我国在能源立法方面迈出的一大步。参与该法起草的发改委能源研究所可再生能源发展中心和清华大学联合成立的课题组研究认为，我国有足够的可再生能源可供开发利用。预计到2050年我国可再生能源将成为能源结构中的主角之一，达到30%以上。 中国可再生能源发展的战略可设想为以下四个发展阶段： 第一阶段：到2010年，实现部分可再生能源技术的商业化。通过扩大试点示范、在政策的激励下推广应用，使现在已经成熟或初步成熟的小水电、风电、太阳能热利用、沼气、地热采暖等技术达到完全商业化程度。 第二阶段：到2020年，大批可再生能源技术达到商业化水平，努力使可再生能源占一次能源总量的18%以上。发电装机0.9亿～1亿千瓦，能源开发总量达到4亿～5亿吨标准煤。 第三阶段：全面实现可再生能源的商业化，大规模替代化石能源，到2050年可再生能源在能源消费总量中达到30%以上，成为重要的替代能源。 第四阶段：到2100年可再生能源在能源消费总量中达到50%以上，并基本消除传统利用方式，实现能源消费结构的根本性改变。 1.1.5.2可再生能源技术政策 化石能源作为一次性不可再生能源，其资源量必然随着开采量的增加而逐渐枯竭，随之而来的必然是价格的上涨和资源竞争的加剧，这对世界经济和政治安全都形成了潜在的威胁。另一方面，化石能源的燃烧是导致温室气体排放的最主要的原因。温室气体的排放对全球气候和环境都造成了严重的影响，虽然就控制温室气体排放的问题，现在还没有在全球范围内达成一致性的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，但随着气候环境的恶化及其对经济和社会的影响日益加剧，人类社会不可避免地要对温室气体的排放采取越来越严格的控制措施。由于目前替代化石能源的新能源技术的发展尚不能支持经济发展和人类生活的需要，因此化石能源还将在一段时间内继续承担着主导能源的角色。可是，长期来看，化石能源被可再生清洁新能源的替代是一个必然的趋势，从世界能源科技发展的趋势来看，这种替代技术的发展将在接下来50～100年间达到成熟和商业化的水平。从长期能源科技的发展来看，后续能源的替代技术是未来能源产业发展的战略方向，因此，在加快推进煤炭天然气对石油资源的替代的同时，中国必须同时抓紧新能源技术的开发研究，以便形成技术储备，奠定技术基础，应对能源更替的新时代。主体能源更替的路线应该是一个交叉重叠的替代过程，在这个过程里，总的趋势是：从化石能源向非化石能源更替，从不可再生能源向可再生能源更替(见图1-2)。 图1-2 主导能源更替路线 可再生能源整体上尚不具备与化石能源竞争的条件，并且由于能源系统已锁定于化石能源，因此，其发展必须依靠政策的支持。世界许多国家都出台了鼓励和扶植可再生能源发展的法律法规，政府的支持政策，通常可划分为三类：技术研发支持，政府可再生能源示范工程和经济激励措施。 1)技术研发支持 我国可再生能源技术的研发投入，相对于发达国家来说是非常少的。我国目前尚没有 完整的研发投入的统计数据，根据相关估计，2000年我国能源技术研发资金仅占GDP的 0．045％，而欧盟15国对能源技术的研发投入则达到了GDP的2％(Ragwitz，et a1．， 2005)。用于可再生能源研发的投入则要更低，在“六五”到“九五”计划期间(1980～ 1999年)，累计投资于国家科技攻关项目的可再生能源相关研发投入仅为2亿元。 2)政府可再生能源项目 我国可再生能源利用的发展，尤其是大规模的利用工程，与政府示范工程的推行是 密切相关的。从20世纪80年代开始，我国农村地区的可再生能源发展主要是四个政府项目所推动的(Zhou，1996)：农村经济发展与农村能源发展集成项目，农村电力化中的小水电发展项目，扶贫项目中的可再生能源发展项目和农村妇女解放项目中的高效燃烧炉的推广。表1-1所示为20世纪90年代以来主要的政府示范工程。 表1-1 中国政府可再生能源发展项目 3)经济激励措施 (1)投资补贴政策。我国政府从1987年起设立了农村能源专项贴息贷款，主要用于大中型沼气工程、太阳能热利用和风力发电技术的技术开发、改造和推广应用。政府补贴也是我国政府一直采用的经济激励手段，中央政府在可再生能源方面的补贴主要用在研究开发和试点示范工程建设以及产业化技术开发上。 (2)税收优惠政策。我国对可再生能源设备进口关税规定了较低的税率，由于许多可再生能源项目投资使用外国政府和国际组织的优惠贷款和赠款，设备进口按照政策可免征关税和进口环节的增值税。为了解决风力发电实际税负高于火力发电的问题，对风力发电按增值税实行按应纳税额减半征收的政策。可再生能源属于高新技术产业，一些地方政府，如内蒙古、新疆等省区，对可再生能源企业实行减免所得税优惠。在西部地区建设的可再生能源发电项目可按照西部开发税收优惠政策得到减免税的优惠。 (3)价格优惠政策。价格优惠政策主要面向利用可再生能源生产的上网电力(目前主要为并网风力发电)，体现为保证上网和优惠电价的政策。1994年，原国家电力部出台了《风力发电场并网运行管理规定》，对风力发电实行“还本付息加合理利润”的优惠电价政策，并要求电网全额收购风电场所发电量。这一优惠电价政策即为保护性电价政策(feed-in tariffs)，是我国目前吸引可再生能源发电项目建设的最主要政策。 1.2 能源生产及消费对经济发展与社会进步的关系 1.2.1世界能源储量及分布 1.2.1.1世界石油资源探明可采储量及分布 石油是经济和社会发展不可缺少的重要能源，随着经济的发展和城市化水平不断提高，各国对石油资源的需求将继续保持强劲的增长。英国石油公司(BP)2005年的数据表明，在过去的20年间，世界石油资源探明可采储量呈上升趋势。如图1-3所示，1984年世界石油资源探明可采储量约为7616亿桶，1994年增加到10175亿桶，2004年底达到11886亿桶，20年间增加了4270亿桶，增长了56.1％。其中1984～1994年可采储量增长速度较大，增长了33.6％，主要集中在中东地区。1994～2004年期间，世界石油资源可采储量增长速度相对缓慢，增长了16.8％，主要集中在俄罗斯、非洲和中南美地区。 图1-3 世界石油资源探明可采储量变化及分布图 2004年底，中东地区的探明可采储量约为7339亿桶，约占世界的61.7％，是名副其实的“世界界油库”。世界第二大“油库”是欧洲(主要是俄罗斯)，探明可采储量约为1392亿桶，占世界界的11.7％；第三大“油库”是非洲，约为1122亿桶，与9.4％；小南美地区石油资源也很丰富，约为1012亿桶，占8.5％；北美地区约为610亿桶，占5.1％；亚太地区石油资源最少，约为411亿桶，仅占3.5％。由此可见，世界石油资源分布极具地域性和不均衡的特点。 1.2.1.2世界天然气资源探明可采储量及分布 天然气作为一种清洁高效的能源，具有转换效率高、环境代价低、投资省和建设周期短等优势，积极开发利用天然气资源已成为世界能源工业发展的一个重要潮流。图1-4的数据显示，20世纪80年代以来，世界天然气资源探明可采储量增长迅速，从1984年的96.39万亿立方米，增加到1994年的142.89万亿立方米。截至2004年底，世界已探明的天然气可采储量约为179.53万亿立方米，过去的20年间天然气储量增加了83.14万亿立方米，增长了86.25％。 图1-4 世界天然气资源的探明可采储量变化及分布图(引自BP，2005) 虽然近十年世界天然气资源探明可采储量的增长速度有所下降，但是中东地区的可采储量增长速度依然很快。如图1-4所示，中东地区天然气探明可采储量由1984年的27.37万亿立方米，增加到1994年的45.58万亿立方米，在2004年底储量高达72.83万亿立方米，占世界总储量的40.6％。虽然世界天然气资源不像石油那样过度集中在中东地区，但仍具有分布很不均衡的特点。除了中东和欧洲(主要是俄罗斯)之外，其他地区的天然气探明可采储量相当有限，仅为42.69万亿立方米，占世界储量的23.7％。 1.2.1.3世界煤炭资源探明可采储量及分布 煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石能源，被誉为“工业的粮食”，至今煤炭资源仍然是钢铁、电力等工业部门的重要原料和燃料。煤炭资源分布于世界近80个国家和地区，其中有60多个国家进行了有规模的开采。根据BP(2005)的统计数据，2004年底世界煤炭资源探明可采储量为9091亿吨。世界煤炭资源分布也不均衡，主要集中在亚太、欧洲和北美地区。如表1-2所示，美国、俄罗斯、中国和印度的煤炭资源储量较大，4个国家的总储量之和占世界总储量的67％。中国的煤炭资源储量相当丰富，而且煤质较好，但是人均储量仍然低于世界平均水平。2004年世界煤炭资源的平均储采比为164年，中国为59年。 表1-2 2004年世界主要国家煤炭资源探明可采储量 1.2.1.4世界可再生能源储量 由于煤炭、石油和天然气等化石能源的可耗竭性，以及化石能源燃烧所带来的环境污染和温室气体等负面效应，世界各国都在致力于发展清洁、可持续的可再生能源。世界可再生能源资源储量丰富，其中太阳能储量(到达场面的功率密度)为1千瓦日寸／平方米，可开发生物质能65亿吨标准煤，技术可开发水能资源6.96万亿千瓦时，技术可开发风能资源96亿千瓦时，技术可开发地热资源500亿吨标准煤。除了水能以外，近年来风能和太阳能的开发和利用发展迅猛，其小以德国和丹麦最为突出。 1.2.2世界经济增长与一次能源消费趋势分析 1.2.2.1世界及主要国家经济增长与能源消费 能源是实现经济增长的重要生产要素。工业革命以来，世界经济和能源消费都保持了较快的增长态势。如表1-3所示，全球国内生产总值(GDP)由1970年的115.49千亿美元增长到2004年的317.49千亿美元，年均增长了3.0％；能源消费量由50.2亿吨油当量增长到102.2亿吨油由当量，年均增长了2.1％；能源强度(单位产值能耗)由1970年的4.3吨油当量／万美元下降到2004年的3.2吨油当量／万美元。 表1-3世界经济和能源消费 根据BP(2005)、联 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 网统计数据库(联合国，2005)、《中华人民共和国2005年国民经济和社会发展统汁公报》(以下简称《统计公报2005》) (国家统计局，2006a)、《关于我国国内生产总值历史数据修订结果的公告》(以下简称／(GDP修正数据))(国家统计局，2006b)的数据整理得到。 美国是世界上最大的发达国家，也是能源消费量最大的国家。表1-2显示，1970—2004年美国GDP由30.37千亿美元增长到87．85千亿美元，能源消费量由16.5亿吨油当量增长到23.3亿吨油当量，年均增长率分别为3.2％和1.0％。第—、二次石油危机对美国经济产生厂严重的负面影响。造成短暂的经济停滞甚至衰退。1970～2004年，日本的年平均经济增长速度和年均能源消费增长速度分别为3.2％和1.8％；而同期一些欧洲工业化国家的能源消费增长速度减缓，如1970～2004年德国的GDP年均增长速度为2.1％，能源消费量年均增长速度为0.2％。中国是一个发展中国家，正处于工业化快速发展阶段，经济总量和能源消费增长迅速，2005年GDP和能源消费量分别为18.21千亿美元(1990年美元不变价)和15.7亿吨油当量。 能源强度的变化除了与技术进步有关外，还受到产业结构调整的影响。发达国家在完成工业化进程后，服务业在经济中所占比重不断加大，能源强度较小，并呈下降趋势。对于尚未完成工业化进程的发展中国家，仍然需要发展能源密集型产业．因此能源强度较大，甚至还会出现上升的趋势。 不同国家由于资源禀赋、经济发展阶段以及能源战略的差异，因而其能源消费结构电存在较大差别。如表l-4所示，中国、印度等人均石油资源匮乏的国家仍然足以煤炭作为主导能源，巴西、加拿大等国家水资源丰富，闲而水电占厂较大比重。法国的核电事业相当发达，核电占据全国能源消费总量的38.6％。由于化石能源的不可再生性和所带来的环境污染问题，各国都在积极发展可再生能源，2004～2005年世界原由价格的大幅上涨将加速这一进程。 表1-4 2004年世界主要国家能源消费结构(％) 1.2.3.世界能源市场 1.2.3.1世界能源生产 BP(2005)的数据表明，2004年世界原油产量为38.7亿吨（比2003年增加4.5％），其中石油输出国组织(OPEC)产量15.9亿吨，占世界产量的41.1％。沙特阿拉伯足全球最大的石油生产国，2004年产量创历史新高，达到5.1亿吨，占世界产量的13.1％。俄罗斯已成为石油输出国组织以外的最大石油生产国，产量为4.6亿吨，占世界产量的11.8％。伊拉克和委内瑞拉的石油生产量也开始回升，分别达到1.0和1.5亿吨，比2003年分别增长了50.8％和13.8％。尼日利亚、科威特和哈萨克斯坦等国的石油产量增幅也很大。 