上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 生物技术与人类 BIOTECHNOLOGY AND HUMAN 课程论文 THESIS OF CURRICULUM 论文题目：清洁能源发展与前景 学生姓名： 卢盛楠 学生学号： 5130719079 专 业： 数学金融 指导教师： 周选围 学院（系）： 理学院数学系
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 生物技术与人类 BIOTECHNOLOGY AND HUMAN 课程论文 THESIS OF CURRICULUM 论文题目：清洁能源发展与前景 学生姓名: 卢盛楠 学生学号: 5130719079 专 业: 数学金融 指导教师: 周选围 学院(系) : 理学院数学系
清洁能源发展与前景 卢盛楠 (上海交通大学数学系，上海200240) 摘要：广义的清洁能源包括在能源的生产及消费过程中，选用对生态环境低污染 或无污染的能源。既而，清洁能源技术是指在可再生能源及新能源、媒的高效利 用等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。清洁能源包括太阳能、风能、 生物能、地热能等，在当今社会化石能源匮乏而发展迫切需要能源的情形下，人 类对清洁能源越来越重视。 关键词：清洁能源低污染可再生 THE PROGRESS AND PROSPECTS OF CLEAN ENERGY ABSTRACTS:Generally,clean energy includes oligosaprobic and pollution-free energy in the progress of production and consumption.Then,clean energy technology refers to the reproducible energy and new technology which controls emission of green house gas.Clean energy includes solar power,wind power,biological energy source and geothermal energy,etc.In the situation that is short of fossil energy and in desperate need of energy,the mankind attaches significant importance to clean energy. KEY WORDS:clean energy oligosaprobic reproducible 一，清洁能源概述 清洁能源的准确定义应，是对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义 有三点：第一，清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系： 第二，清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性；第三，清洁能源的清洁性指 的是符合一定的排放标准。 清洁能源是不排放污染物的能源，它包括核能和“可再生能源”。当前，世界 面临的资源、能源、环境和气候问题日益突出，然后解决这些问题是人类面临的 挑战。其中，能源问题是社会各界关注的焦点。可再生能源和新能源比较优势增 加，发展空间逐渐扩大。许多国家调整能源发展战略和发展目标，把发展可再生
清洁能源发展与前景 卢盛楠 （上海交通大学数学系，上海 200240） 摘要：广义的清洁能源包括在能源的生产及消费过程中，选用对生态环境低污染 或无污染的能源。既而，清洁能源技术是指在可再生能源及新能源、媒的高效利 用等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。清洁能源包括太阳能、风能、 生物能、地热能等，在当今社会化石能源匮乏而发展迫切需要能源的情形下，人 类对清洁能源越来越重视。 关键词：清洁能源 低污染 可再生 THE PROGRESS AND PROSPECTS OF CLEAN ENERGY ABSTRACTS: Generally, clean energy includes oligosaprobic and pollution-free energy in the progress of production and consumption. Then, clean energy technology refers to the reproducible energy and new technology which controls emission of green house gas. Clean energy includes solar power, wind power, biological energy source and geothermal energy, etc. In the situation that is short of fossil energy and in desperate need of energy, the mankind attaches significant importance to clean energy. KEY WORDS: clean energy oligosaprobic reproducible 一．清洁能源概述 清洁能源的准确定义应，是对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义 有三点：第一，清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系； 第二，清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性；第三，清洁能源的清洁性指 的是符合一定的排放标准。 清洁能源是不排放污染物的能源，它包括核能和“可再生能源”。当前，世界 面临的资源、能源、环境和气候问题日益突出，然后解决这些问题是人类面临的 挑战。其中，能源问题是社会各界关注的焦点。可再生能源和新能源比较优势增 加，发展空间逐渐扩大。许多国家调整能源发展战略和发展目标，把发展可再生
