不同种类清洁能源利用技术

摘要：清洁能源技术是什么？广义的清洁能源包括在能源的生产、及其消费过程中，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、煤的清洁高效利用等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。清洁能源技术种类有哪些？本文为大家介绍。

清洁能源技术是什么

广义的清洁能源包括在能源的生产、及其消费过程中，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、煤的清洁高效利用等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。

清洁能源技术种类详解

太阳能技术

1、太阳能热利用

太阳能热的基本来源是将太阳辐射能收集起来，通过与无害的相互作用转换成热能加以利用。

目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，把太阳能光热利用分为低温利用（小于200℃）、中温利用（200~800℃）和高温利用（大于800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等；中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电集热装置等；高温利用主要有高温太阳炉等。以下简要介绍几种主要的太阳能热利用方式。

①太阳能光热直接利用。太阳能集热器主要是指太阳能热水器，是太阳能热利用种最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活使用。太阳能热水器的发展，经历了闷晒式、平板式、玻璃真空管式和热管真空管式四代。

②太阳能集热发电。太阳能集热发电，又称太阳能热力发电，是当今世界各国在太阳能利用领域研究的重点之一。太阳能集热发电的原理非常简单，就是利用太阳光集热器收集太阳辐射产生的高温来替代常规锅炉或者驱动斯特林发电机发电。与传统的发电厂相比，太阳能热电厂具有两大优势：整个发电过程清洁，没有热河碳排放；利用的是太阳能，无须任何燃料成本。太阳能集热发电对集热的温度要求较高，所以一般需要采用聚焦型集热器，以提高光能流密度。

目前太阳能热发电系统主要有三种类型：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。

2、太阳能光伏发电

太阳能光伏发电，是利用太阳电池半导体材料的光生伏特效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电方式，有独立运行和并网运行两种发电系统。独立运行的光伏发电系统需要蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，可以省去蓄电池，不仅大幅度降低了造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。

光伏发电系统主要由太阳能电池组件、控制器和逆变器三大部分组成。其中，太阳能电池组件是整个发电系统的最核心部分，也就太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器的作用是控制中整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。另外，光控开关、时控开关灯都是控制器的常见功能。逆变器的主要功能是将太阳能直接输出的低压直流转换成能够使用的交流电。

太阳能电池是光伏发电系统的基本构成，也是其发电之本源。其原理是在太阳光照射下，在一些特定的半导体内产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电动势，可以向外电路提供电流，这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应，它是制造太阳能电池的物理基础。

作为整条太阳能光伏产业链的核心，商用的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。目前正在研究的还有多晶硅薄膜及有机太阳能电池等。但就实际应用而言，还是以单晶硅、多晶硅和非晶硅为代表的薄膜技术为主。

3、太阳能制氢

氢属于二次能源，也是一种新能源，干净无毒，对环境无污染，用途十分广泛。目前，利用太阳能分解水制氢的方法有：太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等。

4、太阳能建筑

利用太阳能供电、供热、供冷、照明，简称太阳能综合利用建筑物，是太阳能利用的一个新的发展方向。

太阳能建筑的发展大体分为三个阶段：第一阶段为“被动式太阳房”，它是一种完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用来集取、储存和分配太阳能的建筑；第二阶段为“主动式太阳房”，它是一种以太阳能集热器与风调及供热系统的建筑；第三阶段是加上太阳电池应用，为建筑物提供采暖、空调、照明和用电，完全能满足这些要求的称为“零能房屋”，其典型的利用就是光伏建筑一体化。

光伏建筑一体化（BIPV）是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。

5、太阳能的其他利用形式

①太阳能车。太阳能车就是利用太阳电池将太阳能转换为电能，并利用该电能作为驱动车辆行驶的能源。

②太阳能海水淡化。太阳能海水淡化系统与现有的海水淡化系统相比有许多优点：可独立运行，不收蒸汽、电力等条件限制，无污染，低能耗，低排放，运行安全，稳定可靠，应用价值突出；生产规模灵活，适应性好，投资相对较少，成本较低。