在石油产量增长的同时，世界天然气和煤炭产量也有较明显的增长。2004年世界天然气产量为2.7万亿立方米(比2003年增长了2．8％)，其中俄罗斯和美国的产量分别是0.58万亿立方米和0.54万亿立方米，分别占世界产量的21.9％和20.2％。2004年世界煤炭产量达55.4亿吨，比2003年增长了6.8％，中国和美国的煤炭产量分别是19.9亿吨和10.1亿吨，分别占世界产量的35.9％和18.2％。 1.2.3.2世界能源贸易 1.世界石油贸易 世界能源贸易以石油贸易为主，BP(2005)的数据表明，2004年世界原油贸易量为18.6亿吨，成品油贸易量5.3亿吨。美国是世界上最大的石油消费国，也是最大的石油净进口国，2004年原油和成品油净进口量分别为5.0亿吨和0.9亿吨，分别占全球贸易总量的26.9％和1～7.4％。日本排在第二位，2004年原油和成品油净进口量分别为2.1亿吨和0.5亿吨，分别占全球的11．3％和8．6％。2004年中国原油和成品油净进口量分别为1．17亿吨和0．26亿吨，分别占全球的6.3％和6.2％。 由于世界石油资源分布不均以及各国地理位置和经济政治关系的不同，各进口国的石油进口渠道也各不相同。BP(2005)的数据显示，2004年世界45.5％的原油进口量来自中东地区；美国的石油进口主要来自加拿大、中南美洲、中东和西非；欧洲主要来自俄罗斯、中东和北非；日本则绝大部分来自中东地区；中国63％的石油进口来自中东，27％来自西非，18％来自俄罗斯。 2004～2006年世界能源市场的一个突出表现就是原油价格的大幅上涨，纽约商品期货交易所(NYMEX)的原油期货价格曾一度突破70多美元／桶。石油价格的大幅上涨推动了世界能源供需格局的调整。为了解决原油供应短缺问题，国际能源署成员国纷纷动用了国家战略石油储备。2004～2006年，中国部分地区也出现能源供给紧张的局面。 2.世界天然气贸易 与石油贸易相比，天然气的贸易量较小。BP(2005)的数据表明，2004年世界天然气贸易量为6.80千亿立方米，占世界产量的25.3％。俄罗斯是世界上最大的天然气出口国，2004年出口量为1.48千亿立方米；美国是最大的天然气进口国，2004年进口量为1.26千亿立方米。 3.世界煤炭贸易 《2004世界煤炭发展报告》(黄盛初，2005)的数据显示，2003年世界煤炭贸易量为7．18亿吨，占世界产量的14.6％。澳大利亚是世界上最大的煤炭出口国，2003年出口量为2.08亿吨；中国出口0.93亿吨，居世界第二位；印度尼西亚出口O.90亿吨，居世界第三位。日本是世界上最大的煤炭进口国，2003年进口量为1.62亿吨。受国内市场需求增长的影响，2005年中国煤炭出口7168千万吨，进口2617千万吨，净出口降幅较大(海关总署，2006)。 1.2.4国际能源与环境合作 1.2.4.1国际能源竞争与合作 能源需求量的增长和能源价格的上涨，加剧了国际能源竞争，同时也进一步促进了国际能源合作。世界主要能源生产国和消费国在不断开展能源外交活动，世界大型跨国能源企业的重组和并购事件也频繁发生。 《2005年全球上游企业兼并和收购评论》(Harrison Lovegrove &.Co．和John S．Herold，Inc．，2005)报告显示，2004年全球油气上游企业并购和资产并购总额超过680亿美元，比上年增加了50％以上，是自1998年以来的首次大幅反弹。2005年全球能源企业并购活动仍在一直升温：美国第二大石油巨头雪佛龙德士古石油公司(Chevron-Texaco Corporation)收购了优尼科(Unocal Corporation)石油公司，美国第三大炼油企业瓦莱罗(Valero Energy Corporation)公司收购了斐姆科(Premcor Refining Group lnc．)石油公司，成为北美地区最大的炼油企业。 中国不仅积极参加各类国际组织框架下的多边能源合作，而且还与30多个国家签署了双边能源合作协议，取得了丰硕的成果。2005年6月，中美双方能源主管部门在华盛顿进行了首次能源政策对话，双方深入讨论了包括在清洁能源、石油天然气、核电、节能和提高能源使用效率等方面的合作。中国的能源企业也积极参与了海外石油资产的并购活动。2005年11月，中国石油天然气集团公司以41.8亿美元收购了哈萨克斯坦石油公司(PetroKazakstan)，开创了中国石油企业整体收购海外油气公司的先河。在复杂多变的国际能源竞争与合作的环境中，中国政府和企业在面临巨大挑战的同时也面临着前所未有的机遇。 1.2.4.2《京都议定书》的生效 能源与环境问题是密切关联的全球问题，处理这些问题需要世界各国的共同努力和协作。全球能源消费的高速增长对温室气体的排放产生了严重影响。2005年2月16日，旨在遏制全球气候变暖的《京都议定书》的生效，标志着国际环境合作取得了重大进展，国际社会进入了一个实质性减排温室气体的阶段。截至2005年8月1～3日，全球已有142个国家和地区签署该议定书，这些参与缔约的工业化国家都被分配了一定数量的温室气体排放量限制配额。但是，二氧化碳排放量超过全球l／4的美国拒绝批准《京都议定书》。 在《京都议定书》的推动下，减少碳排放已成为各缔约国社会经济发展和生产经营活动的重要目标之一。为了促进各国完成减排目标，降低减排成本，《京都议定书》规定了清洁发展(CDM)、联合履约(JI)和国际排放贸易(IET)三种灵活机制：CDM旨在促进发达国家和发展中国家之间的合作；JI着重推动发达国家内部的合作；IET则允许发达国家相互转让它们的部分“允许的排放量”。 缔约的发达国家正寻求更多的国际合作，力求以尽可能低的减排成本，实现既定的减排目标；发展中国家也积极地通过CDM项目的国际合作，期望通过出售经核证的减排量(certified emissions reductions，CERs)来改善环境，优化能源结构，增加就业和收入，促进技术进步，实现可持续发展。 1.2.5能源对经济发展与社会进步的关系 1.2.5.1能源在国民经济、社会发展和国防安全中发展的重点领域与优先主题 我国科学和技术的发展，要在统筹安排、整体推进的基础上，对重点的能源领域及其优先主题进行规划和布局，为解决经济社会发展中的紧迫问题提供全面有力支撑。 重点领域，是指在国民经济、社会发展和国防安全中重点发展、亟待科技提供支撑的产业和行业。优先主题，是指在重点领域中急需发展、任务明确、技术基础较好、近期能够突破的技术群。 确定优先主题的原则：一是有利于突破瓶颈制约，提高经济持续发展能力。二是有利于掌握关键技术和共性技术，提高产业的核心竞争力。三是有利于解决重大公益性科技问题，提高公共服务能力。四是有利于发展军民两用技术，提高国家安全保障能力。 1.2.5.2能源在国民经济中具有特别重要的战略地位 能源在国民经济中具有特别重要的战略地位。我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理；能源利用效率低；一次能源消费以煤为主，化石能的大量消费造成严重的环境污染。今后15年，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，对能源科技发展提出重大挑战。 1.2.5.3新能源的发展思路与社会进步的关系 新能源的发展思路：(1)坚持节能优先，降低能耗。攻克主要耗能领域的节能关键技术，积极发展建筑节能技术，大力提高一次能源利用效率和终端用能效率。(2)推进新能源结构多元化，增加能源供应。在提高油气开发利用及水电技术水平的同时，大力发展核能新技术，形成核电系统技术自主开发能力。风能、太阳能、生物质能等可再生能源技术取得突破并实现规模化应用。(3)促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。大力发展煤炭清洁、高效、安全开发和利用技术，并力争达到国际先进水平。(4)加强对新能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。攻克先进煤电、核电等重大装备制造核心技术。(5)提高能源区域优化配置的技术能力。重点开发安全可靠的先进电力输配技术，实现大容量、远距离、高效率的电力输配。 能源是经济发展与社会进步的火车头。没有现代新能源，就不可能有现代化的一切。随着经济的发展与社会的进步，能源问题将日益突出，在今后几十年中，能源经济有关部门在我国国民经济的发展中将处于非常活跃的地位。能源加工和电力生产，更处于国民经济各生产部门的前列。 事实证明新能源的发展促进了社会的进步，社会的进步又促进劳动生产力的提高。 1.2.5.4研究新能源的目的和意义 能源是指一切能量比较集中的含能体(如煤炭、天然气及石油)和能量过程(如风与潮汐)。能源不但关系着人们的日常生活，而且严重影响国际社会的安定。目前世界各国普遍存在着不同形式的能源危机，如对于20世纪90年代的海湾战争和当前的伊拉克危机来说，其本质也就是为了争夺一种传统能源——石油而引起的国际争端。因此，开发新型能源已经成为各国政府重点投资和研究的课题。 所谓新能源是指目前尚未被大规模利用、有待于进一步研究试验和系统开发利用的新型能源，是相对于化石能源，如石油、煤炭和天然气等传统能源所不同的能源。新能源主要包括太阳能、氢能、生物质能、风能、地热能、核能和海洋能等，它们在自然界中不断生成并有规律地得到补充，且能周而复始地运转。但这些新能源往往需要经过二次转换或特殊输运才能直接利用。 纳米技术和纳米材料的出现，为新能源的研究开发提供了前所未有的新前景和新思路。纳米粒子由于比表面积大、表面能高而成为制备新能源的主要研究方向之一。纳米新能源就是利用纳米技术对已有的含能材料进行加工处理，使其获取更高的能量，例如纳米铁粉、纳米铝粉、纳米镍粉等；或者是利用纳米技术对新能源进行转化、利用，如燃料电池利用纳米技术将太阳能、氢能转化为人们日常生活可以直接利用的能源等。这种含有纳米粒子的新能源复合材料，我们统称为纳米新能源复合材料，如储氢碳纳米管、纳米金属粉复合材料等。 1.2.6ＢＰ国际能源投资中国 通过为客户运输燃料、提供光热能源以及零售油品等服务，ＢＰ等国际能源巨头正离中国老百姓的日常生活越来越近。中国市场也越来越受到国际能源巨头们的青睐。 BP（英国石油）等国际上的大石油、石化巨头，通过与中国大型石油、石化企业合作，在中国的业务范围已经从上游的勘探开发到下游各类石化产品的生产，覆盖了石油石化行业的整个产业链。目前BP在华经营的主要业务包括天然气的生产和进口，航空燃油供应，液化石油气的进口及营销，加油站零售业务，润滑油的生产和销售，太阳能发电装置，化工合资企业及化工技术转让。 据BP驻中国机构有关负责人介绍，在油气勘探与生产领域，BP最早在南黄海开展石油勘探。此后，BP陆续投资超过20亿美元，与中国企业在海上和陆上共同勘探石油天然气资源。目前BP在中国拥有海上天然气田南海的崖城气田。 在下游零售业务领域，BP通过与中国两大石油公司——中石油和中石化合作，将在浙江和广东收购、建设和运营共1000座加油站。目前，中油BP已建成了一个拥有近400座合资加油站的营销网络。BP与中石化在浙江省正联手建设100多座合资加油站。 通过合并收购，BP已经在中国建立起了自己的液化石油气进口和销售地位。2001年ＢＰ以独家外国伙伴的身份，获得在广东的中国第一个液化天然气进口终端站30%的股权。目前BP在东南沿海拥有9个液化天然气企业，总投资额超过2.5亿美元。 BP自1991年开始涉足航空燃油供应，是目前唯一参与中国航空油料业务的外资企业。通过公司在华的两个航空燃油合资企业——深圳承远和蓝天公司，BP为国内16个机场提供航空油料服务。 BP润滑油目前的销售网络也已经覆盖170余个主要城市。此外，BP在中国还有发电业务。 1.3 能源环境与绿色“GDP”增长的关系 1.3.1能源与经济增长的关系 能源是经济的命脉，人类社会对能源的需求，首先表现为经济发展的需求。反过来，能源促进人类社会进步，首先表现为促进经济的发展。而经济增长则是经济发展的首要物质基础和中心内容。 1.3.1.1经济增长对能源的需求 1973年爆发的“石油危机”，是人们关注能源与经济增长关系研究的直接动因。能源的长期稳定供给已经成为全球性的敏感问题和各国制定能源政策的基点。 经济增长对能源的需求首先或者最终体现为对能源总量需求的增长。 主要有三种情况。 (1)经济增长的速度低于其对能源总量需求的增长，即每增加一个单位的GDP所增加的能源需求量，大于原来每一单位GDP的平均能耗量。 (2)经济增长与其对能源总量需求的增长同步，即每增加一单位GDP所增加的能源需求量，等于原来单位GDP的平均能耗量。 (3)经济增长的速度高于其对能源总量需求的增长，即每增长单位GDP所增加的能源需求量，小于原来单位GDP的平均能耗量。 这三种情况是在人类社会发展的历史上都曾经出现过，而且在当今世界的不同国家也同时并存。