第四次工业革命•清洁能源  

                                                            2019-12-22   青野云麓

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。

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（沼气）、地热能（包括地源和水源）海潮能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此，可再生能源的开发利用，日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家。

2019年9月20日，国家能源局发展规划司司长李福龙表示，正在研究“十四五”能源发展规划，将继续壮大清洁能源发展。

那么，清洁能源都有哪些呢？

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。

太阳能

1、光与热的转换。如太阳能热水器、太阳能灶、太阳能热发电系统等。

2、 光与电的转换，如太阳能电池板、太阳能车、船等。

太阳能清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的热能、电能、化学能，能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、无污染的新型能源。

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。研究的热电在太阳能热利用方向上。

风能

地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。

氢能

1、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。

2、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9000倍。

3、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。

4、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。

5、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，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。

生物能

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。所有生物质都有一定的能量,而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物,也包括人畜分粪便和有机废弃物.生物质能为人类提供了基本燃料。甜高粱是主要的生物质能，我国甜高粱最早是科学家于1965年开始培育的雅津系列甜高粱品种，甜高粱耐涝、耐旱、耐盐碱，适合从海南岛到黑龙江地区种植，糖锤度在18-23%，每4亩甜高粱秸秆可生产1吨无水生物乙醇。我国汽油中的甜高粱生物乙醇比例占10%。我国生物质能储量丰富70%的储量在广大的 农村 ，应用也是主要在农村地区。已经有相当多的地区正在推广和示范农村沼气技术，技术简单成熟，正在逐步得到推广。 

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。地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公英里的深度处，温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。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。地热能是可再生资源。

水能

水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。

包括常规能源的清洁利用，如煤的气化和液化；可再生能源如太阳能、风能、水能、海洋能、地热能、生物能的利用；以及新能源（如氢燃料）的开发。氢燃料的发热值为同等重量碳的4倍，燃料产物是水，对环境无污染，是未来理想的清洁能源。

核能

核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特•爱因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放：1、核裂变，打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变，自然的慢得多的裂变形式。

飞轮储能

储能是一种利用高速旋转的飞轮存储能量的技术。在储能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮加速到一定的转速，将电能转化为动能；在能量释放阶段，飞轮减速带动电动机作发电机运行，将动能转化为电能。典型的飞轮储能装置，一般包括高速旋转的飞轮、封闭壳体和轴承系统、电源转换和控制系统等。

飞轮储能具有储能密度较高、充放电次数与充放电深度无关、能量转换效率高、可靠性高、易维护、使用环境条件要求低、无污染等优点。但大规模的飞轮储能系统的研制在高速低损耗轴承、发电/电动机、散热和真空等技术上还有难度。

飞轮储能技术主要有两个分支，一是以接触式机械轴承为代表的大容量飞轮储能技术，其主要特点是储存动能、释放功率大，一般用于短时大功率放电和电力调峰场合。二是以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞储能技术，其主要特点是结构紧凑、效率更高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。

应对能源危机

　　面对严峻的能源危机，中国将如何应对？要对能源进行战略性的规划和布局，以确保我国的能源保障能力。对此，张有生提出了7点意见：

　　一、积极把握发展节奏，形成高效的能源生产体系。这是我国能源战略的优先选择。不能一边拼命进口，一边大肆浪费，这是不可持续的。从经济学的角度来看，我们现在的需求扩张还没有对油价上升做出足够的反映，其中有多种原因，比如说国内依靠不断增加的基础设施建设投资，拉动的经济高速增长，也拉高了石油需求。因此，要加强顶层设计和总体规划。

　　二、合理利用能源，积极引导消费，控制消费总量；中国人均能源资源拥有量偏低；能源效率较低而能耗较高；化石能源特别是煤炭的大规模开发利用对生态环境造成污染；这些现状都影响能源安全，并制约中国能源工业的发展。

　　这些问题是由国际能源竞争格局、中国的生产力水平所决定的，也与产业结构和能源结构不合理、能源开发利用方式粗放、相关体制机制改革滞后密切相关。需要大力推动能源生产和利用方式变革，不断完善政策体系，方能实现能源与经济、社会、生态全面协调可持续发展。

　　特别是石油的合理消费应该是我国的长期能源战略和政策目标，需采取多种措施节约能源。从经济学上讲，无论是可循环资源还是不可循环资源，都是稀缺的，发展节约资源的循环经济就是可以实现资源合理配置的一种经济发展模式。