风力发电技术

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。

风能的主要利用方式有：风力发电、风力提水、风帆助航、风力制热等。

1、水平轴风电机组技术

因为水平轴风电机组具有风能转换效率高、转轴较短，在大型风电机组上更突显了经济性等优点，使它成为世界风电发展的主流机型，并占有95%以上的市场份额。同期发展的垂直轴风电机组，因为转轴过长、风能转换效率不高，启动、停机和变桨困难等问题，目前市场份额很小、应用数量有限，但由于它的全风向对风和变速装置及发电机可以置于风轮下方（或地面）等优点，近年来，国际上的相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。

2、风电机组单机容量持续增大，利用效率不断提高

近年来，世界风电市场上风电机组的单机容量持续增大，世界主流机型已经从2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦，目前世界上运行的最大风电机组单机容量为5兆瓦，并已开始10兆瓦级风机的设计与研发。

3、海上风电技术成为发展方向

目前建设海上风电场的造价师陆地风电场的1.7~2倍，而发电量则是路上风电场的1.4倍，所以其经济性仍不如陆地风电场，随着技术的不断发展，海上风电的成本会不断降低，其经济性也会逐渐凸显。

4、变桨变速、功率调节结束得到广泛采用

由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，今年来在大型风电机组上得到了广泛采用。

5、直驱式、全功率变流技术得到迅速发展

无齿轮箱的直取方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场的青睐，市场份额不断扩大。

6、新型垂直轴风力发电机

它采取了完全不同的设计理念，并采用了新型结构和材料，达到威风启动、无噪声、抗12级以上台风、不受风向影响等优良性能，可以大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网的冲击等影响。

水力发电技术

水电是世界的主要能源之一，提供了全球大概1/5的电力，在可再生能源发电量中占95%，相对于其他能源，33%的水电资源已得到开发，其余未开发水电资源90%在发展中国家里。水电的价格非常便宜，而且是水能可持续的，因此它对于解决气候问题和能源供应问题，特别是对于经济转型中的发展中国家来说是非常重要的。中国是目前世界上水电利用最多的国家，总装机容量为117000兆瓦，年发电量可达401200吉瓦·时，三峡水电站为世界上最大的水电站。

生物质能技术

1、直接燃烧

生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发，主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。

2、生物质气化

生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。

3、液体生物燃料

由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早，但发展比较缓慢，由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。

4、沼气

沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）并且在适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。

① 沼气的传统利用和综合利用技术

我国是世界上开发沼气较多的国家，最初主要是农村的户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，后来的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的简历扩宽了沼气的生产和使用范围。

自20世纪80年代以来，建立起的沼气发酵综合利用技术，以沼气为纽带，将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式，已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式，中部地区以沼气为纽带的生态果园模式，南方建立的“猪-果”模式，以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式，都是以农业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。

②沼气发电技术

沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

③沼气燃料电池技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜（PEMFC）、磷酸（PAFC）、溶融碳酸盐（MCFC）及固态氧化物（SOFC）等。

燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低，既可以集中供电，也适合分散供电，是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一，它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面，有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

5、生物制氢

氢气是一种清洁、高效的能源，有着广泛的工业用途，潜力巨大，今年来生物制氢的研究逐渐成为人们关注的热点，但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。

6、生物质发电技术

生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术，主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源，生物质能发电在国际上越来越受到重视，在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。

生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理，形成商品，及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染，又改变了农村的村容村貌，是我国建设生态文明、视线可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤，就可解决目前我国能源消费量的20%以上，每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨，二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨，将产生巨大的环境效益。尤为重要的是，我国的生物质能资源主要集中在农村，大力开发并利用农村丰富的生物质能资源，可促进农村生产发展，显著改善农村的村貌和居民生活条件，将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。