到目前为止，经济增长的同时保证能源总量需求下降的仅属个别的特殊情况。它不足以影响对这样一个基本规律的确认，即一般情况下，能源消耗总是随着经济增长而增长，并且在大多数时期基本上存在一定的比例关系。但是，最近一些专家提出了“新能源经济”概念。所谓“新能源经济”是指在保证经济高速增长的同时，能保持较低能源消耗的一种经济类型。 1.3.1.2能源在经济增长中的作用 长期稳定的能源供给之所以受到各国的普遍关注，从根本上说，在于经济增长的实现程度取决于其对能源需求的满足程度。能源是经济增长的推动力量，并限制经济增长的规模和速度。具体来说，能源在经济增长中的作用主要表现在以下几个方面。 (1)能源推动生产的发展和经济规模的扩大 投入是经济增长的前提条件。在投入的其他要素具备时，必须有能源为其提供动力才能运转，而且运转的规模和程度也受能源供应的制约。物质资料的生产必须要依赖能源为其提供动力，只是能源的存在形式发生了改变。从历史上看，煤炭取代木材，石油取代煤炭以及电力的利用，都促进生产发展走人一个更高的阶段，并使经济规模急剧扩大。 (2)能源推动技术进步 迄今为止，特别是在工业交通领域，几乎每一次的重大的技术进步都是在“能源革命”的推动下实现的。蒸汽机的普遍利用是煤炭大量供给的条件下实现的；电动机更是直接依赖电力的利用；交通运输的进步与煤炭、石油、电力的利用直接相关。农业现代化或现代农业的进步，包括机械化、水利化、化学化、电气化等同样依赖于能源利用的推动。此外，能源的开发利用所产生的技术进步需求，也对整个社会技术进步起着促进作用。 (3)能源是提高人民生活水平的主要物质基础之一 生产离不开能源，生活同样离不开能源，而且生活水平越高，对能源的依赖性就越大。火的利用首先也是从生活利用开始的。从此，生活水平的提高就与能源联系在一起了。这不仅在于能源促进生产发展为生活的提高创造了日益增多的物质产品，而且依赖于民用能源的数量增加和质量提高。民用能源既包括炊事、取暖、卫生等家庭用能，也包括交通、商业、饮食服务业等公共事业用能。所以，民用能源的数量和质量是制约生活水平的主要基础之一。 1.3.1.3能源与经济增长评价 能源与经济增长的一般关系是通过数量关系反映出来的。因此，对数量关系的评价在能源与经济增长关系的研究中具有极为重要的意义。目前，国内外比较通用的评价方法是能源消费弹性系数法。 (1)能源消费弹性系数的概念及计算方法 能源消费弹性系数分析方法是一种宏观的计量经济分析方法。该方法就是把能源消费量与经济增长定量地表示出来，以考察二者关系的一般发展规律。 能源消费弹性系数的概念及计算方法如下。 能源消费弹性系数表示能源消费量增长率与经济增长之间的比例关系。它的数学表达式为 （1-1） 式中e——能源消费弹性系数； E——前期能源消费量； dE——本期能源消费增量； G——前期经济产量； dG——本期经济产量的增量。 为了考察不同时期能源消费弹性系数的变化情况，需要根据式(1—1)进行具体计算。目前，国际上普遍采用的计算方法是平均增长速度方法，也叫几何平均法。具体计算方法如下。 设α和β为考察期能源消费平均增长率和经济产量平均增长率，则 (1—2) (1—3) 式中，t和t0分别代表终期年和基期年；Et和E0分别代表终期年和基期年能源消费量；Gt和G0分别代表终期年和基期年经济产量。这样，式(1—1)就转换为 (1—4) 式就是按平均增长速度法或几何平均法计算能源消费弹性系数的基本表达式。 (2)指标选择及其意义 作为宏观分析方法，能源消费弹性系数是可以根据研究问题的需要而选择适当指标的，只要分子和分母为统一范围或对称即可。由于选择的指标不同，表达的含义也就不同。目前采用比较多的大体上有三类。 ①总量或全局性指标。这是考察能源消费弹性系数最主要的指标，其意义在于完整地表示能源消费增长与经济增长的关系。根据分子的选择不同，又可分为一次能源消费弹性系数和电力消费弹性系数两种。 a．一次能源消费弹性系数。一般又简称为能源消费弹性系数。换句话说，能源消费弹性系数通常是指一次能源消费增长与经济增长的关系。一次能源的范围仅限于商品能源。目前，发达国家非商品能源在一次能源中所占的比重甚小，可以忽略不计，因为可以用能源总量来表示。但在发展中国家，非商品能源所占比重还是比较大的。因此，有人不赞成用商品能源作为反映发展中国家能源消费弹性系数的指标。但是考虑到发展中国家目前的情况是发达国家历史上曾经经历过的，考察发达国家历史情况时采用的也是商品能源指标。另外，经济增长事实上说的是商品经济的增长，并不包括非商品经济。所以，采用商品能源的指标是具有科学性和可比性的。与能源消费总量相对应，分母应选取反映经济增长的综合指标。 b．电力消费弹性系数。一般都采用发电量指标。与其相对应的则可根据研究问题的需要灵活选择。例如，电力与经济增长的关系应选择与能源消费弹性系数相同的指标，电力与工业生产的关系应选择工业总产值指标等。 ②部门或地区指标。能源消费弹性系数也适合于分析某一部门或行业或某一地区能源消费与经济增长的关系。这样，只需把系数的分子和分母相应调整为该部门或该地区能源消费增长率和增长指标就可以了。 ③人均指标。目前，还常常采用人均能源消费弹性系数指标来表示一个国家或地区能源消费与经济增长的关系。它的优点是把人口增长因素也考虑进去，特别是进行国际比较时。人均能源消费弹性系数是人均能源消费量与人均产值的比例关系，可用以下数学表达式来表示 (1-5) 式中，F和dF分别代表前期人均能源消费量和本期增量。N和dN分别代表前期人均产值和本期增量。其计算方法与式(3—4)相同。 (3)几何平均法的缺陷及弥补 在实际生活中，能源消费逐年增长率并不是相等的，经济增长率也是如此。因此，能源消费弹性系数在大多数年份也不是平均值。但几何平均法计算的能源消费弹性系数，只考虑初始年t。和期末年t的数据，由此产生了两个问题：一是初始年和期末年的选择会对弹性系数产生影响；二是不能反映中间年份的实际情况是如何变化的。为了弥补这个缺陷，通常要用能源消费的“增长三角形”和经济增长的“增长三角形”以及在这两个“增长三角形”基础上汇总的“能源消费弹性系数三角形”表示。 1.3.1.4经济发展与能源消费的基本规律 (1)经济发展与能源消费基本规律建立的数据基础经济发展、人口、能源等基础数据是能源消费基本规律建立的基本依据。讨论这些数据的来源，甄别它们的准确性，判定其可靠程度和即时性，对于科学地总结经济发展与能源消费的基本规律至关重要。 ①国内生产总值(GDP)数据。从全球角度分析经济发展与能源消费的基本规律，需要有一个能够有效对比各个国家实际经济发展水平(GDP或GNP)的统一货币尺度。也就是说衡量各个国家的GDP水平既无法使用各国不变价格的本币，也不能沿用受控于政府的不变价格汇率。倘若以各个国家自行确定的汇率计算GDP，那么世界各国的GDP很难互相比较，如2000年我国GDP总量为9977.265亿美元(中国政府公布的数据)，排在美国、日本、德国、英国和法国之后，位居世界第六位[图1-5(a)]，如果根据世界银行以可比价格(Purchasing Power Parity，简称PPP)计算各国的GDP，则我国GDP总量为4.8万亿美元，列世界第二位正图1-5(b)]，两个数据相差近5倍。众所周知，本币对美元的汇率由各国政府视国内外经济情况而定，并非实际价值的体现。亚洲发生经济危机期间，中国政府曾以一个负责任的大国承诺人民币不贬值实际上就说明了这个道理。因此，根据各个国家自行确定的汇率计 图1-5 部分国家汇率GDP与PPP比较 算的GDP很难在全球的尺度上客观地评估不同国家实际国内生产总值的多少及其水平的高低。国际货币基金组织和世界银行通过国际对比项目研究建议提出的以可比价格折算的国际元(PPP)，鉴于国际元给出的时间尺度相对较短，以下的分析将采用盖凯美元作为国家间经济发展水平对比的指标，并利用《世界经济200年回顾》1995年版本和《世界经济1000年回顾》最新版本(2001年)提供的以盖凯美元表示的世界主要国家 GDP和人均GDP数据，作为国家间经济发展水平对比的基础。尽管由于国家经济水平的差异、价格体系的不同，特别是市场经济不完善的国家，要准确评价其GDP水平实在很难，但是与PPP给出的数据对比研究表明(表1-5)，盖凯美元给出的可操作和可比的货币系统是可靠和可行的。 表1-5 一些国家GDP水平的三种表示方法及对比(2000年) (U以盖凯美兀表不的中国GDP数据是按Maddisonl995年所著的《世界经济200年回顾》和 2001年所著的《世界经济1000年回顾》两版中中国GDP数据的平均值。 ②人口数据。运用人均GDP、人均资源量和人均社会财富积累程度需要掌握世界及各个国家人口的历史数据及未来趋势。本章节中所使用的人口数据来自于联合国经济和社会事务发展署(UNESD)人口局、联合国世界资源研究所(WRl)和美国中央情报局(CIA)2000年网上发布的最新资料。鉴于这些来自于不同部门的数据相差甚微，选取具有权威性的联合国经济和社会事务发展署人口局提供的数据，作为统计分析的基础。 1.3.2能源与环境问题 我国新能源与环境发展的总体格局是：新能源工业的发展以煤炭为基础，以电力为中心，大力发展水电，积极开发石油、天然气，核电，因地制宜开发新能源和可再生能源，依靠科学进步，提高能源效率，合理利用能源资源，对传统煤炭的开采利用向环境无害化方向转变，开发洁净煤技术以减少环境污染。 我国终端能源消费结构中，电力占终端能源的比重明显偏低，1998年一次能源转换成电能的比重只有32.6％；1997年人均生产用电101.4kW.h，约为美国消费量的2％，至今仍有5 000万人尚未用上电。从能源结构上可以看出，我国能源环境问题与世界主要国家的主要问题有一定差别。其根本在于石油使用导致的污染与煤炭导致的污染的主要差别。我国能源利用所导致的主要环境问题是：煤炭开采运输污染，燃煤造成的城市大气污染和农村过度消耗生物质能引起的生态破坏，还有日益严重的车辆尾气的污染等。 1.3.2.1以煤炭为主的能源结构及其影响 我国能源工业发展较快，是世界第二大能源生产大国。我国是世界上以煤炭为主的少数国家之一，与当前世界能源消费以油气燃料为主的大部分国家的基本趋势和特征有区别。1997年我国一次能源的消费构成为：煤炭占73.5％，原油占18.6％，天然气占2.2％和水电占5.7％。煤炭高效、洁净利用的难度远比油、气燃料大得多。而且我国大量的煤炭是直接燃烧使用，用于工业锅炉、窑炉、炊事和采暖的煤炭占4703％，用于发电或热电联产的煤炭只有38.1％，而美国为89.5％。 对环境的影响最典型的是煤炭开采，包括开采对土地的损害、对村庄的损害和对水资源的影响。据不完全统计，迄今为止平均每开采1万吨煤炭塌陷农田0.2公顷，平均每年塌陷2万公顷。采空区还会塌陷(平面区为每吨煤2m2)。我国约人均(直接间接)年耗煤1t，所以五口之家所需煤如采自平原就每年塌陷lm2。至今在产煤区土建施工时还会遇到不知何朝代挖开的小坑道，需要填埋补救。 燃料燃烧导致温室气体排放的增加，空气污染。燃料(煤、石油、天然气等)的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤是主要的工业和民用燃料，它的主要成分是碳，还含有氢、氧及少量的硫、氮及金属化合物。燃烧时除产生大量尘埃外，在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、硫氧化物(SO2、少量S03)、氮氧化物(NO、NO2)、烃类有机物等有害物质。其中一部分属于不完全燃烧产物如一氧化碳、碳粒等。另一部分则属于完全燃烧产物如二氧化碳、二氧化硫等。由燃烧排放到大气的污染物的数量是相当可观的。 我国是世界上少数几个污染物排放量大的国家之一，根据历年的资料估算，燃烧过程产生的大气污染物约占大气污染物总量的70％，其中燃煤排放量则占整个燃烧排放量的96％。据我国环保系统1981～1983年的统计，3年里，由于燃烧等原因排放出的二氧化硫分别为1421.4万吨、1327.4万吨和1256.8万吨，工业粉尘排放量1982年为1346万吨，1983年为1045万吨；烟尘的排放量三年分别为1519.1万吨、l413.2万吨和1334.1万吨。按1983年102495万的人口计算，1983年人均工业粉尘排放量为10.22kg、二氧化硫为12.26kg，烟尘为13.02kg；2001年，国家继续加大经济结构调整和环境保护工作的力度，污染物排放总量进一步得到控制，在国内生产总值比上年增长7.3％的情况下，全国各项主要污染物排放量均控制在2001年国家年度计划指标之内。2001年，全国废气中二氧化硫排放量1948万吨，比上年减少2.4％。其中工业二氧化硫排放量为1567万吨，占二氧化硫排放总量的80.4％；生活二氧化硫排放量381万吨，占二氧化硫排放量的19.6％。烟尘排放量1059万吨，比上年减少9.1％。其中工业烟尘排放量841万吨，比2000年减少了11.8％；生活烟尘排放量218万吨，占烟尘排放总量的20.6％。