能源工程發展的必然性

鄧秉南 王偉韜

【摘 要】能源是當今整個世界發展的基本動力，隨著人類社會的進程，傳統的一次能源，二次能源已經逐漸枯竭，無法滿足人類目前的需求。而且使用傳統能源所造成的生態破壞，也成為了當今社會面臨的一個重大危機！所以對于新能源的開發與利用，已經成為了世界各國的戰略核心。

【關鍵詞】能源工程；新能源；傳統能源

一、新能源的定義

什么是新能源？新能源（NE）：又稱非常規能源。是指傳統能源之外的各種能源形式。指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能等。

二、新能源與傳統能源的優劣勢

傳統能源一般指常規能源，如煤炭，石油，天然氣等，多為不可再生能源，且儲存量有限。現階段的傳統能源在當今的科技條件下，已被人們廣泛使用，相對應的技術已經成熟，但缺點也不可忽視，傳統能源對于環境的污染較大，如溫室效應，酸雨，水質，空氣污染等，同時傳統能源的儲量有限，最終終會用耗盡的一天。

而相對新能源來說，新能源具有可再生性，儲量巨大，并且更為環保，大大降低了溫室氣體的排放，但相對的，新能源的開發要比傳統能源困難得多，相對應的技術上未成熟，開發所需要的資金龐大。

三、傳統能源的局限性

就現階段而言，常用的傳統能源有煤炭，石油，天然氣，核能（如核裂變能，核裂變能早在上個世紀50年代初期，就已經被人類開發使用，在當時來說是一種新能源，但到了80年代，核裂變能已被世界上多數國家認定為傳統能源，相應的技術也已經趨近完善）。

上述的傳統能源之中，煤炭，石油，天然氣在使用過程中，會釋放大量的，一氧化碳，二氧化碳，會加劇溫室效應。

其中煤炭使用，會產生或釋放大量的有毒有害氣體，粉塵，如SO2等。SO2不僅污染空氣，還會造成影響礦區植物的生長，更會導致酸雨的產生。酸雨不僅能大規模破壞森林與農作物，更會導致水質酸化，從而使大部分水生生物死亡。

石油的污染更不可忽視。石油除了在使用過程中釋放有毒有害氣體外，它本身就屬于一種污染源。石油本身的污染可分為三個方向：一是大氣污染，表現為油氣揮發物與其它有害氣體被太陽紫外線照射后，發生的理化反應污染。產生致癌物質和溫室效應，破話臭氧層等。二是污染土地，石油物質進入土壤后，會引起土壤理化特性的變化，主要為淤堵土壤孔隙結構，使其被破壞，使之鹽堿化，瀝青化，板結化，使土壤的透水性降低；石油物質富含反應基，能夠與土壤中的無機氮，磷結合并限制硝化作用和脫磷酸作用，從而使土地的有效氮，磷含量減少，導致土地的碳氮比和碳磷比的變化，大大降低了土壤中的養分，使植被死亡。三是污染水體，土壤中的石油向下滲透會污染地下水，或被雨水攜帶污染地表水，或海上溢油，有研究表明，長期使用被含有石油的污水灌溉農作物，會導致農作物減產，生長受阻，康蟲害性降低，甚至導致作物死亡。若人類長期食用這類污水會大大提高癌癥的幾率。石油對大海的危害也很大，石油在海上大規模泄露時，會在海面覆蓋一層油膜，隔絕海面與大氣的接觸，妨礙大氣中的氧溶如海水中，使海水含氧量降低，從而導致海中的魚類和其他生物的死亡。

核能，核能作為上個世紀中葉的新能源，在當今乃至未來的數十年內將會成為世界能源的主體，核能的效率遠高于其他傳統能源，1千克鈾-235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒放出的能量。但在高效率的同時，核能的危險性也遠高于其他傳統能源，核電站在運行的時候，的確不排放二氧化碳及其它化學污染物，但并不代表核電沒有排放，核電站常規運行中，會排放反射性物質氚，乏燃料中有巨量的放射性物質，如銫137，銫135，鍶90，锝99，氪85，鈾，钚和其它放射性錒系元素等。這些放射性元素量大，輻射強，對生物圈和人類都有巨大的危害。這些放射性污染在自然界停留的時間，比化學污染長得多，而且無法處理，只能等它們在幾百到幾百萬，乃至幾億年的時間尺度內慢慢衰減。而且就目前而言，核廢料的處理方法多為陸地深埋法或送人太空，并沒有一個經濟，有效，環保的處理方法。

四、新能源的開發現狀

（一）風能

全球風能的蘊量巨大，相比于可開發使用的水能總量都要大10倍！2016 年全球新增裝機容量為 54，642MW，過去 15 年復合增長率為 15.25%；截至 2016 年底，全球風電累計裝機容量達到486，790MW，過去 15 年復合增長率為 22.25%。而同期我國風電累計裝機容量的年復合增長率為49.53%，增長率位居全球第一；2016年，我國新增風電裝機容量23，328MW（臨時數據），占當年全球新增裝機容量的42.7%，位居全球第一。在風能急速發展的同時也伴隨著一些挑戰性的問題，如棄風限電，風力不穩定等問題。

“棄風限電”是指在風電機組設備狀態正常、風況良好的情況下，由于種種原因風電場被迫暫停部分機組發電的現象。如欠發展地區擁有充足的風力，消耗的電力遠低于生產的電力，多出來的電力遠距離運輸困難，便會出現棄風限電。

（二）太陽能

盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達173，000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤，每秒照射到地球的能量則為1.465×10^14焦。若能充分開發太陽能，能源危機的問題解決迎刃而解了。

就目前來說，開發太陽能有著以下幾大難題：

1.不穩定性，由于受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。

2.效率低和成本高：太陽能利用的發展水平，有些方面在理論上是可行的，技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，現在的實驗室利用效率也不超過30%，總的來說，經濟性還不能與常規能源相競爭。

3.太陽能板污染：現階段，太陽能板是有一定壽命的，一般最多3-5年就需要換一次太陽能板，而換下來的太陽能板則非常難被大自然分解，從而造成相當大的污染。要想開發太陽能，這些問題必須要解決。

五、能源工程及自動化

能源工程及自動化專業順應國家節能減排和發展可再生能源、清潔能源政策需要，培養能源工業急需掌握清潔能源（特別是太陽能、風能的大規模利用）、發電技術、節能技術相結合的復合型人才。能源工程及自動化包括能源工程、能源自動化及清潔能源的利用，研究能源的轉換、傳輸與利用及與之相關的系統與設備，研究風能、太陽能、生物質能等新能源的開發利用，是與新興能源、清潔能源的發展密切相關的科學。

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