传统能源与新能源之间的优劣

文章编号：传统能源与新能源之间的优劣王鹏程山东科技大学 电子通信与物理学院 山东 青岛 266590 摘 要： 能源是推动社会发展的动力，没有能源，社会这个庞大的机器将会停止不前。然而，追溯历史发展，我们发现：在十九世纪产业革命之前，人类消耗能源增长的相当缓慢。而产业革命以来，由于经济的发展，能源耗量也迅速增涨。这样，我们就不得不面临两个问题，一是大量燃烧有机燃料给生态环境和人类生存带来了令人忧虑的环境问题；二是伴随这些非可再生的化石燃料消耗的巨大增长，人类的能源供应面临巨大危险。所以，人们将目光转向新的、可再生的、清洁的能源，并不是追求时尚，也不是要故作神圣，而是为了自己的生存不得不做出的选择。关键词： 传统能源；化石能源；新能源The Pros and Cons between Traditional Energy and New Energy WANG Peng-cheng College of Electronic,Communication and Physics,SDUST,Qingdao,266590,ChinaAbstract: Energy is the driving force of social development, if there is no energy, society, the huge machine, will stop. However, we have found that before the industrial revolution in 19th Century, human consumption of energy increased quite slowly. Since the industrial revolution, because of the economic development, energy consumption is also increasing rapidly. So we have to face two problems, the first is massive burning of organic fuels brought worrying environmental problems to the ecological environment and human survival; the second is human s energy supply faces huge risk coming with the huge growth in non renewable fossil fuel consumption. So people had to make a decision,for our survival rather than pursuit of fashion or pretend to be divine,to look forward to the new, renewable and clean energy. Key words: Traditional energy; fossil energy; new energy1. 传统能源的优缺点1.1 传统能源的优点煤炭、石油、天然气，水电和核电，这些被统称为传统能源。但在第一次工业革命的时候，煤炭是作为新能源取代木柴这个传统能源的。所以，当一种新能源取得大规模应用并经过足够长的时间，就成了传统能源。目前，石油、天然气和煤炭这三种能源占据着全球 80%以上的能源份额。这三种能源又被称为“化石能源” ， 因为其成因是由于远古时代的植物或动物在地下演变而来的。 现有的这几种能源能够得到广泛应用从而成为“传统” ，是因为其有着独特的优点：第一， 是其有比较高的能量密度。 能量密度可以按照单位重量或单位体积所产生的能量来计算，按质量计算，天然气的能量密度最高，石油次之，煤炭再次之。但如果按照体积计算，则石油最高，煤炭次之，天然气又次之。所以，才有了 LNG，将天然气液化，在这种情况下，天然气才能够保持最高的能量密度。第二，是它们便于开采、运输和储存。无论是固态的煤、液态的油还是气态的天然气，都能够方便地进行储运其实，这三种传统能源的开采、储运都是十分复杂的，人类为了运输和储运这些能源花费了无数的资金建立起了一个庞大的储运系统。以煤炭为例，煤矿、燃煤电厂（相关的锅炉、汽轮机、发电机、脱硫、冷却等） ，为了运输所建立的铁路、公路和庞大的货运工具，这些为了煤炭能够发电而形成的系统本身已经成为一个庞大的产业，甚至庞大到了难以清除的地步。石油的炼油则更为复杂了。第三，就是他们一度有着很大的储量，成本也足够低，甚至一度被认为是用之不竭的。这三个原因不仅使得这些能源在第一次、第二次工业革命得到广泛的应用，而且，也使得它们在今后相当长一段时间依然会占据人类经济社会的很重要的份额。当然，这里所说的成本低，自然没有包括资源破坏、环境破坏对人们的健康影响。1.2 传统能源的缺点但是，随着人类生活和工业、商业活动对于能源的需求越来越大，传统能源的开采难度越来越大，易开采的煤矿、油田不断枯竭，有限的储量现在开始变得可见，不少能源的储量年限只剩下几十年。人们开始对于化石能源的储量产生了忧虑。人们认识到这些化石能源的储量不是无限的，即便有足够的储量，在枯竭之前，这些能源的开采成本也将越来越高。这就是所谓的能源枯竭问题。随着近期新兴经济体国家的发展，能源消耗越来越大。何况，当能源真的枯竭，那么，对社会的影响就不是成本的问题了，而是人类的经济社会能否延续的问题。同时，这些能源在使用时有二氧化碳排放，而这不仅会造成气候变暖，而且，很难避免地产生粉尘、酸雨等污染，尤其是今年，在许多发展中国家崛起后，能源消耗量大幅上升，污染的情形不再像过去那样遥远，而是已经影响到了每个人的生活甚至生命。尽管水力发电和核电在正常情况下没有碳排放核粉尘污染，因此，可以被称为清洁能源。但水电站对自然条件的要求和对生态的影响，其实可安装的容量是十分有限的，尤其是大型水电站。而核电的燃料铀矿石，储量更加有限，而且，自从切尔诺贝利和福岛核事故后，人们认识到，在事故状态下的核污染，是非常难以预测和控制的。而二氧化碳的排放导致的温室效应和气候极端变化使得人类的生态变得越来越脆弱，雾霾和酸雨直接威胁着人类的生存。