工业粉尘排放量991万吨，比上年减少9.3％。 我国大气环境质量的突出问题是以粉尘和二氧化硫为代表的煤烟型污染，其规律是北方重于南方，产煤区重于非产煤区，冬重于夏。从全国五十多个城市内大气监测分析，我国大气中颗粒物污染具有普遍性，且污染较重。颗粒物全年日平均浓度北方城市为0.93mg／m3，多数超过国家三级标准(0.50mg／m3)；南方城市0.41mg／m3，一般接近或超过二级标准(0.30mg／m3)。与国外相比，污染水平超过数倍，这种情况与我国能源结构有直接关系。我国在今后相当长时间内的能源结构仍以煤为主，大气颗粒物不仅本身携带多种无机和有机污染物会产生严重污染，而且它还是引起多种大气二次污染现象(如酸雨)的重要媒介。 1.3.2.2生物质能的利用与生态的破坏 生物质能是中国广大农村能源的主要来源，以薪柴为主，秸秆等农作物为辅。中国80％以上的人口生活在农村，日常生活中，像植物根茎和木柴等生物质能是主要的燃料。我国生物质能资源主要包括薪材、秸秆、畜类和垃圾。 (1)薪材通常指薪炭林产出的薪柴和用材林的树根、枝丫及木材工业的下脚料，但由于我国一些地区农民燃料短缺，专门用作燃料的薪炭林太少，所以常用材林充抵生活燃料，这就属于“过耗”，近年过耗现象已趋减少。90年代末，我国每年消耗薪材约为2.1亿立方米，折1.2亿吨标准煤，其中过耗约0.2亿～0.3亿吨标准煤。 (2)秸秆在我国每年有6亿吨实物量，用于燃料的占25％～30％，折0.75亿吨标准煤。近年由于农村居民收入增加，改用优质燃料(液化气、电炊、沼气、型煤)的家庭达6 000多万户，各地均出现收获后在田边地头放火烧秸秆的现象，造成资源浪费、环境污染、妨碍正常交通等严重问题。 (3)牲畜粪便除青藏一带牧民用其直接燃烧(炊事、取暖)外，更多的是将这种生物质资源制作有机肥料，或经厌氧酵取得沼气(能源)后再做有机肥料。现在我国每年饲养牛约1.1亿头，生猪4.5亿头，可收集利用的畜粪约为8.2亿～8.4亿吨，折7000多万吨标准煤。但这是理论数字，实际可得到的能源量不会这么理想。 (4)将垃圾视为生物质能源，是因为中国的生活垃圾约有1／3是有机物(厨房剩余物、纸品、草木纤维等)，无机物(炉灰、塑料、玻璃、金属等)将随着我国城市化率、煤气供应率和集中供暖率的上升而减少，城市垃圾的有机质比重将迅速上升。据环卫部门估计，2000年我国城市生活垃圾总量约1.5亿吨。现在我国每年作为燃料消耗的生物质资源约2亿吨标准煤。 在许多生物质资源和水资源极度匮乏地区，农牧民的生活燃料一天也不可缺少，因此就出现了这样的过程：树砍光了就割草当柴烧，草割光了就挖树根、草根，寻找一切可燃物做饭。对农牧民来说这已是一种困窘和无奈；对国家来说，广大沙漠边缘地区、荒漠化地带，植被就这样被“连根拔掉”了。内蒙古西部的阿拉善旗，其面积比浙江省还大，近10年来由于弱水河断流，加之人为过度使用草场，致使域内著名的居延湖干涸，草原变为荒漠，风吹沙扬，今年多次沙尘暴的源头就在那里。 中国许多主要林区，森林面积大幅度减少，昔日郁郁葱葱的林海已一去不复返。全国森林采伐量和消耗量远远超过林木生长量。若按目前的消耗水平，绝大多数国营森林工业企业将面临无成熟林可采的局面。森林赤字是最典型的生态赤字，当代人已经过早过多地消耗了后代人应享用的森林资源。近十多年来，我国森林覆盖率虽然逐年增加，但同期有林地单位面积蓄积量却在下降；生态功能较好的近熟林、成熟林、过熟林不足30％。我国90％的草地存在不同程度的退化，沙化土地发展年速度由20世纪80年代中期的2 100平方公里发展至90年代末的3436平方公里，水土流失面积大。 1.3.2.3能源与资源利用率低导致的环境问题 我国能源从开采、加工与转换、储运以及终端利用的能源系统总效率很低，不到l0％，只有欧洲地区的一半。通常能源效率约为30％，比世界先进水平低约10个百分点。我国能源强度远高于世界平均水平，1994年我国GDP能耗(kgce／美元)为2．04，工业发达国家(IEA)平均为0.3。1998年，我国供电煤耗为404gce／kW.h(kgce—千克标准煤)，约比世界先进水平高70～80gce／kW.h。 我国经济增长是在大量消耗资源的基础上的，而国内的能源资源情况让我们在面对惊人的消费增长速度时捉襟见肘。例如，1983年中国成品钢材消耗量仅为3000多万吨，2003年，中国的钢材消费量已经达到大约2.5亿吨，20年增长了日倍，接近美国、日本和欧盟钢铁消耗量的总和，约占世界总消费量的40％；水泥消费约8亿吨，约为1983年的8倍，约占世界的50％；电力消费已经超过日本，居世界第二位，仅低于美国。未来一个时期，中国的产业结构仍然处于重化工主导的阶段，高能耗、高污染产业仍然具有高需求。 我国仍然处于粗放型增长阶段，能源利用率很低。例如，以单位GDP产出能耗表征的能源利用效率，我国与发达国家差距非常之大。以日本为1，意大利为1.33，法国为1.5，德国为1.5，英国为2.17，美国为2.67，加拿大为3.5，而我国高达11.5。我国的耗能设备能源利用效率比发达国家普遍低30％～40％。每1000美元GDP排放的二氧化硫，美国为2.3kg，日本为0.3kg，而中国高达18.5kg。从资源再生化角度看，我国资源重复利用率远低于发达国家。例如，尽管我国人均水资源拥有量仅为世界平均水平的四分之一，但水资源循环利用率比发达国家低50％以上。资源再生利用率也普遍较低。我国即将进入汽车社会，大量废旧轮胎形成环境污染会不断上升。而我国的废旧轮胎再生利用率仅有l0％左右，远低于发达国家。 1.3.3能源资源制约“GDP”增长 根据英国石油（BP）各年发表的世界能源统计年报的研究结果，世界各种化石能源资源的探明储量和按照当时的开采速度计算所得的储采比R/P情况大致是：石油不足50年，天然气不到60年，煤炭约为240年。而根据1992年世界能源会议的估计，到2020年，世界化石燃料资源的供求量按标准油计算如下：世界石油总的资源保有量约2000亿吨，累计需求为1000亿吨；天然气总的资源保有量约2200亿吨，累计需求为680亿吨；煤炭总的资源保有量约34000亿吨，累计需求为850亿吨。近年已经呈现一种很不乐观的发展趋势，即需求量的增长明显快于资源保有量的增长，化石能源资源供需情况则更加严重。 从资源保有量和需求量来说，相对于世界其他地区，我国油、气和煤炭资源都不容乐观，且结构不合理。只有水能资源相对其他地区存在优势，约占世界经济可开发量的30%。这是我国一次能源的重要现实，另外，我国能源资源还存在短缺与浪费并存的问题。一方面，极为短缺的能源资源过度开采和使用，另一方面，一旦开发便可以长期发挥效能、甚至永远使用的清洁能源资源——水能的开发利用却非常的低。 1.3.4我国是能源浪费最严重的国家 当前，建设节约型社会的呼声日渐高涨，但人们往往只关注日常生活中的节水、节电等方面的问题，较少关注生产方面由于不恰当的组织而导致的不合法生产、过剩生产、高能耗生产等造成的浪费；忽视由于投资失误、决策失误而导致的低水平重复建设。而正是这些“浪费”，消耗了大量的社会资源，是建设节约型社会的最大障碍。 在我国经济快速增长的同时，各类资源的消耗也惊人地高。2004年，国家统计局统计科学研究所的专家们通过大量的对比分析，得出了一个让人们触目惊心的结论：我国是世界上生产成本最高的国家之一。 以2001年为例，我国单位产出能耗比单位产出能耗较高的美国高出2.3倍，比单位产出能耗较低的日本高出5.1倍，比韩国、马来西亚、泰国、巴西等中等收入国家的平均水平高出58%。钢铁消耗代表了一个国家的资源消耗水平，根据国家统计局的这份研究，我国单位产出的钢铁消耗是美国等发达国家的9倍，是印度、巴西、俄罗斯等国家的两倍以上。 2003年我国国内生产总值不到世界的5%，但煤炭消耗约占世界的30%，电力消耗占13%左右，钢材消耗占25%，水泥约占50%。 我国是世界上单位生产成本最高的国家之一，从另一个角度说，也就是世界上生产过程中浪费最严重的国家之一。 我国单位资源投入产出如此之低，一方面说明我国经济结构中重工业比重仍然较高，产业结构落后；另一方面也说明大量的资源作为生产原材料和制成品，被白白浪费掉了。 1.3.5我国节能降耗任重道远 我国中间能源需求总量相对于发达国家来说是较小的。但是，中间能源应用的效率，即单位GDP的能耗却远远大于发达国家。在各个主要工业门类中，如钢铁、水泥、合成氨，以及乙烯、平板玻璃等，我国单位产品能耗与发达国家生产同类产品的能耗都要高出50%。 同时，我国的相关政策和技术标准，对于产品能耗的降低缺乏必要的要求，更不用说强制措施了，因此，企业缺乏节能降耗的动力，这种政策导向，甚至是一些外资向我国转移高能耗产品的因素。所以，在生产资料领域里的能源消费政策就应当起到这样的作用：要求我国的企业不断探索新技术，降低单位产品的能耗，降低产品的成本，提高竞争力。 值得注意的是，改革开放以来，农村的能源消费水平提高不大。但随着农村的加速发展，能源消费一定会有一个快速增长时期，这必然会加重我国能源供求之间的矛盾。 1.3.6创新与节能是“十一五”规划中产业的主旋律 在“能源危机”席卷世界的今天，能源消费正以惊人的速度增长。根据我国国情，节约能源已成为当前的一项迫切任务。据统计，1990年我国建筑耗能1.13亿t标准煤，占全国能源消费总量的11.5，至2000年将增至1.79亿t标准煤，所占比例将上升至13.1建筑节能(包括结构构造、材料选型、设备系统、自动控制等)一直是我国节能工作的重要组成部分，它涉及从规划设计到使用管理的许多方面，节能建筑投入少、产出多，因此，重视和研究建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急。 2005年12月7日，中国政府公布了两个重要文件。一个是国务院颁布的《关于发布实施促进产业结构调整暂行规定的决定》（以下简称《暂行规定》）；另一个是国家发展和改革委员会配套发布的《产业结构调整指导目录》（以下简称《指导目录》）。 这两个文件，实际上在描绘着中国产业经济新的5年蓝图：去年作为“十一五”开局的2006年正是产业结构的调整年，在2006开局调整的引导下，“十一五”期间的中国产业将发生质的变化。 1.3.2.1创新与节能 让“十一五”期间的中国产业发生良性质变的因素，来源于国家下定决心要进行的产业结构调整政策。通过12月1日召开的中央经济工作会议中传递的政策信息可以看到：2006年起，中国产业经济的发展重心是调整结构，而调整产业结构的核心手段和直接目的是创新与节能。 产业结构调整是中国经济一直高唱的主旋律，但效果并不理想。在“调整结构”的口号下，出现了国外品牌商品越来越多，资源消耗越来越大，环境破坏越来越严重的局面。这些实际上都是没有把科学发展观落到实处的表现。 中国经济过去太缺乏数量与规模，一旦数量与质量、规模与效益出现冲突时，我们的利益既得者就会放弃质量与效益，转而片面追求数量与规模。于是，体现数量规模的GDP成了宏伟政绩的代名词，体现城市繁荣的招商引资成了经济活跃的附属物。显然，在物质相对匮乏的经济转型初期，经济规模应该是产业发展的最大指标。 由此而带来的副作用已经在这几年的经济和社会生活中反映出来了。虽然改革开放20多年来，中国经济总量一直以接近于两位数的速度在增长着，但经济质量和效益却出现了下滑的迹象。特别是由于自主创新能力差、单位能耗大，中国经济开始渐渐显现出畸形发展的状况。 能耗水平高综合效益低 首先是与发达国家相比，中国能源效率水平依然偏低。以单位国内生产总值（GDP）能耗为例，每百万美元能耗，我国为1184吨标准煤，比目前世界的平均水平高2.2倍，比美国、欧盟、日本和印度分别高2.3倍、4.5倍、8倍和0.3倍。 从单位产品能耗与通用耗能设备的能源效率看，我国能源效率偏低的状况就更加突出。按照有关部门的研究分析，我国电力、建材、化工等8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%。我国长期以来追求经济高增长、低通胀运行，导致国内各种资源价格被人为压低，粗犷式的增长方式导致资源利用效率低下、高污染工业不断重复建设。 其次是产业结构中拥有自主知识产权的产业和产品比重越来越小。目前中国对外技术依存度高达50%，设备投资60%以上依靠进口，科技进步的贡献率只有39%左右。所谓“中国制造”主要还停留在组装业上。即便是引进国外先进技术，我国企业用于技术引进与消化吸收的投入之比仅为1：0.078，而日本和韩国的这一比例则为1：5以上。十六届五中全会公报关于自主创新的长篇论述曾给人们留下了深刻的印象。近年来，在经济快速增长的同时，多数领域由于我们没有掌握核心技术而在国际产业分工中仍处于低端位置。我们一直提倡科学技术是第一生产力，但是经过20多年的发展，我们在这一方面做得并不到位。 由此可见，我们这些年费尽心机的高速增长实际上是付出了极大的能耗成本和承担了极大的技术安全风险的。