1.3 新能源“新”在何處

無(wú)論是太陽(yáng)能、風(fēng)能，還是生物質(zhì)能，從應(yīng)用歷史分析，它們都普遍早于化石能源。因此，若就應(yīng)用歷史而言，難言其新。新能源的“新”集中體現(xiàn)在：人類(lèi)在以新的技術(shù)和新的工程手段轉(zhuǎn)換利用這些能源，以契合現(xiàn)代用能體系需要。

工業(yè)革命之前，人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)能的利用還僅僅是太陽(yáng)能干燥、風(fēng)力機(jī)提水磨面、生物質(zhì)炊事取暖等原始方式。顯然，這種利用方式無(wú)法滿足現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源的需要。

就根源而言，風(fēng)能和生物質(zhì)能均源自太陽(yáng)能（圖1.17）。太陽(yáng)光是一種電磁輻射，它可以通過(guò)多種途徑直接或間接轉(zhuǎn)換為人類(lèi)所需的熱能、電能和化學(xué)能（燃料）。

太陽(yáng)能可以通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能，還可以先通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。圖1.18是世界上首座商業(yè)化運(yùn)行的太陽(yáng)能熱發(fā)電站，該電站于2007年在西班牙正式投產(chǎn)運(yùn)行，電站采用平面反射鏡將太陽(yáng)光匯聚于安裝在塔架頂部的接收器。該電站的塔架高115m，共安裝了624塊反射鏡，在260℃和40atm（1atm=101325Pa）條件下產(chǎn)生水蒸氣，最大發(fā)電功率10MW。2009年又建成一個(gè)由1255塊反射鏡組成的發(fā)電系統(tǒng)，裝機(jī)容量20MW。圖1.19是建于美國(guó)加利福尼亞州莫哈韋沙漠的9座槽式拋物面太陽(yáng)能熱發(fā)電站，該電站峰值功率354MW。

風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增加，技術(shù)也日益復(fù)雜，而且風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)正由陸地向海上延伸。單機(jī)容量5～6MW的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，7MW風(fēng)電機(jī)組美國(guó)已研制成功，正在研制10MW機(jī)組，挪威正在研制14MW機(jī)組，歐盟正在考慮研制20MW風(fēng)電機(jī)組。圖1.20是丹麥最大的海上風(fēng)電場(chǎng)，由111座風(fēng)電機(jī)組組成，裝機(jī)容量400MW。該風(fēng)電場(chǎng)可以滿足丹麥4%的電力需求，可供400000個(gè)丹麥家庭用能。圖1.21是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的用于6MW機(jī)組的長(zhǎng)75m的葉片。

新能源在提供燃料方面主要依賴(lài)生物質(zhì)能。通過(guò)物理、生物和化學(xué)轉(zhuǎn)化等途徑，秸稈、木材、有機(jī)垃圾等生物質(zhì)資源，可以被轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)成型燃料、沼氣、燃料乙醇、生物柴油、氫能等各種燃料（圖1.22），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤、石油和天然氣等各種化石燃料的替代。

上述各種能源轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)化均需要大量現(xiàn)代技術(shù)作為支撐，涉及材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、熱學(xué)、電氣學(xué)、機(jī)械學(xué)等諸多學(xué)科的知識(shí)。因此，新能源技術(shù)是具有顯著學(xué)科交叉特征的高科技。

新能源的歷史使命在于推動(dòng)人類(lèi)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)。歷史上新型通信技術(shù)與新型能源系統(tǒng)的結(jié)合，預(yù)示著重大經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型時(shí)代的來(lái)臨。這是被譽(yù)為未來(lái)預(yù)測(cè)大師的杰里米·里夫金在其所著的《第三次工業(yè)革命》中所闡明的觀點(diǎn)。按照他的觀點(diǎn)，我們正處在信息技術(shù)與能源體系相融合的時(shí)代。互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與包括新能源在內(nèi)的所有可再生能源的結(jié)合，正使人類(lèi)迎來(lái)新的工業(yè)革命。在這樣一個(gè)時(shí)代，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人們將實(shí)現(xiàn)在家庭、辦公場(chǎng)所和工廠中自助生產(chǎn)綠色能源的夢(mèng)想，任何一個(gè)能源生產(chǎn)者都能將自己所生產(chǎn)的能源通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)與他人分享，使人們從單純的能源消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉础爱a(chǎn)消者”，從而構(gòu)建出人類(lèi)與大自然和諧相處的可持續(xù)發(fā)展社會(huì)。

站在新的歷史起點(diǎn)，如果讓你對(duì)2050年的能源體系做個(gè)設(shè)想，在你的構(gòu)思中能源體系將會(huì)呈現(xiàn)出怎樣的一幅圖景呢？

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[1] British thermal unit的縮寫(xiě)，為英制熱量單位，1Btu=1055.05585J。

[2] 引自黃其勵(lì)院士.加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極發(fā)展可再生能源.現(xiàn)代電力，2007，24（5）：1-5。

[3] 引自盧安武，洛基山研究所.重塑能源：新能源世紀(jì)的商業(yè)解決方案.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2015。

[4] 引自Dukes，J.S.Burning buried sunshine：human consumption of ancient solar energy.Chim.Change，2003，61：31.

[5] 引自Nicola Armaroli，Vincenzo Balzani.Energy for a sustainable world from the oil age to a sun-powered future.Weinheim：WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA，2011.