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清洁能源简介

什么是清洁能源？

清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包

括可再生能源。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、

地热能和海洋能。这些能源消耗之后能够恢复补充，很少产生污染。广义的清洁能

源则包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，

如天然气、清洁煤、核能等。新能源指近几年发展的二次能源技术，如燃料电池、

新型二次电池。

氢能

氢能，一直被认为是一种终极能源，氢气相比于其他燃料其燃烧产物最清洁，基本

只产生无污染的水，而且燃烧产生的水又可以继续制氢，反复利用。其次，氢气燃

烧的比能量高，除核燃料以外氢气的发热值是所有燃料中最高的，是汽油发热值的

3倍。再者，它“轻如鸿毛”，作为我们了解到的最轻的物质，即使是加压液化后

的液态氢，密度也不及钢铁的1/10，这种低密度的性质使得它可以减轻燃料自重，

增大运输工具的有效载荷量，从而有效降低运输成本。

氢能的利用，将让人类告别碳基能源。2000年，氢的生产成本是石油的40倍，到

2010年，这一比例已降至15倍，如今其成本约为石油成本的两倍，盈亏平衡在望。

氢能的主要实现方式是依靠氢与氧反应将化学能转化为电能。由于氢氧反应的副产

物是水，没有环境污染问题，因此人们对氢作为燃料抱有特别大的期望。自20世

纪60年代开始，氢能首先被用于火箭和航天飞机发射等领域，随着科学技术的进

步和对环境保护的重视，氢能源的应用领域逐步扩大到汽车、飞机燃料和氢燃料电

池等方面。

要利用氢作为能源，必须解决氢的储存和运输问题，用高压气瓶储氢或以液态、固

态储存都不经济也不安全。据报道，美国能源部在全部氢能研究经费中约有50%用

于氢的储存研究。

燃料电池(FC)是将化学能直接转化为电能的电化学装置。简单地讲，是反应物燃料

与空气中的氧发生电化学反应而获得电能和热能的装置。能量的转化过程为化学能

直接转化成电能和热能，形成的电能为低压直流电能。燃料和氧化剂分别由两侧经

过两极。它的工作过程相当于电解水的逆反应过程，电极是燃料和氧化剂向电、水

和能量转化的场所，燃料(以氢气为主)在阳极上放出电子，电子经外电路传到阴极

并与氧化剂结合，通过两极之间电解质的离子导体，使得燃料和氧化剂分别在两个

电极/电解质介面上进行的化学反应构成回路，产生电流。它是继水力发电，热能发

电和核能发电之后的第四种发电技术。

核能

核能是可持续发展的清洁能源，已经被公认为是一种唯一能够大规模取代常规能源

的替代能源。核能被列入我国能源政策之中，我国的核电事业有广阔的发展前景，

它将是我国实现国民经济发展战略目标所需能源的重要支柱之一。

从环境的角度看，煤和石油的燃烧，造成严重的环境污染，我国许多城市污染浓度

达到世界前列。核能是清洁能源，核电站运行不会排出CO2、SO2及粉尘。统计结

果表明，法国因电力供应主要依靠核能，其CO2排放量只有周围邻国的15%。

太阳能

与其它能源相比，太阳能具有很多优点，例如:(1)地球上一年接受的太阳能总量远远

大于人类对能源的需求量。(2)分布广泛，不需要开采和运输。(3)不存在枯竭问题，

可以长期使用。(4)安全卫生，对环境无污染等。因此太阳能必将在未来的能源结构

中占有重要的地位，目前其开发利用已经受到人们高度重视，并取得较大的进展。

在太阳能利用方面主要采用的技术有:光电转换和光热转换。在这些技术中起关键作

用的是光电转换材料和光热转换材料。主要的光电转换材料是硅和锗半导体材料，

新近开发的GaAs和CdS材料可实现低成本制造大面积太阳能电池，主要产品为太

阳能电池板。在欧美等发达国家已有硅太阳能电池板的定型产品，我国由中国科学

院等单位研制的硅太阳能电池板也在使用和测试中。但目前转换效率较低

(10%~40%)，制造成本较高，大面积使用还有许多工作要做。主要的光热转换材料

是光吸收材料和相变储能材料，如表面涂黑的金属板，多层光吸收和减反射膜等吸

光材料，无机水合盐、氟石和金属合金;有机石蜡、多元醇和聚乙烯等固-液和固-固

相变储能材料。

风能

风能是空气流动所产生的动能。太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表

面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水平气压梯度的作用下，

空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大，一年中技术可开发的能

量约5.3X10^13千瓦时。风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，但它的能

量密度低（只有水能的1/800），并且不稳定。在一定的技术条件下

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