“十一五”规划建议中指出，实现中国经济增长方式根本转变，最重要的就是大力推进科技进步和创新，提高产业结构的层次，以自主创新提升产业技术水平，并重视节能增效。 1.3.2.2调整产业结构的手段和目的 这次国家适时推出产业结构调整的《暂行规定》和《指导目录》，实际上就是通过“一增（增加自主创新力度）”和“一减（减少能源消耗）”来切实做到产业经济的良性发展。这也与“十一五”规划建议中提到的重点扶持发展“新能源、新技术、新设备制造”等为主题的产业是一致的，而这个长期趋势将会逐渐成为我国经济发展的主导动力之所在。 在这次公布的《暂行规定》和《指导目录》中我们可以发现，凡是拥有自主知识产权、资源利用效率高、污染少的产业项目，就会得到国家的鼓励与支持；凡是技术对外依存度高、耗能高、污染重的产业项目，都将在调整中被逐步淘汰。这些明确指向具体产业项目的《指导目录》，已经让“创新与节能”的理念俨然走向产业发展的前台。 2007年是决定中国产业经济走向的关键年。从2006年开始，中国经济能否实现结构调整，中国的产业经济能否持续、协调地发展，就要看我们能否把“创新与节能”的产业主旋律真正唱响，而不仅仅是停留在口号上。在市场经济条件下，创新和节能优先并不完全能够自动落实，因此，如果不切实采取全面而强有力的政策措施，可持续发展的产业调整战略就难以实现。 好在“十一五”规划建议已经为我们指明了政策走向，我们可以由此在科学研究与分析的基础上，建立可持续的创新与节能发展规划体系，明确实现自主创新和降低能耗的目标和路径，从而真正落实协调、可持续的产业经济发展观 1.3.7 未来15年我国将投资1.5万亿元发展可再生能源 为应对日益加大的资源和环境压力，实现可持续发展，中国政府规划到2020年，把可再生能源占一次能源供应的比重，从目前的7％提高到15％左右。为实现这一目标，未来15年，中国全社会大约需要投资1.5万亿元。中国政府将进一步支持可再生能源的开发利用，把可再生能源发展作为增加能源供应、调整能源结构、保护环境、消除贫困、促进可持续发展的重要措施。 根据发展改革委初步完成的《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，力争使可再生能源发电装机在总装机容量的比例达到30％以上。其中，水电总装机容量将达到2.9亿千瓦，开发程度达到70％左右，风电达到3000万千瓦，太阳能发电达到200万千瓦。可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等，是自然界中可以不断再生、永续利用的资源。发展可再生能源可降低对煤炭、石油等化石能源的过分依赖，同时减少对环境的压力。中国将加快发展和积极推进技术成熟和基本成熟的可再生能源，使其尽快成为具有竞争力的商业化能源。作为世界第一大太阳能热水器使用国，中国规划到2020年，太阳能热水器总集热面积达到3亿平方米，年替代化石能源约4000万吨标准煤；继续在农村推广沼气，到2020年沼气年利用量达到240亿立方米；积极发展以能源作物为主要原料的生物质液体燃料，到2020年达到年替代石油1000万吨的能力。目前，中国的可再生能源利用正以年均超过25％的速度发展。最新统计显示，中国水电装机容量已达1.08亿千瓦，占全国装机容量的四分之一；太阳能热水器集热面积6500万平方米；沼气年利用量50亿立方米，改善了1400万农户的生活用能条件；太阳能光伏发电6.5万千瓦，解决了700多个乡镇、约300万偏远地区人口基本用电问题。 1.4 能源环境和安全与和谐社会全面发展的关系 1.4.1美国与欧盟推进环境技术开发应用新动向 1.4.1.1环境技术发展无限 随着世界经济的发展和人们生活水平的提高，环境质量愈来愈引起广大公众的注意，随之而来的是对环境问题的更加敏感和环境保护运动的风起云涌，环保和可持续发展的观念逐步深入人心，环保意识创造了新的市场需求，环保产业的兴起和发展成为大势所趋。二十一世纪是绿色经济的时代，也是环保产业的时代，依照环保产业的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和规律运行，是任何一个产业生存与发展的必然前提。全球产业结构调整，出现了资源利用合理化、废物产生减量化、对环境无污染和少污染的发展趋势和消费者的绿色消费偏好。 这种发展取向，决定了环境技术具有广阔的发展前景和巨大的市场需求。现有环境技术已经减少了很多对环境的影响，但新技术和更有效的办法始终是需要的。发展到今天，欧盟、美国继续关注对环境无害的所有技术，如污染管理技术（如大气污染控制、废弃物管理）、低污染、低资源密集型产品与服务、更有效管理资源的措施（如供水、节能技术）。环境技术遍及一切经济活动，通过减少能源和资源消耗达到降低成本、提高竞争能力的目的。这些潜在利益对于发展中国家至关重要。我们可以从欧盟、美国近两年的举措中获取一些经验。 1.4.1.2.欧盟的行动 （1）欧洲消费者越来越关注环境与健康问题。鼓励消费者购买绿色产品使得环境标准更加严格，环境技术使一些行业增加竞争能力（如发电、光电、风能、水工艺与处理），欧盟正成为一个领头的制造商和输出商。 （2）2004年5月十个新成员国的加入将为环保技术的开发和产业的发展带来更多的投资。这些国家正在进行经济现代化，努力适应欧盟的环境、健康和安全标准，单单符合环境标准就需花费€50～80。这一切为环境技术创造了一个巨大的市场空间。 （3）在欧盟已经制订的第六个环境行动计划中，已经就经济增长、防止环境衰退制订了整体目标。发展和更好地利用环境技术将有助于增加欧洲的竞争能力、开启潜在市场、创造新的就业机会。到2010年欧盟将增加占3%GDP的经费用于研究与技术开发，这将使更多的环境技术被用于市场。并使得欧洲可以在绿色产品与绿色工艺上开发一个领先市场。“研究、技术开发和展示”第七个框架计划（2006-2010）也将为环境技术的进一步开发提供机会。在实施过程中可以充分利用早期框架计划的成果、其他欧盟政策、创新举措，如欧洲投资银行“创新2010”、生物技术策略、eEurope 和创新行动计划。这一切都为将环境技术融入到投资决策中提供了良机。 （4）欧洲委员会2004年1月28日制订的环境技术行动计划（Environmental Technologies Action，ETAP）旨在鼓励尽一切可能减少对自然资源的压力，提高欧洲市民的生活质量，刺激经济增长。该项计划很好地完善了欧盟可持续发展战略，遵循了里斯本战略，也将有利于发展中国家采纳。欧盟在各项投资中鼓励选用先进的环境技术，并作出相应目标决策，这些措施将进一步拓宽市场、降低成本，要求委员会、成员国或研究团体、组织、工业、社会共同来完成。 该计划目的： ①去除障碍，全方位发展环境技术，保护环境，促进可竞争性和经济增长； ②确保将来欧盟在发展中国家及环境技术应用方面起领头作用； ③动员一切力量支持这个计划。 为了更好地实施这项行动计划，欧盟研究了环境技术从研发到市场、提高市场运作条件、全球行动的三个关键点。 随着世界范围的经济增长和对自然资源的压力，现有的技术不再能够保障可持续发展需求。因此该行动计划提出吸引更多的私有和公共投资用于环境技术的开发和演示，鼓励创新工艺，将发明创造从实验室带到市场。欧盟采取了两大创新行动：建立技术平台；建立测试网络，目的想了解如何建立私有/公共合作关系，怎样使研究更贴近市场。技术平台就是将所有感兴趣商集中起来，建立长期合作关系开发和促进特定技术或解决特定问题。欧盟决定2004年上半年建立两个氢、燃料电池和光电池的环境技术平台。2005年初将建立供水、卫生技术平台。这些技术平台建立在具有明显的环境、经济和社会效益的项目上。 对环境技术进行测试将有利于验证创新技术的性能，保护人体健康和环境安全。建立测试网络将使信息一致、可比较、评价参数可靠。 1.4.1.3美国的行动 美国在环境技术方面也有很好的新举措，体现在以下两个方面： （1）产学研大联合 为了使能源效率最大化，更有效地使用化石燃料和传统生物能源，增加使用可再生能源，2003年8月28日美国将环境、产业界、大学和政府组织联合起来形成美国东北部创新集团（the Northeast CHP Initiative），使清洁、可靠、能源有效的电力与能源系统贯穿美国东北部。CHP系统能够使用同时产生的电和热，而常规发电系统不能捕获在电力制备过程中产生的热。该项举措将使2010年美国东北部的清洁能源量翻一翻。为了达到这个目的，该集团将致力于清除开发中的市场障碍和政府障碍，包括制定符合环境要求的技术流水线生产、立法等方面的策略。 （2）创立Environmental technology verification program(ETV)项目 为了验证环境创新技术的性能，美国国家环保局（EPA）创立了ETV项目。该项目大大加快了环境新技术进入国内和国际市场的速度。ETV项目开始于1995年10月，其操作是通过公/私合作来评价环境技术的性能（空气、水、土壤、生态系统、废弃物、污染预防和监测）。每个行业内的技术购买者、出售者、许可证持有者、咨询人员、金融家、出口商等都可以参与ETV项目的运行。各类别的技术出售者都可以进行技术验证。所有的测试/质量保证计划都要有技术专家、技术申请者等的共同参与；通过其他专家的同行审议或者在测试后进行更新。所有关于技术的测试程序、性能报告和验证声明将在结束后立即刊登在ETV网站上。通过执行ETV质量管理计划（该计划与美国和国际公认的的质量标准兼容）可以保证数据的最高质量。 美国国家环保局研究与发展办公室（ORD）要对私营部门的创新环境技术进行验证的目的在于： ①环境风险降低的程度与所购买或使用的技术性能和有效性水平直接相关； ②美国和世界上几乎所有的技术开发商都来自私营部门； ③环境技术购买者和许可证持有人需要一种独立、客观和高质量的性能资料来源以便作出明智的决定； ④拥有创新、高效、快速、价低技术的出售者需要独立的评估方式进入传统的环境市场。目前为止共有272项技术经过验证。 2004年4月，ETV还计划进行四项调查，分别评价用户对ETV网站的满意度、ETV对环境技术出售者销量的影响、技术创新程度、验证过的技术的购买力和决策中被采用的情况。2004年2月开始头项调查，后三项调查已于2006年底完成。 总之，从欧盟、美国的环境技术新举措来看，关注焦点在于技术创新及对创新技术的评价。对于发展中国家中国来说，值得借鉴。此外，外商直接投资是技术转移的有利渠道，他们不仅提供整套技术（从设备到培训），还提供知识和专家经验，但需制订一套规则增强投资者的责任性。 1.4.2国内能源环境和国家安全对和谐社会全面发展的贡献 1.4.2.1能源环境和国家安全 国家安全、社会稳定、经济安全和环境保护都有彼此联系，处理这些问题必须以国家安全为第一位。对我国来说，经济安全的最大问题又在于能源安全，主要在于能源自我供给的保障度问题。因此，在关系到国家安全和国家经济安全的能源自我供给保障度问题与环境原始自然状态保护之间发生矛盾的时候，必须实行环境干预和影响政策以保护能源安全。美国拒不批准减少温室气体排放的京都议定书就是典型的例子。 我国经济发展和环境容量存在着巨大的差异。因此，国家的政策应当具有差异性。西部地区具有得天独厚的水能资源条件，对于开发水能资源又具有得天独厚的环境容量条件，就应该最大限度地开发。这不但有利于我国西部资源型地区的发展，同时是保证国家安全和经济安全的能源自我供给保障度的必然选择。 1.4.2.2关心老百姓能源供给与水资源保护对和谐社会全面发展的贡献 作者认为我国经济发展过程中存在着一次能源和二次能源普遍短缺的问题。但是，二者之间又有差异。由于我国油资源严重短缺，因此要时刻关心老百姓能源供给，而对天然气资源具有一定的储备，电力生产也可有多种方式。因此，必须推行以气代油和以电代气（特别是居民生活用能和公共交通用能方面）的政策。 能源自我供给保障度是一个长期困扰我国的问题。在致力解决这一问题的同时，必须加大建立节能和能源品种替代战略体制的力度。把我国建设成为一个节能和能源多元化的社会。 加快能源储备制度的建立。目前，我国不论是油、气资源，还是煤炭资源的勘探工作都跟不上发展的需要，核原料的勘探工作进展就更加缓慢。就是水能资源的勘探和前期工作也远远不够。这些在能源安全越来越趋严峻的今天就显得更加严重。因此，建立国家的能源储备制度是当务之急。 我国不但能源资源存在着严重的不足，实际上，水资源也同样短缺，特别对老百姓水资源的保护。因此，充分利用我国丰富的水能资源以满足我国能源自给率，也是对水资源的一种利用，起码可以为水资源的利用提供一定的条件。 总之，能源问题事关国家安全，老百姓能源供给，应该引起我国的高度重视。在我国，经济和社会发展面临许多问题，在环境保护成为一种潮流的今天，能源资源的开发，特别是清洁可再生能源——水电资源的开发，不可避免地与环境保护的某些要求发生冲突。但是，这是能源安全最可靠的资源选择。因此，就政策考量的优先顺序而言，能源安全是第一位的。