能源作为解决能源问题的根本出路和必然选择。1 二.清洁能源主要有哪些 (一)太阳能 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，同时也是许多能源的来源。尽管太阳 辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW, 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能最常用于 发电，有两大类型：一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热 发电（亦称太阳能热发电）。 太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、 光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏 电池、光电解电池和光催化电池。 太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化 方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真 空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一 种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类 似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。 目前开展的对太阳能综合利用的全生命评估(LCA)结果显示，以往的太阳 能光电转换的利用方式，由于依赖太阳能电池板这一生产过程中高污染、高耗能 的材料，因此利用成本和环境代价都较高。“ (二)风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能 称风能。空气流速越高，动能越大。 人们常用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方 法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发 电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1百万千瓦，供应的 电力己超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源， 但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上
能源作为解决能源问题的根本出路和必然选择。 i 二．清洁能源主要有哪些 （一）太阳能 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，同时也是许多能源的来源。尽管太阳 辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一，但已高达 173,000TW， 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。太阳能最常用于 发电，有两大类型：一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热 发电（亦称太阳能热发电）。 太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、 光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏 电池、光电解电池和光催化电池。 太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化 方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真 空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一 种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类 似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。 目前开展的对太阳能综合利用的全生命评估（LCA）结果显示，以往的太阳 能光电转换的利用方式，由于依赖太阳能电池板这一生产过程中高污染、高耗能 的材料，因此利用成本和环境代价都较高。 ii (二) 风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能 称风能。空气流速越高，动能越大。 人们常用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方 法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发 电机。到 2008 年为止，全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦，供应的 电力已超过全世界用量的 1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源， 但在 1999 年到 2005 年之间已经成长了四倍以上
风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应。存在地球表 面一定范围内。经过长期测量，调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围 内能利用的依据，通常以能密度线标示在地图上。 (三)生物能 目前的生物能主要是指生物质能。生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的 光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。利用生物的 能力转化原理，具有生物特性的材料和结构特点，是区别于化石能源的本质所在。 