上海充通大粤 SHANGHAI TIAOTONG UNIVERSITY 生物技术与人类 Biological technology and human 课程论文 Course essay 论文题目：清洁能源的展望 学生姓名：徐智峰 学生学号：5120159038 专 业：建筑学 指导教师：周选围 学院（系）：船舶海洋与建筑工程学院
SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY 生物技术与人类 Biological technology and human 课程论文 Course essay 论文题目：清洁能源的展望 学生姓名:徐智峰 学生学号:5120159038 专 业:建筑学 指导教师:周选围 学院(系):船舶海洋与建筑工程学院
清洁能源 摘要：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”。可再生能 源是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能、海潮 能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视， 尤其是能源短缺的国家。 关键词：清洁能源环保可再生 正文： 1、清洁能源简介 传统意义上，清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污 染程度小。但是这个概念不够准确，容易让人们误以为是对能源的分类，认为能 源有清洁与不清洁之分，从而误解清洁能源的本意。 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”。可再生能源 是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能、海潮能 这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视， 尤其是能源短缺的国家。 2、清洁能源的分类 (1)可再生能源：消耗后可得到恢复补充，不产生或极少产生污染物。如 太阳能，风能，生物能，水能，地热能等。中国目前是国际洁净能源的巨头，是 世界上最大的太阳能、风力与环境科技公司的发源地。 (2)非再生能源：在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染，包 括使用低污染的化石能源（如天然气等）和利用清洁能源技术处理过的化石能源， 如洁净煤等。 核能虽然属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，投资较高，而且 几乎所有的国家，包括技术和管理最先进的国家，都不能保证核电站的绝对安全， 美国的三里岛事故和日本的福岛核事故影响都非常大，核电站尤其是战争或恐怖 主义袭击的主要目标，遭到袭击后可能会产生严重的后果，所以目前发达国家都 在缓建核电站，德国准备逐渐关闭目前所有的核电站，以可再生能源代替，但可 再生能源的成本比其他能源要高
清洁能源 摘要：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”。可再生能 源是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能、海潮 能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视， 尤其是能源短缺的国家。 关键词： 清洁能源 环保 可再生 正文： 1、清洁能源简介 传统意义上，清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污 染程度小。但是这个概念不够准确，容易让人们误以为是对能源的分类，认为能 源有清洁与不清洁之分，从而误解清洁能源的本意。 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”。可再生能源 是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能、海潮能 这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视， 尤其是能源短缺的国家。 2、清洁能源的分类 （1）可再生能源：消耗后可得到恢复补充，不产生或极少产生污染物。如 太阳能，风能，生物能，水能，地热能等。中国目前是国际洁净能源的巨头，是 世界上最大的太阳能、风力与环境科技公司的发源地。 （2）非再生能源：在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染，包 括使用低污染的化石能源（如天然气等）和利用清洁能源技术处理过的化石能源， 如洁净煤等。 核能虽然属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，投资较高，而且 几乎所有的国家，包括技术和管理最先进的国家，都不能保证核电站的绝对安全， 美国的三里岛事故和日本的福岛核事故影响都非常大，核电站尤其是战争或恐怖 主义袭击的主要目标，遭到袭击后可能会产生严重的后果，所以目前发达国家都 在缓建核电站，德国准备逐渐关闭目前所有的核电站，以可再生能源代替，但可 再生能源的成本比其他能源要高
可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的 影响，如需要有水力、风力、太阳能资源，而且最主要的是投资和维护费用高， 效率低，所以发出的电成本高，现在许多科学家在积极寻找提高利用可再生能源 效率的方法，相信随着地球资源的短缺，可再生能源将发挥越来越大的作用。 3、清洁能源的应用 由于清洁能源的种类繁多，各自使用的用途也不同，我在这里选取几个主要 的能源来做一些介绍。 (1)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。地球上的风能、 水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是 地球上的化石燃料。从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太 阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化 学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它的资源丰富，既可 免费使用，又无需运输，对环境没有任何污染。 (2)地热能 地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源于地球的熔融岩浆和放射性物 质的衰变，其利用可分成地热发电和直接利用两大类。地热能的储量比目前人们 所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和 地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那麼地热能便是可再生的。 地热能在世界很多地区应用相当广泛，据估计，每年从地球内部传到地面的热能 相当于100PW·h。 (3)风能 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表 面，地球表面各处受热不同，生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计 到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。 风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源，特别是对沿海岛屿，交通不便 的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农