所以，我们应该允许进行环境干预，只要这种干预不是环境破坏就应该加以引导地允许，同时，要求在开发的时候进行环境保护。 1.5 “十一五”可再生能源产业的研究方向与能源技术发展方向 1.5.1清洁生产技术与节能技术 “十一五”可再生能源产业的研究方向：重点应放在清洁生产技术与节能技术。 目前主要在高能耗、高污染仍然是制约我国化学工业发展的"瓶颈"，发展循环经济、建立节约型工业是当前我国化学工业的重点任务之一。 “十一五”优先发展大宗化工产品及精细化学品清洁生产技术，高浓度难降解有机废水处理技术，固体废弃物的资源化技术，工业尾气的净化回收技术；在节能方面重点开发和推广高效燃烧技术、高效蒸发和喷雾干燥技术、蒸汽冷凝水回收技术、热管技术、热泵技术等。 1.5.2纳米新能源技术的研发 与国外相比，我国纳米新能源技术产品的研发生产成本高、产品结构和性能稳定性差；纳米新能源材料与应用技术研发尚处于初级阶段。 “十一五”重点开发纳米新能源技术与规模生产产品的一些关键技术，如纳米催化技术，纳米材料在涂料中的应用技术，纳米材料在橡胶、塑料、化学纤维等高分子材料改性中的应用技术，纳米材料在能源、环境、资源和水处理领域的应用技术。 1.5.3能源战略重心西移对实施十一五有积极影响 种种迹象表明，我国西部能源开发与建设正在迎来一个历史性的大跨越，这将对我国顺利实施“十一五”宏图起到积极而深刻的影响。 据统计，在国内煤炭探明储量中，内蒙古为2352亿吨，陕西为1663亿吨，分列全国第二、第三位。而陕西、山西和内蒙古三省区交界处的13个县区煤炭探明储量约占全国的60%，并存有大量的石油和天然气。 水利资源一向被视为西部的独特优势。据统计，位于西南的四川、云南、贵州、广西、西藏是国内水能资源的富集区，在五大电力巨头规划的国内12大水电基地中，西南地区就占了7个。 依据中国石油“十一五”规划，西部地区将是其主力战场。资料显示，目前新疆地区蕴藏石油大约209亿吨、蕴藏天然气大约10.85万亿立方米，分别占到国内陆上油气资源总量的25.5%和27.9%。 西部已成为我国可再生 能源主要实施地。按照政府计划，到2010年将国内太阳能光电市场的应用从2005年的20兆瓦提高至400兆瓦，到2020年实现国内市场达到10吉瓦。而截至目前，新疆、青海、甘肃等地区太阳能发电占到一大半。 1.5.4未来20年中国能源技术发展方向 1.5.4.1分布式能源 所谓“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在管理体系上，依托智能信息化技术实现现场无人职守，通过社会化服务体系提供设计、安装、运行、维修一体化保障；各系统在低压电网和冷、热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，利用效率发坏发挥到最大状态，以达到节约资金的目的。分布式能源技术的基础科学主要在以下几个方面： 1、动力与能源转换设备； 2、一次和二次能源相关技术； 3、智能控制与群控优化技术； 4、综合系统优化技术； 5、资源深度利用技术。 动力与能源转换设备： 1.5.4.2传统技术的完善和新技术的发展 （1）小型燃气轮机--在小型航空涡轮发动机技术的基础上，实现地面发电和供热的联产技术。目前 HYPERLINK "http://paper.studa.com/" 中国在这一技术上已经可以开发相应产品，主要的问题是需要提高设备的能源转换效率，提高可靠性，延长设备检修周期，提高设备的自动智能控制水平； （2）微型燃气轮机--这是基于汽车发动机增压涡轮技术的延伸，关键技术在于精密铸造和烧结金属陶瓷转子，空气或磁悬浮轴承，高效回热利用技术，永磁发电技术，可控硅变频控制技术等。由于技术层次并不高，其中许多项目已经有专家在研究，只要国家真正重视，中国完全可以赶超世界先进水平； （3）燃气内燃机--内燃机技术对于中国已经非常成熟，但是燃气内燃机的制造水平与国际先进设备还存在比较大的差距，主要是转换效率、排放控制、电子控制和设备大修周期等，此外，国外正在发展的预燃、回热、增压涡轮技术，以及电子变频等技术，都是发展的重要方向； （4）斯特林发动机--外燃式斯特林技术中国已经有了比较大的突破，上海711所已经可以生产该技术的产品，目前主要是提高设备可靠性和发电效率，以及自动化控制水平； （5）燃料电池--该技术有质子交换膜、固体氧化物、熔融硅酸盐和氢氧重整等多种技术方式，该技术应用极为广泛，污染极小，而且可以同燃气轮机技术整合，发电效率将可能达到80%，是未来最具有发展价值的技术； （6）微型蒸汽轮机--蒸汽轮机是非常传统的技术，但是利用一部噪音小、振动小、运行方便可靠的小型蒸汽轮机代替热交换器，将其中一部分能量转换为价值较高的电能，或者利用蒸汽管网中较低品位的蒸汽为制冰机组提供低温冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量； （7）微型水轮机和微型抽水蓄能电站--小型、微型水轮机组不仅可以在任何有水位落差的地方使用，而且可以广泛利用在分布式能源项目上。利用自来水管网的水能压力，或者建筑物可能产生的落差进行发电，并在用电低谷进行抽水蓄能，新型的微型水轮发电机组将何以采用电子变频控制技术，调整电能品质； （8）太阳能发电和太阳热发电--利用太阳能量的发电技术，关键是降低成本，同时需要研究与其他能源利用方式和载体进行整合，将太阳热发电与沼气利用整合，将光伏电池与建筑材料整合，利用光导纤维与照明技术整合等等； （9）风能--风力发电是世界能源发展的一个重要方向，在大型风场大量利用大型风机发电将何以代替现有的火力发电系统，但是对于居住分散的用户小型高效的风力发电系统更加具有普及意义，小型风力发电系统主要需要解决的是成本、可靠性和蓄能问题； （10）余热制冷系统--利用动力机产生的余热供热制冷是分布式热电冷三联供系统的重要环节，尤其是制冷，可以采用吸收式制冷，也可以采用吸附式，以及余热--动力转换--低温制冷等技术，这些技术均比较成熟，关键是系统的集成和提高效率，以及降低造价等问题； （11）热泵--利用地源、水源和其他温差资源的能源利用技术，重点在于提高效率和增强于其他能源利用技术的整合能力； （12）能量回收系统--诸如将建筑物内电梯下行、汽车制动、自来水减压等能量回收的技术以及应用设备的研发。 1.5.4.3相关的一次和二次能源相关技术 与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术： （1）天然气系统的优化利用，以及管道输送技术； （2）液化天然气的生产和利用--分散化的液化天然气生产技术可以充分利用石油开采中的伴生气资源，减少温室气体排放，提高资源的综合利用率，液化天然气利用中对于冷能的有效利用可以有效节能等等，在液化天然气利用中，将产生大量的新课题； （3）煤层气和矿井瓦斯利用，世界上可能有60%以上的矿工是死在中国的矿井里，而瓦斯爆炸是元凶之一，减少矿工死亡和提高煤层气和矿井瓦斯资源的利用有着密切关联，利用煤层气和矿井瓦斯发电等技术不仅可以挽救无数矿工的生命，还能有效减少温室气体排放，缓解全球变暖问题； （4）可燃冰--存在于海底和高寒地区的天然气水化合物是人类未来的主要能源，它是为分布式能源系统提供燃料的重要途径； （5）煤地下气化--中国 HYPERLINK "http://paper.studa.com/" 目前有100亿吨以上的煤炭资源在开发过程中被遗弃在地下，如何利用可控地下气化技术将其变为气体燃料回收利用是中国煤炭工业的重要课题； （6）地热--利用和开发地热资源，将地下低品位热能转换为高品位的电能或冷能是技术的关键； （7）深层海水冷能--利用沿海深层海水的低温资源，解决沿海城市的制冷问题，并降低城市热岛效应； （8）水能--利用水利资源，特别是小型水电设施解决农村以水代柴，保护植被； （9）沼气--利用城市垃圾、农村废弃物资源等进行发电或热电联产，减少温室气体排放，提高资源综合利用水平； （10）甲醇--利用煤等矿物资源生产甲醇，以代替石油。甲醇可以满足燃料电池对氢的需要； （11）乙醇--利用植物资源生产乙醇，以代替石油和其他矿物燃料，乙醇可以作为燃料直接使用，也可以作为燃料电池的氢分离的原料； （12）氢--对于氢的利用将决定人类的未来，如何从水中低成本地重整氢气将是技术的关键； （13）压缩空气--利用低估电力或其他能源生产高压空气，作为汽车和其他动力设备，以及分布式能源的动力源，主要解决高增压比压缩技术、设备小型化、材料和效率等问题。 1.5.4.4智能控制与群控优化技术 （1）分布式能源机组和系统自身的智能化控制--解决设备“无人职守”问题，能够根据需求进行调节，自动跟踪电、热、冷负荷； （2）分布式能源与载体的信息互动--解决分布式能源系统成为智能化建筑的一个组成部分，与建筑系统的需求进行优化整合，提高建筑的能源可靠性和节能性； （3）分布式能源机组的联合控制--分布式能源采用模块化组合设计，需要对模块组合联合控制，根据需求变化进行智能调节，决定每一模块的运行状态和模块之间的调节优化关系； （4）远程遥控--通过电话线、因特网、无线网络和电源线对设备进行远程监视控制，需要解决安全和协议统一等问题； （5）群控优化--根据一个区域内各种用户对于电力、热力、制冷等需求的变化，以及燃料、气温变化趋势、蓄能量库存等等因素，优化控制各个用户的分布式能源系统，以及公共能源系统，进行多系统容错优化，减少冗余，提高各系统的安全性和需求适应性，降低造价，提高效率； （6）智能电网技术--必须建立电网信息化管理系统，对于电网特别式近用户低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等； （7）信息化计量与结算系统--建立网络化能源系统的各种能源产品和各个用户与分布式能源设施拥有者之间、各时段间根据预约定价进行计量和结算的智能系统； （8）自动信息发布系统--对于用户与临近用户能源使用状态、用户与临近用户的分布式能源系统伺服状态、以及燃料系统和公共能源供应系统的运行状态信息进行发布，以便智能化建筑、用户能源管理系统、分布式能源设施、储能设施、设备运行服务机构、以及燃料供应者和公共电网能够根据每一信息源所发布的实时信息进行状态优化调整，实现资源共享。 1.5.4.5综合系统优化技术 （1）多种能源系统整合优化--将各种不同的能源系统进行联合优化，例如：将分布式能源与传统能源系统整合后，进行联合优化；或者，将分布式能源系统与冰蓄冷系统整合并进行联合再优化，将微型燃气轮机与热泵系统整合优化，以及太阳能与分布式系统的优化整合等等，达到取长补短的目的，充分发挥各个系统的综合优势； （2）将分布式能源与交通系统整合优化--利用低谷电力为电动汽车蓄电或燃料电池汽车储氢等，将燃料电池和混合动力汽车作为电源形成随着人流移动的电源和供水系统。实现节约投资经费，降低高技术产品使用成本等目的； （3）分布式能源系统电网接入研究--解决分布式能源与现有电网设施的兼容、整合和安全运行等问题； （4）蓄能技术--通过蓄能技术的开发应用，解决能源的延时性调节问题，提高能源系统的容错能力，其中包括蓄电、蓄热、蓄冷和蓄能四个技术方向。蓄电包括化学蓄电：电池；物理蓄电：飞轮和水能、气能。蓄热包括项变蓄热、热水、热油和蒸汽等多种形式。蓄冷：冰和水。蓄能包括物理蓄能：机械蓄能、水蓄能、以及记忆金属蓄能等多种方式； （5）地源蓄能技术--利用地下水和土壤将冬季的冷和夏季的热蓄能储存，进行季节性调节使用，结合热泵技术进行直接利用，减少城市热岛效应； （6）网络式能源系统--互联网式的分布式能源梯级利用系统是未来能源工业的重要形态，它是由燃气管网、低压电网、冷热水网络和信息共同组成的用户就近互联系统，复合网络的智能化运行、结算、冗余调整和系统容错优化； 1.5.4.6资源深度利用技术 （1）天然气凝结水技术--利用天然气燃烧后的化学反应结果回收水，解决部分城市水资源紧缺问题； （2）将分布式能源与大棚结合的技术--将分布式能源系统发电设备排除的余热、二氧化碳和水蒸汽注入大棚，作为气体肥料和热源，解决城市绿化和蔬果供应，同时减少温室气体和其他污染物排放问题； （3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术--利用热泵的技术，将低品位热源转换为较高品位的生活热水，减少能源消耗； （4）空调系统废热回收技术--发展全新风空调系统中有效利用回风中的余热和余冷，减少能耗； （5）污水水源热泵系统--利用生活污水中的热量； （6）小型生物质沼气生产技术--利用民用设施污水、垃圾和大棚废弃生物质就地生产沼气的技术。 1.6纳米技术与环境技术和可再生能源产业化 刚刚过去的2006年是一个纳米新能源年。这虽有些夸张，但纳米新能源渐入我们的生活，却已是不争的事实。 随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。 