除此之外，要充分重视价格对需求的调节作用，石油输出国采取补贴，美国放任自由发展，低税收，而欧洲和日本则采取高税收的态度来抑制过度消费。而我国既要补贴，压低油价，又想搞节约，又想搞安全，这是两难选择。要积极倡导适合我国国情的，有价值的、有社会文化内容的，又是方便舒适的生活和消费方式。

　　三、坚定地推进能源领域改革，加快构建有利于能源科学发展的体制机制，改善能源发展环境，推进能源生产和利用方式变革，保障国家能源安全。

　　首先是加快能源法制建设。中国高度重视并继续积极推进能源法律制度建设，正在研究论证制定能源法以及石油储备、海洋石油天然气管道保护、核电管理等方面的行政法规，修改完善《煤炭法》、《电力法》等现行法律法规，推进石油天然气、原子能等领域的立法工作。

　　其次是完善市场体制机制。中国积极推进能源市场化改革，充分发挥市场配置资源的基础性作用。凡是列入国家能源规划的项目，除法律法规明确禁止的以外，均向民间资本开放。鼓励民间资本参与能源资源勘探开发、石油和天然气管网建设、电力建设，鼓励民间资本发展煤炭加工转化和炼油产业，继续支持民间资本全面进入新能源和可再生能源产业。

　　再次，加强能源行业管理。重视能源发展的战略谋划和宏观调控，综合运用规划、政策、标准等手段实施行业管理。

　　四、布局合理，积极做好原油等资源储备。一些措施可能要提前有所布局，我们要从石油运输通道，包括现在伊朗、霍尔木兹海峡提到的封锁问题。这些因素都应该通盘考虑。我们还应该坚持能源进口的多元化方向。一方面要考虑经济性，另一方面也要充分考虑不要把鸡蛋放在一个篮子里。

五、健全及时灵活的应急响应机制。以避免因遭受意外灾害而带来的能源供应中断现象，提高我国能源应急反应能力。

　　六、协同保障，形成国际能源外援的多元化的供应体系。多样化的能源供应体系是非常重要的，我国化石能源增加有限，要实现煤、水、石油、页岩气等多种能源并举的应用体系。在能源合作上，我们应当树立互利合作、多元发展、协同保障的新能源安全观，统筹国际国内两个市场、两种资源，准确把握合作机遇，加强与周边国家开展能源合作，在开放的格局中维护国家能源安全。同时，大力发展新的太阳能、风能、生物质能等可再生能源，要有长期的发展战略去使它逐步地从现在比较弱小，逐渐地能够起到实质性的替代作用。掌握最先进的核、水、电技术，推进能源多元清洁发展、培育战略性新兴产业。

　　七、增加我国在世界能源治理的话语权，参加并影响世界能源主体，引导世界能源市场。2012年年初，世界未来能源峰会上温家宝总理提出，“各国应考虑在G20的框架下，建立全球能源市场的新机制。”这被外界看作是在全球能源大变局之下中国高层的应对思路，在坚持立足国内的同时，为了满足国内能源的供应缺口，中国仍将坚持实施“走出去”战略，加强海外油气资源的合作开发。完善国际合作体制机制，深入参与全球能源治理。加强与世界各国的沟通合作，共同应对国际货币体系，过度投机、垄断经营等因素对能源市场的影响，维护国际能源市场及价格稳定。

中国前景

未来十年，中国能源将实现两个目标：一是到2020年非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%左右；二是到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。

如今，中国已经成为全球清洁能源投资第一大国。

习近平指出，发展清洁能源，是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务。这次召开的两场重要会议，体现了国际社会对清洁能源技术开发和利用的高度关注，体现了全球对建设清洁高效能源体系的积极向往。

习近平强调，中国高度重视清洁能源发展，为此采取了一系列重大政策措施，取得了积极成效。中国将坚持节约资源和保护环境的基本国策，贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，积极发展清洁能源，提高能源效率，推动形成绿色发展和生活方式，努力建设天蓝、地绿、水清的美丽中国，实现人与自然和谐共处。希望会议分享发展和推广清洁能源的认识和经验，共同推动全球走绿色、低碳、循环、可持续发展之路。