所有的人都认识到，如果能源体系不进行变革，酸雨、雾霾将变得越来越频繁，地球将由于污染不仅会变得不适宜居住，而且会给人类带来灾难性的影响。如果将能源枯竭和环境污染的因素考虑进去，则传统的能源的成本，会比光伏的成本还高。再把各国政府因为污染而付出的医疗成本计算进去，成本更加高得可怕。所以，人们将目光转向新的、可再生的、清洁的能源，并不是追求时尚，也不是要故作神圣，而是为了自己的生存不得不做出的选择。2. 新能源的优缺点新近才被人类开发利用、 有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源。 相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。新能源按类别可分为：太阳能、风力发电、生物质能、生物柴油、燃料乙醇、新能源汽车、燃料电池、氢能、垃圾发电、建筑节能、地热能、二甲醚、可燃冰等。2.1 新能源的优点新能源分类很多，不同产业特点不同，优点自然也不同。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。而对于中国来说，中国能源需求的急剧增长打破了中国长期以来自给自足的能源供应格局，自1993 年起中国国成为石油净进口国，且石油进口量逐年增加，使得中国接入世界能源市场的竞争。由于中国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足，未来中国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。国际贸易存在着很多的不确定因素，国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定，但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响中国的石油供给，对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少中国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的以来程度，提高中国能源、经济安全。2.2 新能源的缺点上面几种新能源的缺点也很明显。要想让新能源顺利发展，更重要的是分析其弱点。如果不对新能源的弱点加以重视并采取规避措施，必将阻碍新能源的推广应用。各类新能源的第一个缺点就是成本高，这也是导致早期新能源难以推广的主要原因。其中，成本高的情形随着用量和规模化将逐步降低，而石油煤炭等传统能源随着储量减少，开采难度越来越大，成本将逐步升高；这将会形成剪刀差，最终使得新能源的成本会低于传统能源。自从 2006 年风电和光伏产业发展以来，各类新能源的成本都下降了很多。例如，光伏发电的装机成本已经从每峰瓦 60 元人民币，下降到了现在的约 8 元人民币。风力发电从每 MW1.2万元人民币下降到了 6000 元人民币， 装机成本的下降必然导致发电成本的降低。 目前， 光伏发电的度电成本已经降到了 0.5-0.8元 / 度的区间，而风力发电也降到了 0.4-0.6 元 / 度的空间，成本的下降也是导致近几年光伏、风力等新能源装机容量的迅猛上升的主要动因。新能源的第二个缺点，就是间歇性。新能源的间歇性并非是由于光伏发电器件或风力发电系统的不稳定，而是源于天气（如日照、风力）的不稳定。由于各种新能源最终都是被转换为电力的形式被人们利用，而电力供应最大的要求就是稳定及可靠性。目前，采取发电侧并网的地面电站，完全依赖主干电网进行调节，当光伏发电的容量逐步增大时，瞬间的大容量波动会给电网造成较大的冲击。我国的电网设计容许的波动，通常不超过 15%，这也意味着如果某地新能源发电的容量在当地所并电网容量中所占的份额超过这个比例，那么，发电量的不稳定有可能造成电网的崩溃。因此，风电和光伏等与生俱来的间歇性，从电力供应的角度来说，这是一个很大的弊端。随着光伏和风力发电的规模的增加，弱点将越来越明显，对光伏和风力发电的阻碍和限制也越来越大。这是光伏风力等新能源下一步再发展必须要考虑的问题。如果说成本问题随着新能源应用的规模不断增加而得到不断降低，因此，逐渐不再成为一个问题的话，那么，各种新能源的间歇性的问题则随着新能源应用规模的上升会变得越来越突出。因为，电力供应最基本的要求就是稳定，而间歇性则恰恰是不稳定的来源。新能源如果想大规模应用，必须要解决这个问题。新能源的第三个缺点，是光伏和风力发电的能量密度较低。这是由于日照强度和风能密度本身就不高的缘故。通常，每平方米的光伏组件的峰值功率上限目前大约在 150 瓦以下，大部分时间在100 瓦左右。这会导致光伏发电的占地面积较大，因此，大型地面电站仅在荒漠和戈壁比较适宜，而在我国东部、特别是东南沿海，几乎不可能建造大型地面电站。这就是为什么要鼓励发展分布式光伏发电的原因，尽量利用建筑物的顶部而不占用土地进行发电。但是，即便是在荒漠，虽然土地便宜，但大面积的电站的建设依然不是太可能。火电厂现在常见的 120 万千瓦的机组，如果按照年发电量计算的话，由于发电时间方面，光伏远远不能与火电相比， 120 万千瓦的火电厂的年发电量相当于 7GW的光伏电站的年发电量，大约需要占地 20 万亩的土地，也就是 1.3 万公顷。这几乎是不可能相比的。因此，如何解决新能源能量密度低的问题，也是需要新能源的推广者们早日解决的问题。只有认识到了新能源的缺点，才能够解决这些缺点，才能够使新能源的应用更加顺利。参考文献：[1] 左然，施明恒，王梦麟 . 可再生能源概论 . 机械工艺出版社 .2007-08. [2] 卢平 . 能源与环境概论 . 中国水利水电出版社 . 2011-01. [3]B.H.Khan( 卡恩 ). 非传统能源 . 清华大学出版社 . 2010-08. [4] 黄宇 ,王元媛 . 能源和能源问题 . 化学工业出版社 . 2014-01. [5] 李晓西 . 中国传统能源产业市场化进程研究报告 . 北京师范大学出版社 . 2013-02. [6] 张钦，周德群，张力波，闫浩 . 中国新能源产业开发研究 . 科学出版社 . 2013-03. 收稿时间： 2015-6-23 作者简介： 王鹏程（ 1994- ） ，男，河北廊坊人，本科学生 .