所谓纳米技术是指在0.1～100纳米尺度范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。其中1纳米等于10亿分之一米。当物质被“粉碎”到纳米级细小并制成“纳米材料”，不仅光、电、热、磁性发生变化，而且具有辐射、吸收、催化、吸附等许多新特性，可彻底改变目前的产业结构。不难设想，纳米技术在未来的新能源绿色革命中将大显身手，给我们环境保护带来突破性变化。 1.6.1纳米技术使资源利用持续化 据预测，进入纳米时代后，世界上将会出现1微米以下的机器设备。有关资料介绍，日本已用极微小的部件制成了直径只有1～2毫米的静电发电机，其体积只有常规机器的万分之一。还有能够转动的机床以及直径仅5.5毫米的“尺蠖”。在我国也已有微直升飞机、微马达、微泵、微喷器、微传感器等一系列纳米微机电系统元器件问世。由于纳米技术导致产品微型化，使所需资源减少，不仅可达到“低消耗、高效益”的可持续发展目的，而且其成本极为低廉。可以预料，未来那些资源浪费、造价昂贵的庞然大物型机械设备将会逐步被淘汰，以实现资源消耗率的“零增长”。 1.6.2纳米技术使尾气排放无害化 有资料表明，纳米技术还可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。我们知道，氢能是新的清洁能源，但储存等方面的问题制约着氢能的开发利用，已有的稀土由于储氢量少，应用受到很大的限制。如能研制成功一种合成的高质量碳纳米材料，则能储存和凝聚大量的氢气，并可以做成燃料电池驱动汽车，可有效避免因机动车尾气排放所造成的大气污染。 加拿大试验开发了能提高炼钢效率和减少二氧化碳排放的纳米新技术。 加拿大科学家研制出一种能探测炼钢炉内二氧化碳浓度的无源纳米红外传感器，并成功进行了原型工业试验。该纳米传感器的使用能够提高大型炼钢熔炉的效率，同时降低如二氧化碳等有害温室气体的排放。如果对加拿大所有大型工业的熔炉推广使用该技术，每年将可减少15.7万吨二氧化碳气体的排放。 1.6.3纳米技术使污水处理纯净化 新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它是普通净水剂的10～20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污染物除去，通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。因细茵、病毒的直径比纳米大而被过滤掉，可水分子以及比水分子还要小的矿物质元素却被保留下来，经过纳米净化后的水体清澈，没有异味，成为高质量的纯净水，完全可以饮用。 1.6.4纳米技术使噪声控制有效化 经检测，飞机、车辆、船舶等主机工作时的噪声可达到上百分贝，容易对人造成干扰和危害。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、摩擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便被得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长它的使用寿命。另外，近年来有关工频电磁场对人体健康的影响问题已众所周知，可现在我们再也不用为防电磁辐射而担忧。若在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，可以在墙内加入纳米材料层，或者涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。 1.6.5纳米技术使绿色节能产品多样化 绿色制造技术是20世纪90年代国际上提出的，绿色制造又称清洁生产和面向环境的制造。目前，世界各国在绿色产品设计、绿色洁净生产、废旧产品的回收利用和再制造等方面都开展了大量研究和开发工作，并取得了初步成果。 美国于90年代初建立了国家再制造与资源回收中心以及再制造研究所、再制造工业协会。欧洲也通过了支持再制造的相关法律法规。日本富士施乐公司在国内建立废弃复印机回收点。可以预见，21世纪的制造业将是清洁化的制造业，谁掌握了绿色生产技术，谁的产品符合“绿色产品”标准，谁就掌握了主动权，就会在竞争中取得成功。 有理由相信绿色制造技术将在本世纪大显身手，成为制造业的主要发展模式。推行绿色制造既给制造业的发展提出了严峻的挑战，同时也创造了很好的机遇。 纳米技术又可渗透到绿色制造与环保的其他各个领域，将创出更多科技含量高的绿色产品。如：化纤布料制成的衣服虽然艳丽，但因磨擦容易产生静电损伤皮肤，而在生产时只要加入少量的金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。化纤地毯放电，容易吸附灰尘，如在生产时放进一些金属纳米微粒，同样可以解决这一问题。把银纳米微粒加入到袜子中能够清除脚臭味。冰箱、洗衣机等电器设备使用时间长了也容易产生细菌污染，而采取了纳米材料新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味，增强其防污性能。可以预见，具有科技含量的绿色产品将成为未来世界主要商品市场的主导产品。同时，纳米材料还可以降解有机磷农药、城市垃圾等。 被称之为21世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。 1.6.6纳米环保巨头使中国可再生能源产业化迈进一步 法国总统雅克·希拉克在中国进行官方访问期间，法国环境服务业巨头威立雅（Veolia）环境公司和苏伊士环境公司先后宣布又与中国签定了多项水与废物处理服务合作合同。威立雅公司签定了2份水处理合同，一份价值7.37亿美元，时间长达30年的合同，是为中国呼和浩特市提供水处理服务；另一份价值2.33亿美元的合同，是获得了陕西省渭南市22年的饮用水处理工厂运营权。 苏伊士公司也签订了2份合同。一份是长达25年、价值1亿美元的合同：建立一个新水厂，为青岛市供应饮用水。另一份合同价值7.385亿美元，时间也长达30年，苏伊士公司将在上海化学工业园建造和运营一个工业废物焚烧处理企业。 威立雅和苏伊士公司目前在中国都有多项环保项目的投资。自二十世纪70年代起，苏伊士公司已在中国设计和建造了132家水处理公司。2003年，威立雅在中国拿到了一份85亿欧元的合同：为深圳提供50年的饮用水。该公司负责人亨利·普罗格利奥曾表示，威立雅公司2004年将从中国得到3.5亿欧元的收益，2010年时将达到20亿欧元。 据最新公布的2003年度世界500强公司名单显示，苏伊士和威立雅公司分别位列其中的第74位和第135位。其中苏伊士公司2003年度的营业收入高达435.749亿美元。威立雅公司2003年度的营业收入也高达284.375亿美元。这两家公司也是世界500强公司中仅有的两家水务公司。 1.6.7实现科技创业的机会与英福特节电技术平台 以“投资在中国:实现科技创业的机会”为主题的斯坦福亚洲科技创业年会在上海国际会议中心举行。这一令人瞩目的国际性会议邀请了来自硅谷与亚太地区的企业家、风险投资商、学者和政府官员，其中包括斯坦福大学副校长约翰.布拉夫曼，亚洲技术管理中心主任、斯坦福大学工程学院顾问副教授里查德 达世尔，日立创投副总裁David Ai，阿里巴巴创办人和CEO马云，新浪网联席运营官林欣禾，美国英福特科技实业有限公司总裁兼首席执行官雷永，智赢（中国）有限公司CEO Gopala Krishnan,中国国际发展咨询公司总经理Lisa Lo等。斯坦福亚洲科技创业年会之所以吸引企业家、风险投资商、学者和政府官员的广泛关注，主要是源于1999年创办以来一直致力于推动硅谷与上海高新企业间地沟通、了解与合作，并讨论全球化、高科技创业企业面临的形势在中国市场中的取舍、机遇、挑战和经验教训。此外，应邀的企业精英和资深学者以他们在各自领域丰富的学识、独到的见解以及本企业的创业实例，全面阐释风云变幻的市场发展趋势和亚太地区的创业远景，同时提供了一个高端的交流平台，从而达到发现潜在市场价值和合作伙伴的最终目的。 值得一提的是由于目前华北电网的电力危机，本次年会上美国英福特总裁雷永先生关于节电企业在中国投资、发展的演讲更是引起了与会政府、学者和企业界三方的重视！作为北美三大节电品牌之一的英福特，凭借在硅谷设立研发中心的雄厚技术实力开发了英福特节电技术平台。其技术主要以速度为10-12秒的芯片、独家知识产权的算法公式、囊括全球三十三万工业用户电源质量资料的数据库分析软件为核心，超出同类产品反应速度30倍，最高节电率达到了29.49%。2002年进入中国，以其丰富的经验，在中国节电市场迅猛发展。近期在上海市场的表现尤其令人瞩目。仅上半年就启动了上海电力局大厦，三菱电机株式会社等大型节电工程，8月又与浙江大型企业“东方通信”达成战略意向合作。与浙江省经贸委组织了对浙江省杭州市十家用电大户的系统测试，分别完成电源环境质量测试报告。英福特在中国市场的发展充分说明中国经济的非凡魅力和对整个世界资本和技术流向的重大影响。而整个亚洲地区也必将在中国机遇中获益匪浅，为其发展远景和地区繁荣勾画出清晰可见的战略蓝图。 政府、专家、企业界是引导科技创业重要力量。越来越多涌入中国的投资也正是看中了中国市场的巨大潜力和日益规范成熟的能源市场和环境发展空间。 1.7纳米技术解决世界能源问题初探 1.7.1借助纳米技术解决世界能源问题 2000年，世界能源消费量约为14115万亿瓦时，其中85%来自化石燃料或核能。初级能源的一个最重要的消费者是电力部门。到2020年，能源消费总量预计将增长20%，如无有效的措施，二氧化碳排放量将增加14%。 根据《京都议定书》，欧盟承诺2008年至2012年期间的二氧化碳排放量要比90年低8%，为此，可再生能源所占份额要从6%升至12%，并提高能效。为了实现这些目标，解决方案不仅仅包括技术手段，还包括改变能源输送和利用的潜在方法。因此，促进能源部门的研究与技术开发是关键的一步。 为了开发更清洁、廉价和有效的工艺，需要跨学科的努力，其中包括各个不同的技术领域，如能源、化学工程、生物技术、传感器、信息技术、材料科学、材料工程等等。在这些领域中，纳米技术和纳米材料被认为很有潜力，对能源系统将产生重大影响。 纳米技术涉及对单个原子、分子或分子簇的处理或自行组装形成结构，创造出具有低尺寸结构产生的新特征或不同特性的材料和装置。与能源部门关系最为密切的是有上述尺寸的粒子。这可能是球形粒子、圆筒状纳米管或有纳米级微孔的材料。纳米技术最有趣的是，纳米大小的粒子具有完全不同于宏观世界的相同材料的特性。 纳米技术为解决这一问题提供了新的机遇，美国把纳米技术向环境领域切人，作为纳米技术启动的重要内容，并注意发展纳米环境产业和能源产业。美国把海水淡化应用纳米技术列为重点发展的9大技术之一，并重点发展纳米技术在清洁能源、能量转换和高效电池等方面的应用。德国特别重视太阳能利用中纳米技术的应用，并重视发展生活垃圾和工业垃圾处理技术。德国的奔驰公司在新一代汽缸设计中应用纳米技术，提高燃烧温度，实现对有害气体进行降解，达到节省资源和从源头上治理有害气体排放的目的。一批新型的节能环保型的由纳米技术支撑的新兴产业正在兴起。日本在汽车尾气处理上全方位地采用纳米技术，从全世界范围来看，以纳米技术与环境技术和新兴能源技术相结合的新型能源环保产业已经崛起。 1.7.2纳米技术的相关作用 与大块材料相比，纳米粒子与能源应用最相关的作用是大量暴露在表面的原子。由于巨大的表面面积可以用较少的材料产生较高的反应率，这对生产较好的催化剂（导致较高的反应率、较低的加工温度、减少排放或者需要很少的原料），改进燃烧工艺（较高的效率、较低的加工温度）或提高光吸收率是有用的。这一表面效应也适用于能量储存应用（例如：氢储存或锂电池电极）或能量转换（燃料电池电极）。我们可以利用吸收性纳米粒子的尺寸来调节光谱吸收。利用这一效应可提高太阳能电池的光吸收，从而提高效率。与常规尺寸的相同材料相比，这种材料的机械特性在纳米区域能够发生极大的变化。例如：纳米管强度比相同尺寸的钢高很多。在复合材料中，这可以产生较轻的材料，用于汽车或飞机，同时降低能耗。 1.7.2.1能量转换的潜在应用 有纳米层或纳米棒的太阳能电池可以大幅增加太阳光的发电量。纳米结构材料或纳米组件可用于未来或新出现的能源生产技术，其中包括太阳光伏电池和氢能转换。纳米技术将有助于推进燃料电池的开发，带来更有效和更划算的电极和电解材料。气凝胶是一种有纳米级微孔的透明隔热材料，被开发用作太阳能收集器的覆盖材料。纳米结构材料在热电装置中显示出其未来的应用潜力。此外，纳米生物技术研究增加了知识，使生物动能子系统得到成功的建造。 1.7.2.2能量储存的潜在应用 纳米晶体金属混合物可以为储存氢提供重要的有利条件，而且，对碳纳米管的储氢能力开展了积极的研究，也引发了很大的争论。