可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的 影响，如需要有水力、风力、太阳能资源，而且最主要的是投资和维护费用高， 效率低，所以发出的电成本高，现在许多科学家在积极寻找提高利用可再生能源 效率的方法，相信随着地球资源的短缺，可再生能源将发挥越来越大的作用。 3、清洁能源的应用 由于清洁能源的种类繁多，各自使用的用途也不同，我在这里选取几个主要 的能源来做一些介绍。 （1）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。地球上的风能、 水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是 地球上的化石燃料。从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太 阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化 学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它的资源丰富，既可 免费使用，又无需运输，对环境没有任何污染。 （2）地热能 地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源于地球的熔融岩浆和放射性物 质的衰变，其利用可分成地热发电和直接利用两大类。地热能的储量比目前人们 所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和 地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那麼地热能便是可再生的。 地热能在世界很多地区应用相当广泛，据估计，每年从地球内部传到地面的热能 相当于 100PW·h。 （3）风能 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表 面，地球表面各处受热不同，生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计 到达地球的太阳能中虽然只有大约 2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。 风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源，特别是对沿海岛屿，交通不便 的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农
村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有著十分重要的意义。即 使在已开发国家，高效洁净的风能也日益受到重视。 (4)海洋能 海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和 散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋 之中。 潮汐能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面积占 地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分 转化成各种形式的海洋能。 海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储 存著温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。 潮汐、潮流、海流、波浪能都是机械能，潮汐能是地球旋转所产生的能量通 过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能 量与潮差大小和潮量成正比：潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比；波 浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械 能，波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。 河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差， 若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量 成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大 的差异。 (5)氢能 氢能是一种二次能源，因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不 像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，这种能源总有枯竭的一天，而氢能 若能从中生产，则可望能抒解能源危机的警戒。 在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中 分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水，一个步骤就 可发电，发电较传统方式有效率。商品化后，这样的发电系统不但适合一般家庭 使用，其副产品所产生的热水，大约在摄氏40到60度间，相当适合家庭洗澡与 厨房利用，一举两得
村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有著十分重要的意义。即 使在已开发国家，高效洁净的风能也日益受到重视。 （4）海洋能 海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和 散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋 之中。 潮汐能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面积占 地球总面积的 71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分 转化成各种形式的海洋能。 海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储 存著温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。 潮汐、潮流、海流、波浪能都是机械能，潮汐能是地球旋转所产生的能量通 过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能 量与潮差大小和潮量成正比；潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比；波 浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械 能，波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。 河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差， 若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量 成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大 的差异。 （5）氢能 氢能是一种二次能源，因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不 像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，这种能源总有枯竭的一天，而氢能 若能从中生产，则可望能抒解能源危机的警戒。 在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中 分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水，一个步骤就 可发电，发电较传统方式有效率。商品化后，这样的发电系统不但适合一般家庭 使用，其副产品所产生的热水，大约在摄氏 40 到 60 度间，相当适合家庭洗澡与 厨房利用，一举两得