核能发电技术

核能发电利用铀燃料进行核分裂反应所产生的热，将水加热到高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多，所需要的燃料体积却比火力电厂小很多。

核电技术的发展

纵观核电发展历史，核电站技术方案大致可以分4代。

第一代核电站。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年，前苏联建成发电功率为5兆瓦的实验性核电站；

1957年，美国建成发电功率为9万千瓦的Ship Ping Port原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性的原型核电机组成为第一代核电机组。

第二代核电站。20世纪60年代后期，在实验性和原型核电机组基础上，陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组，他们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明。目前，世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期简称的，习惯上称为第二代核电机组。

第三代核电站。20世纪90年代，为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响，世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》，即URD文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》，即EUR文件，进一步明确了预防与缓解严重事故，提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求是能在2010年前进行商用建造。

第四代核电站。2000年1月，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、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家，联合组成了“第四代国际核能论坛”，与2001年7月签署了合约，约定共同合作研究开发第四代核能技术。

地热能技术

高温地热资源的最佳利用方式是地热发电。200~400℃的地热可以直接用来发电。

蒸汽型地热发电 是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存在于较深的地层中，开采难度大，故其发展受到了限制。主要有背压式和凝气式两种发电系统。

1、热水型地热发电

①闪蒸系统

当高压热水从热水井中抽至地面，由于压力降低部分热水沸腾并“闪蒸”成蒸气，蒸气送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注入地层。

②双循环系统

地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸气。蒸气进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器从而完成发电循环，地热水则从热交换器回流注入地下。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。

2、地热供暖

用煤炭、石油、天然气的高品位能量烧锅炉变成低品位的热水来供暖时一种能源浪费，而且带来严重的空气污染。地热供暖时对低温地热资源（小于90℃）中的温度较高者的最佳利用方式。

①常规地热供暖

冰岛利用90℃以上的地下热水，实现了首都雷克雅未克100%地热供暖和全国90%的地热供暖，是地热供暖的典范，也是世界唯一的无烟城市。天津的地热供暖面积占全国的70%以上，天津市地下富含80℃的地热资源，地下热水可直接送入暖气片系统供暖，单井一昼夜出热水2000立方米以上，可供10万平方米建筑面积采暖。经初次循环后地下热水温度降至40~48℃，还可用于地板供暖，可再扩大供暖2万~4万平方米。

②地源热泵供暖

天津将地板供暖的地热二次回水（30~35℃），再用热泵提取热量，单井还可扩大供暖5万~6万平方米。

③地热温室种植

利用地热对温室供暖，甚至用30℃左右的温水对土壤加温，就可以实施地热温室种植，在冬季生产反季节的高档新鲜蔬菜，在北方的地热温室中可以生产香蕉、柑橘，还可以生产高档花卉，满足宾馆、旅游业和人民生活提高后的消费需求，创造很高的经济效益。

④地热水产养殖

地热水产养殖的优势是：延长年内的养殖时间，并且特种鱼类可以高密度养殖，能提高单位水面积的成鱼产量。

海洋能技术

1、潮汐能

因为月球引力的变化引起潮汐现象潮汐导致海平面周期性的升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。潮汐能的主要利用方式是发电，据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000亿~3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。中国最大的潮汐发电站是浙江省江夏实验潮汐电站，总容量为3000千瓦。

2、波浪能

波浪能是指海洋便面波浪所具有的动能和势能，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、波浪的运动周期，以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能源最不稳定的一种能源。

波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化及制氢等。

3、海水温差能

海水温差能是指由于大洋表层海水和深层海水之间水温差而产生的热能，是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。温差能的主要利用方式是发电。

4、海水渗透能

如果有两种盐溶液：一种是溶液中盐的浓度高，一种是溶液中盐的浓度低。那么，把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从盐浓度低的溶液流向盐浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。渗透能是是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。