吃 人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接 作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成 沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上 最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量 就达1440~1800亿吨（干重），其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能 耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响 生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生 成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程 技术培育能源植物，发展能源农场。 (四)地热能 地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形 式存在，是引致火山爆发及地震的能量。运用地热能最简单和最合乎成本效益的 方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。地热能的利用可分为地热发电和 直接利用两大类。 地热发电利用的一大益处在于，它可以很经济地建立相对较小的发电机组。且 由于在地热系统中，地下流体的运移距离很大，地热能发电需要的水量也很小， 因此地热发电非常稳定，它不受月或年降水量大小的影响"按照载热体类型、温 度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水 型地热发电两大类。当温度范围在200~400℃时直接发电及进行综合利用
风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应。 存在地球表 面一定范围内。经过长期测量，调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围 内能利用的依据，通常以能密度线标示在地图上。 （三）生物能 目前的生物能主要是指生物质能。生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的 光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。利用生物的 能力转化原理，具有生物特性的材料和结构特点，是区别于化石能源的本质所在。 iii 人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接 作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成 沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上 最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量 就达 1440～1800 亿吨( 干重 )，其能量约相当于 20 世纪 90 年代初全世界总能 耗的 3～8 倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响 生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生 成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程 技术培育能源植物，发展能源农场。 （四）地热能 地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形 式存在，是引致火山爆发及地震的能量。运用地热能最简单和最合乎成本效益的 方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。地热能的利用可分为地热发电和 直接利用两大类。 地热发电利用的一大益处在于，它可以很经济地建立相对较小的发电机组。且 由于在地热系统中，地下流体的运移距离很大，地热能发电需要的水量也很小， 因此地热发电非常稳定，它不受月或年降水量大小的影响 iv按照载热体类型、温 度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水 型地热发电两大类。当温度范围在 200～400℃时直接发电及进行综合利用
三.清洁能源缺点 清洁能源产业在初期属于典型的政策导向型产业，目前政策导向日渐清晰，但 在产业实践上还存在不少问题。“弃风”、“弃光”、“弃水”等问题，就一直 是限制我国清洁能源发展的关键因素。国家能源局数据显示，一季度弃风电量 107亿千瓦时，同比增加58亿千瓦时：平均弃风率18.6%，同比上升6.6个百分 点。水电也存在同样的隐忧，根据“十二五”能源规划，这期间应新开工水电 1.6亿千瓦，截至目前，实际开工数量仅四分之一左右。 例如在运用潮汐能的时候，如何克服潮差和水头的变化，使得能源的利用没有 间歇性：如何克服本身潮汐电站在施工，地基，海水对机器的腐蚀和防止坍塌等 施工问题以及本身消耗的高投资的问题都是困难：如何较好地利用好本身潮汐变 化周期循环同样是一大难题。 风力发电虽然是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源。但是风力发电在生 态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。 目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。在一些地区、风力 发电的经济性不足：因为许多地区的风力有间歇性。另外，风力发电需要大量土 地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。而且进行风力发电时，风力发电 机会发出庞大的噪音，所以现在的风力发电还未成熟，还需要较长的发展时间。 四.未来清洁能源发展前景 按照我国《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，我国可再生能源消费量 要占到能源消费总量的15%。随着我国能源生产和消费革命的推进，对清洁能源 的应用势将逐步加大。国家能源局日前公布的通知明确要求，2015年全国将新 增光伏电站建设规模1780万千瓦。“中国光伏发电市场前景的确很好。”厦门 大学中国能源经济研究中心主任林伯强认为，政府还会从政策上大力支持风电、 太阳能发展。 据宇博智业市场研究中心发布的《2015-2020年清洁能源行业市场竞争力调查 及投资前景预测》报告分析，作为清洁能源发电主力，风电也被寄予厚望。国家 能源局日前公布了“十二五”第五批风电项目核准计划，项目容量共计3400万