4、清洁能源的优点 清洁能源的优点很多，这里主要选取一些最重要的优势：一是清洁能源产业 具备改变整个经济发展方式的功能。二是传统化石能源的稀缺性越来越明显，发 展清洁能源将强化发达国家在国际能源市场上的博弈能力。三是清洁能源产业最 有可能确立发达国家的产业比较优势。如生物能源能够拉动对农产品的需求，扩 大发达国家在农业领域的比较优势。况且，发达国家在发展清洁能源方面己经取 得了技术领先优势。四是与化石能源相比，清洁能源有助于降低温室气体排放， 实现环境保护，这符合全球可持续发展的趋势。在环境保护方面，发达国家对发 展中国家的领先优势是非常明显的。五是发达国家可以通过制定更加严格的全球 温室气体排放规则，为清洁能源创造市场需求。 5、清洁能源的缺点 尽管水电、风力、核电和太阳能等等是理想的清洁能源，但由于资本、技术 差别等原因，在可预见的将来，它在能源的总构成中还不可能担当主要的角色。 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。 太阳能资源虽然具有常规能源无法比拟的优点，但作为能源利用时也存在着 使用上的缺点。首先太阳能到达地球表面的辐射总量尽管很大，但是能流密度很 低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射 的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有 1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半， 阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时， 想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较 高。另外，由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、 阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又 是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、 稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解
4、清洁能源的优点 清洁能源的优点很多，这里主要选取一些最重要的优势：一是清洁能源产业 具备改变整个经济发展方式的功能。二是传统化石能源的稀缺性越来越明显，发 展清洁能源将强化发达国家在国际能源市场上的博弈能力。三是清洁能源产业最 有可能确立发达国家的产业比较优势。如生物能源能够拉动对农产品的需求，扩 大发达国家在农业领域的比较优势。况且，发达国家在发展清洁能源方面已经取 得了技术领先优势。四是与化石能源相比，清洁能源有助于降低温室气体排放， 实现环境保护，这符合全球可持续发展的趋势。在环境保护方面，发达国家对发 展中国家的领先优势是非常明显的。五是发达国家可以通过制定更加严格的全球 温室气体排放规则，为清洁能源创造市场需求。 5、清洁能源的缺点 尽管水电、风力、核电和太阳能等等是理想的清洁能源，但由于资本、技术 差别等原因，在可预见的将来，它在能源的总构成中还不可能担当主要的角色。 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。 太阳能资源虽然具有常规能源无法比拟的优点，但作为能源利用时也存在着 使用上的缺点。首先太阳能到达地球表面的辐射总量尽管很大，但是能流密度很 低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射 的辐照度最大，在垂直于太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太阳能平均有 1000W 左右；若按全年日夜平均，则只有 200W 左右。而在冬季大致只有一半， 阴天一般只有 1／5 左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时， 想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较 高。另外，由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、 阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又 是极不稳定的， 这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、 稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解
决蓄能问题。而且太阳能利用装置因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性 还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展， 主要受到经济性的制约。 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。 6、未来的展望 面向21世纪，许多学者预测世界能源结构正在发生第三次大转变：从以化石 燃料为主的能源系统向化石燃料、核能、可再生能源等不断变化的多元化结构， 最终将建立以可再生资源和聚变核能为主的清洁能源系统。清洁能源内涵丰富， 它是在可持续发展背景下提出的新理念，主要体现为与生态环境友好相容的能源 与能源利用。而为了应对能源的危机，环境的污染等等，大力倡导清洁能源的发 展，努力解决清洁能源发展中的问题，将对我们的生存环境有着意义深远的好处。 【参考文献】 《前景与争议一一全球10大清洁能源项目》贾健莹《低碳世界》2011年04 期 《以煤为主多元化的清洁能源战略一一我国未来能源可持续发展战略的探讨》 吴宗鑫；吕应运《Journal of Tsinghua University》2000年06期 《发展清洁能源促进低碳经济的途径探讨》 吴明：莫晓丹：陈昌伟 《Shanxi Electric Power》2010年04期 《世界清洁能源发展研究综述》 苗杰民 KJournal of Shanxi Agricultural University)》2013年07期 《清洁能源投资：国际趋势与中国的实践》 陈琳 《Theoretic Observation》
决蓄能问题。而且太阳能利用装置因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性 还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展， 主要受到经济性的制约。 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。 6、未来的展望 面向 21 世纪,许多学者预测世界能源结构正在发生第三次大转变:从以化石 燃料为主的能源系统向化石燃料、核能、可再生能源等不断变化的多元化结构, 最终将建立以可再生资源和聚变核能为主的清洁能源系统。清洁能源内涵丰富, 它是在可持续发展背景下提出的新理念,主要体现为与生态环境友好相容的能源 与能源利用。而为了应对能源的危机，环境的污染等等，大力倡导清洁能源的发 展，努力解决清洁能源发展中的问题，将对我们的生存环境有着意义深远的好处。 【参考文献】 《前景与争议——全球 10 大清洁能源项目》 贾健莹 《低碳世界》2011 年 04 期 《以煤为主多元化的清洁能源战略——我国未来能源可持续发展战略的探讨》 吴宗鑫；吕应运 《Journal of Tsinghua University》2000 年 06 期 《发展清洁能源促进低碳经济的途径探讨》 吴明；莫晓丹；陈昌伟 《Shanxi Electric Power》 2010 年 04 期 《世界清洁能源发展研究综述》 苗杰民 《Journal of Shanxi Agricultural University》 2013 年 07 期 《清洁能源投资:国际趋势与中国的实践》 陈琳 《Theoretic Observation》
2011年03期
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