然而，其他独立组织没有实例可以证明或者确定碳纳米管的高储存容量。因此，其商业化似乎是不可能的。业已证明，纳米晶体材料和纳米管可以使锂电池的功率密度、寿命以及充放电速度大大提高。 在超级电容器中使用纳米粒子有三种结果：用很少的材料就可以达到特定的电容量；利用很薄的材料层就可以实现较高的电容量，因为较小的粒子同较大的活性表面积相关；较薄的层意味着微型化在较大程度上是可行的。因此，纳米技术将为电容器（包括：手机、电脑笔记本和半导体）打开新的潜在市场。 1.7.2.3节能的潜在应用 利用燃料添加剂可以提高燃料的燃效，从而减少排放和改良燃烧。基于金属氧化物的纳米粒子材料可在发动机无明显磨损的情况下，在原位提升燃烧反应，这是由于粒子大小的关系。如今已经实施的一项提高燃效的解决方案是，利用纳米多孔催化剂或纳米粒子来提高转换率。用相似的方法，纳米催化剂可以提高反应率，降低处理温度，减少排放或工业废物，从而提高化学反应的生产率。 隔热方面的进展将有助于降低家庭和工业的日常能源需求和费用。纳米技术以气凝胶的形式为该领域做出了贡献。使建筑物或材料隔热的另一种方法是利用反射面或智能面，对光强度的变化做出反应。纳米技术利用超薄层来帮助改进这些系统。利用基于纳米粒子的较轻、较强和较硬的材料可以降低能源、燃料和材料消耗，尤其是在运输部门。 1.7.2.4现实的产品 沸石是一种自然产生或人造的有纳米级微孔的材料，几十年来一直被用作有效的催化剂。而且，目前以孔径在1纳米范围的晶体材料制成的催化剂辅料构成了每年300亿美元的产业的基础。石油工业已在利用纳米技术精炼石化产品。如今，在大多数小汽车里都能找到依靠纳米技术的催化转化器，它们用纳米级金属氧化物陶瓷涂层作为催化剂，增加表面面积，帮助消除废气中的有害气体，将它们转化成无害的氢氧化氮和二氧化碳，使汽车更有效地利用燃料。 1.7.2.5未来的研究方向 为了使纳米技术在能源应用中产生更大的市场影响，需要进一步完善纳米结构材料：一些纳米材料（如纳米管）至今没有实现批量生产，关键问题在于适用于批量生产的较廉价和较易控制的方法的开发。纳米粒子的特性分布和配置常常是凭偶然的。需要更先进的方法来进行纳米粒子的受控制备和自组织的配置。就很多能源应用而言，纳米粒子的极其重要的特性是巨大的表面面积。因此，要研究具有更大表面面积的材料。此外，还需尺寸更小的多孔分布的膜应用材料。 1.8 开展纳米新能源研究与实现可持续发展 1.8.1纳米新能源材料展望 纳米新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源纳米材料则是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，是发展新能源的核心和基础。新能源材料主要包括以储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料，以嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料，以Si半导体材料代表的太阳能电池材料及以铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。这些材料的大部分已形成或正在形成相当大的产业。 2003年，国际上在新能源材料研究领域取得了一些进展，开发出的新型半导体材料使太阳能电池的转化率大大提高；有机光伏太阳能电池研究取得突破，采用含有少量碳的有机分子材料，可以做成超薄和柔性电池，有望极大降低成本。 1.8.2纳米新能源市场需求 随着我国能源消耗大幅度增长，煤炭、石油、天然气等传统能源已难于满足长期发展的需求，并会在消耗过程中对环境造成巨大破坏，要解决上述问题必须提高燃烧效率、实现清洁燃烧、开发新能源、节能降耗。这几个方面都与材料有着极为密切的关系。 对我国来说，首先要考虑的是提高能源生产效率、减少污染，其中当务之急是逐步实现洁净煤燃烧。为了提高燃烧效率，提高热效和增加机动性，要发展超临界蒸汽发电机组、整体煤气化联合循环技术和大功率工业燃气轮机组，这些技术对材料的要求都十分苛刻，需要耐热、耐蚀、抗磨蚀、抗冲刷的合金钢及低成本催化剂，高质量的合金钢及高温合金材料和涂层，工程陶瓷等材料，以满足高温、高强、抗蠕变、疲劳、耐蚀和长期工作的要求。此外，磁流体发电需要高性能的通道材料。 未来的清洁能源包括氢能、太阳能、风能、核聚变能等，这些能源的利用存在较多的材料问题。其中氢能的利用需要无机分离催化膜、储氢材料(储氢合金、碳纳米管等)；燃料电池需要质子交换膜、高温氧化物电极等材料；利用化学能的二次电池需要氢镍电池、锂离子电池正负极材料及快速充电系统等；太阳能电池需要多晶硅、多结非晶硅及其他高效、长寿、廉价的太阳能光伏转换材料等；风能发电需要风力发电机用大型风力发电机叶片，并要求有足够的强度和抗疲劳性能的材料，如玻璃钢、碳纤维增强塑料、增强木材等；核能发电中快中子增殖堆涉及液体钠的腐蚀等材料问题，核聚变装置需要耐中子辐射、耐高温和抗氢脆的材料；生物质能需要无机分离催化膜等。 在节能方面也涉及一些材料问题，如智能建筑中采用的具有保温、隔热性能的墙体材料及双层中空低辐射玻璃；LED节能灯中采用的半导体材料；高效电力系统中采用的超导材料及技术等。 解决能源问题的关键是新能源材料的突破，化石新能源的高效与清洁生产需要材料的不断改进；新核能将不断得到发展，新材料是关键之一；新材料问题是再生能源(特别是太阳能)的利用的瓶颈；能源生产与节能先进技术无不建立在新材料不断发展的基础之上，如超导材料、磁性材料、蓄电池及燃料电池等。 1.8.3面临着巨大的新能源技术挑战 21世纪人类将面临着巨大的能源挑战。一方面随着社会经济快速发展，能源需求量不断增加；另一方面保护环境的要求越来越严格，对目前以化石燃料为主的能源体系不断提出新的限制。同时化石燃料的储量是有限的，终将面临枯竭。因此，在21世纪开发新的清洁能源是能源领域发展的必然趋势，新能源将成为人类主要的战略选择。 利用优势，开展核能制氢研究。相对其他清洁能源来说，核能的发展较为成熟，已经进入商业运营阶段；而且核能的产生过程不向环境排放温室气体和其他有害废物，是一种无排放的能源，为大规模制氢提供了新的可能。 “清华大学核能与新能源技术研究院”在制氢方面具有较好的基础和明显的特色优势。在学科基础和人才方面，已经初步掌握了核能天然气重整制氢的工艺和热化学循环制氢的基本原理，并已经作了一些理论的和实验室的准备工作；在研究条件方面，核研院建成的10兆瓦高温气冷实验堆，为核能－氢能转化的研究提供了平台。目前已初步确定了热化学循环流程制氢的技术路线，并建立了实验室台架，开始了制氢实验研究。 燃料电池研究开发已经取得进展。燃料电池是通过把燃料进行电化学反应，直接释放出电能的绿色能量转换装置，是目前国内外重点研究的氢能利用技术。该院在燃料电池研究领域取得了初步进展，在某些方面处于国内先进地位，在国内外享有较高声誉。几年来，该院承担了燃料电池催化剂，燃料电池发动机和直接甲醇燃料电池等三项国家“863”项目，是国家“973”氢能基础研究项目的组长单位。目前已经研制成功50kW车用燃料电池发动机和7kW质子交换膜燃料电池电站样机。正在与企业合作开展便携式直接甲醇燃料电池的研制，将尽快走向市场化。 新型高能电池研究蓄势待发。新能源的开发离不开储能技术的发展，作为储能技术重要组成部分的电池技术必将在新能源技术的发展中发挥越来越重要的作用。核研院新型能源与材料化学研究室在先进二次电池及相关材料方面的研究工作起步于1994年，研究的镍氢电池正极活性材料高密度球形氢氧化镍于1996年实现了产业化。1997年开始开展锂离子电池及相关材料的研究，如锂离子电池正极材料钴酸锂、镍钴酸锂和负极材料改性天然石墨等。我们在二次电池及材料的研究方面具备了一定的基础，形成了自己的技术特点和优势：依靠化学和化工专业的优势，强调创新，在电池材料的合成上逐渐形成了自己的技术强项；不断开发和完善控制结晶工艺，在氧化物类电池材料的合成中先后制备出高密度球形材料，保持了在这方面的领先水平；开发了制备电池材料的溶胶－凝胶、电沉积、喷雾造粒等方法。目前成果转化工作已经开始。 生物质液体燃料研究已经起步。核研院与有关单位合作进行了有关生物质如木质纤维素原料的预处理研究、固态发酵新工艺生产纤维素酶、发酵乙醇新工艺、植物油脂合成生物柴油等的研究，正在致力于促进早日实现生物质制备生物能源的工业化的研究。 1.8.4推动可再生能源规模化利用 2007年1月1日，中国正式实施《可再生能源法》。863计划能源技术领域积极推动可再生能源规模化利用。后续能源技术主题在“十五”首次列入863计划，进行可再生能源技术的研发。 通过计划的实施，在大型风电装备、太阳能光伏技术和生物质能源利用技术等方面都取得了重大突破。2005年，我国研制的1兆瓦和1.2兆瓦风电机组实现并网发电；1.2兆瓦风电机组在甘肃安西和江苏大丰30万千瓦风电场项目中，中标并签订141台合同，这两种大型变速恒频风电机组将为我国风电场建设提供主力机型。薄膜太阳电池研制与生产实现了从无到有的跨越，研发成果接近世界先进水平。开发出适合我国国情的中小型生物质气化发电系统，在江苏省兴化市建成6兆瓦大型生物质气化发电站，具有较好的经济性。建成年产5000吨利用甜高粱茎秆为原料生产乙醇的工业化中试示范工程、年产600吨利用纤维素废弃物制燃料乙醇的中试工程和年产200吨的酶法生物柴油生产装置。 1.8.5国内纳米新能源材料研究正在起步 在纳米材料领域，纳米能源材料是最活跃和最具有发展前途的研究领域之一。核研院利用多年在纳米材料研究领域积累的经验和条件，瞄准国际前沿，正在积极筹建纳米能源与环境材料研究平台，计划以敏化纳米晶TiO2太阳能电池、燃料电池纳米电极材料和高效储氢材料等作为突破口，在能源材料学科建设上走出特色之路。 1.8.6十大未来的新能源与实现可持续发展 目前的能源消耗，很大程度上来自于化石燃料，这些能源对于环境有不小的伤害。在不远的将来，我们使用的能源数量肯定还将不断的上升。这里有十大未来的能源，将有可能帮助我们解决这个问题。 1.人工光合作用 这种煤经过去硫、去氮等工艺处理；或者是把煤进行气化，将固态的煤转换成气态，以更干净更有效地燃烧。虽然煤不如其它能源那样洁净，但之所以能够排名第二的高位，是因为这种能源使用的实在是非常广泛，用这种能源转换成电能，非常的便宜而且简单。 2.洁净煤 其实地球上几乎所有的能源，基本上都来自于太阳。植物在将太阳能转化为有用能源方面的效率是我们的太阳能电池远远不能及的。无论在直接产生电能，还是产生氢气，人工光合作用能够解决目前相当多的能源问题。人工光合作用是一个非常长的研发过程，过去的几十年取得了一些成果，然是还有很多的事情需要做。 3.风能 风能是纯可再生能源中最经济的一种解决方案，其在工作的时候不消耗任何能源。既可以大规模的建成风力发电厂，也能安装在家庭里面使用 4.核能（基于钍） 提到目前应用的技术，不能不说核的部分。其实第三代反应堆非常安全，只会产生很少的高危废物，比烧煤炭的火力发电厂要洁净的多。核电厂占据一小块地方，却产生大量的能源，而且不会排放出二氧化碳。使用钍作为核燃料会使核能的应用更好，能够显著的减少核废料的产生，减少很多危险的发生，而且钍的蕴含量是铀的三倍多。 5.太阳热能 从太阳获取热能是相当简单的，用这一热能产生热水，然后利用热水进行发电。大型的太阳能热电厂是可以建立起来的，位于加州的SEGS系统拥有350MW的发电能力。太阳热能在那些拥有大面积太阳暴晒区域的地方，有着相当重要的能源贡献作用。 6.波浪能 涌起的波浪肯定带有能量，而且波浪太普遍了，我们能从其中获得相当多的能源。例如海蛇波浪能量转换器就是一个在水中半漂浮的设备。目前这种设备已经再葡萄牙使用，产生的总能量为2.25MW。 7.地热能 地热能是来自地壳之下的高温能源。一个典型的地热能电场可以轻松的输送100MW电量，这是风能和太阳能所无法企及的。上面这张图显示的是冰岛的能源消耗，可以看到地热在其中占据了很大的比例。 8.Gratzel太阳能电池 也被称作染料敏化二氧化钛纳米薄膜光阳极的光伏打电池，这种电池只有传统太阳能电池造价的1/5，另外，还避免了非常消耗能量的完美硅晶圆制造过程。不过这种电池的效率还有待进一步提升，目前能够达到33%左右。 9.太阳能光电 目前我们掌握的太阳能光电技术，虽然昂贵而且效率低下，但是如果我们更广泛的使用这一技术，也能有着相当重要的影响。来自太阳的能量源源不断，一旦太阳能电池造出来几乎就没有什么后续的维持费用。 10.氢 虽然自身不能当作能量源，氢燃料却是一个巨大的能源储备介质。氢可以随意的从水中提取，拥有很好的能量/重量比，燃烧之后产生无污染的水蒸气。 PAGE 40 _1234025545.unknown _1234025694.unknown _1234025900.unknown _1234025298.unknown _1233945453.unknown