2.1 新能源家族簡介

新能源是個大家族，成員包括太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能和核能等。在介紹這些成員之前，有必要對“新能源”和“可再生能源”這兩個易混淆的概念加以區分。新能源和可再生能源的成員多有重疊，但核能和水能例外。核能雖屬于新能源，但其資源不具再生性，故不屬于可再生能源，而水能雖具再生性，但通常不被列入新能源行列。為了用一個詞定義這些非化石能源，就有了“新能源和可再生能源（New Energy and Renewable Energy）”這個概念。鑒于核能屬于“核科學與工程專業”的知識范疇，且通常新能源專業不將其納入教學內容，所以本書不對其進行專門介紹。

新能源成員有許多共同特征，主要體現在以下方面：

（1）可再生。具有再生能力是除核能外其他新能源家族成員的共同基因。在人類文明存續的時間尺度內，新能源可以持續不斷地向人類提供能量，而且，它們所能提供的能量遠大于人類的能源消耗量，各種可再生能源的資源潛能見圖2.1。

（2）清潔環保。一方面，新能源都具有實現CO₂零排放的潛質，這種潛質一旦被完全開發，能源消耗與CO₂排放之間的耦合關系將會被解除。當然，這需要待能源實現完全轉型后才能夠實現，因為目前新能源在生產利用過程中還沒有完全脫離對化石能源的依賴。另一方面，新能源利用過程中污染物排放少，太陽能、風能和海洋能等在利用過程中不產生大氣污染物，而生物質直接燃燒所產生的大氣污染物低于化石能源。

（3）能量密度低。以功率密度作為評價指標，光伏電池板和生物質的功率密度分別為50～60W/m²和0.1～0.2W/m²。而在現代社會，超市和辦公建筑的功率密度為200～400W/m²，高層建筑則高達3000W/m²，鋼鐵等能量密集工業活動則為300～900W/m²。由此可見，新能源的功率密度難以與化石能源世紀形成的社會模式相適應。

圖2.1 可再生能源的資源潛能（Nitsch，F.，2007.BMU documentation）

（4）供應存在間歇性。太陽能和風能都直接受天氣影響，存在間歇性。間歇性帶來能量產出的不穩定，這與社會對能源的連續性需求不匹配。為解決這對矛盾，發展儲能技術勢在必行。鑒于此，本章最后將儲能作為獨立的一項技術加以介紹。

上述前兩個特點賦予了新能源優秀的品質，后兩個特點則屬于它們的先天缺陷。因此，人類圍繞新能源開展研究的主要目的就是揚長避短，從而使以新能源為主構建的能源體系能夠支撐人類社會的可持續發展。