三．清洁能源缺点 清洁能源产业在初期属于典型的政策导向型产业，目前政策导向日渐清晰，但 在产业实践上还存在不少问题。“弃风”、“弃光”、“弃水”等问题，就一直 是限制我国清洁能源发展的关键因素。国家能源局数据显示，一季度弃风电量 107 亿千瓦时，同比增加 58 亿千瓦时;平均弃风率 18.6%，同比上升 6.6 个百分 点。水电也存在同样的隐忧，根据“十二五”能源规划，这期间应新开工水电 1.6 亿千瓦，截至目前，实际开工数量仅四分之一左右。 例如在运用潮汐能的时候，如何克服潮差和水头的变化，使得能源的利用没有 间歇性；如何克服本身潮汐电站在施工，地基，海水对机器的腐蚀和防止坍塌等 施工问题以及本身消耗的高投资的问题都是困难；如何较好地利用好本身潮汐变 化周期循环同样是一大难题。 风力发电虽然是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源。但是风力发电在生 态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。 目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。在一些地区、风力 发电的经济性不足：因为许多地区的风力有间歇性。另外，风力发电需要大量土 地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。而且进行风力发电时，风力发电 机会发出庞大的噪音，所以现在的风力发电还未成熟，还需要较长的发展时间。 四．未来清洁能源发展前景 按照我国《可再生能源中长期发展规划》，到 2020 年，我国可再生能源消费量 要占到能源消费总量的 15%。随着我国能源生产和消费革命的推进，对清洁能源 的应用势将逐步加大。国家能源局日前公布的通知明确要求，2015 年全国将新 增光伏电站建设规模 1780 万千瓦。“中国光伏发电市场前景的确很好。”厦门 大学中国能源经济研究中心主任林伯强认为，政府还会从政策上大力支持风电、 太阳能发展。 据宇博智业市场研究中心发布的《2015-2020 年清洁能源行业市场竞争力调查 及投资前景预测》报告分析，作为清洁能源发电主力，风电也被寄予厚望。国家 能源局日前公布了“十二五”第五批风电项目核准计划，项目容量共计 3400 万
千瓦，同比增长42%。这意味着风电产业将保持快速增长势头。 随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，清洁能源的推 广应用已成必然趋势。由于天然气联合循环发电具有高效、运行灵活、投资少和 建设时间短等优势，其发电占全世界发电燃料的比例，将从2003年的19%增加 到2030年的22%。2003~2030年，天然气发电装机容量将增加10.7亿千瓦， 占全球发电装机容量的比例将从27%增加到33%。核电发展也呈现提升势头。展 望未来，2003~2030年，国际上核电装机容量将从3.61亿千瓦增加到4.38 亿千瓦。其中，中国、印度和俄罗斯核电装机容量增加最多。全世界核电发电量 将从2003年的2.5万亿千瓦时，增加到2030年的3.3万亿千瓦时。水电及其 他清洁能源发电均有望提高。到2030年，联网的水电和其他清洁能源发电装机 容量将比2003年增加5.53亿千瓦。这其中，大部分的增长来自亚洲国家的大 型水电。中国将是水电增加最多的国家，印度、老挝和越南都有开发水电的计划。 而受高油价等因素影响，用燃油发电占全世界发电的比例将从2003年的10%降 低到2030年的7%。 总的来说，进入21世纪以来，随着科学技术的进步和经济大力全球化的深入 发展，全球气候变化、环境容量和资源承载能力正成为全球经济发展新的制约因 素，而世界各地普遍将清洁能源作为缓解气候变化和满足未来能源需求的有效能 源供应途径，发展绿色经济、清洁能源已然成为国际社会的共识。 参考文献 1吴贵辉.大力发展清洁能源推进电力可持续发展.专家论坛2008，第24卷第3期 m李建中，丁新军.浅谈太阳能利用.《科技信息》2010,19期 m高进伟，李海凤.生物能利用技术探讨.能源研究与信息2003，第19卷第4期 “王贵玲，张发旺，刘志明.国内外地热能开发利用现状及前景分析地球学报2000年第21 卷第5期 v陈琳清洁能源投资：国际趋势与中国的实践.《理论观察》2011年03期
千瓦，同比增长 42%。这意味着风电产业将保持快速增长势头。 随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，清洁能源的推 广应用已成必然趋势。由于天然气联合循环发电具有高效、运行灵活、投资少和 建设时间短等优势，其发电占全世界发电燃料的比例，将从 2003 年的 19%增加 到 2030 年的 22%。2003～2030 年，天然气发电装机容量将增加 10．7 亿千瓦， 占全球发电装机容量的比例将从 27%增加到 33%。核电发展也呈现提升势头。展 望未来，2003～2030 年，国际上核电装机容量将从 3．61 亿千瓦增加到 4．38 亿千瓦。其中，中国、印度和俄罗斯核电装机容量增加最多。全世界核电发电量 将从 2003 年的 2．5 万亿千瓦时，增加到 2030 年的 3．3 万亿千瓦时。水电及其 他清洁能源发电均有望提高。到 2030 年，联网的水电和其他清洁能源发电装机 容量将比 2003 年增加 5．53 亿千瓦。这其中，大部分的增长来自亚洲国家的大 型水电。中国将是水电增加最多的国家，印度、老挝和越南都有开发水电的计划。 而受高油价等因素影响，用燃油发电占全世界发电的比例将从 2003 年的 10%降 低到 2030 年的 7%。 v 总的来说，进入 21 世纪以来，随着科学技术的进步和经济大力全球化的深入 发展，全球气候变化、环境容量和资源承载能力正成为全球经济发展新的制约因 素，而世界各地普遍将清洁能源作为缓解气候变化和满足未来能源需求的有效能 源供应途径，发展绿色经济、清洁能源已然成为国际社会的共识。 参考文献 i 吴贵辉.大力发展清洁能源 推进电力可持续发展. 专家论坛 2008，第 24 卷第 3 期 ii 李建中，丁新军.浅谈太阳能利用. 《科技信息》2010，19 期 iii 高进伟，李海凤.生物能利用技术探讨. 能源研究与信息 2003，第 19 卷第 4 期 iv 王贵玲，张发旺，刘志明.国内外地热能开发利用现状及前景分析.地球学报 2000 年第 21 卷第 5 期 v 陈琳.清洁能源投资：国际趋势与中国的实践.《理论观察》2011 年 03 期