【摘要】 新能源有新的优势，必然也有新的问题，值得我们新的思考。世界在发展，科技在进步。

“双碳”时代，“新能源”成为热词。到底什么是新能源，新能源一定低碳吗？现在有哪些新能源？它们能“零碳”吗？

 

1 电与电不一样

你的电“零碳”吗？

有很多人说到新能源就以为是电能代替燃料，其实这是很大的误区。大家知道，燃料燃烧会产生碳排放，那么如果电是用燃料燃烧生产出来的，那么这样的电不是也会产生碳排放吗？事实上现在我国大多数地方实际使用的电还是由火电厂燃煤得到的，这一过程仍然产生大量碳排放。不要以为碳排放在电厂产生就和你无关——作为能源的最终消耗者，你仍然应当为这部分“藏”在电里的碳排放负责。
因此严格来说，火电仍然是“旧能源”（燃烧化石燃料，并产生大量碳排放）；电动汽车只有使用“绿电”时，才是真正的“新能源汽车”。

2 不再燃烧

能源还能从哪来？

工业革命以来，人类社会经济发展高度依赖煤、石油等化石燃料。但是随着化石燃料燃烧带来的碳排放问题加剧，人类不得不重新思考：除了化石燃料，我们还可以从哪里获得能源？有哪些能源来源是可再生的、不会带来碳排放问题的？

[001] 太阳能

“万物生长靠太阳”，地球上的能源归根究底大多数都来自太阳的辐射——煤和石油本质上也是亿万年前的动植物固定的太阳能。那么今天我们仍然可以开展对太阳能的利用，目前最广泛的利用方式就是光伏发电。

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，利用光照使不均匀、半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差，实现光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程。一般的光伏发电系统主要由太阳能电池板（实现光电转换）、控制器和逆变器（实现送电上网）三大部分组成。近年来，国家大力鼓励发展太阳能光伏发电。自2012年国家能源局《太阳能发电发展“十二五”规划》，2013年国务院《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》之后，国务院办公厅的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》中也提出了大力发展光伏发电。2014年“光伏扶贫”开展、电价补贴、税收减免等一系列政策切实促进了光伏项目的全面铺开。

[002] 地热能

其实地球本身也蕴含巨大能量，地球深处温度很高，也可以加以利用。大家都知道温泉可以用来加热，而如果温度够高或蒸气量够大，那么就能推动蒸汽机或汽轮机。目前，利用地热发电的具体技术有干蒸汽推动涡轮机发电、闪蒸地热发电和双流联合地热发电等。

 

图源：geo-energy.org

 

目前我国地热发电仍在探索阶段，西藏羊八井地热电站3MW机组由我国自行设计和制造，是我国最主要的地热发电站。此外，直接利用地热能的做法在我国更为常见，2013年国家能源局等印发《关于促进地热能开发利用的指导意见》，2014年2月在河北雄县召开全国地热能开发利用现场会，总结“雄县模式”，在全国部署推动地热能开发利用。截至2015年底京津冀地区地热供暖面积已达1.3亿平方米。2017年1月《地热能开发利用“十三五”规划》出台，提出2020年地热供暖面积累计达到16亿平方米、地热能供暖年利用量4000万吨标准煤的目标。

[003] 自然现象中的机械能——风与水

古人早已懂得利用风或水流推动磨盘等机械，如今将水力或风力转化为电能的技术早已大规模应用。水力发电原理简单，又兼具调水防洪作用，我国一直大力发展，三峡、白鹤滩等大型水电站全国人民都耳熟能详。截止2023年7月，我国水电装机4.18亿千瓦，仍在我国各类新能源发电总量中占据首位。

“风车”在欧洲久已有之，20世纪以来风车转化为电力的技术在欧美的研究试验中逐渐成熟。我国在风力发电技术上不断赶超，目前我国向全球提供了50%的风电设备，并推动全球风电装机成本下降了35%-40%。

1887年

苏格兰教授James Blyth建立了人类历史上第一台用于发电的风机

1888年

美国人 Charles F. Brush 建造了被认为是现代第一台自动运行且用于发电的风力机-Brush大风车，为自家供电。该风机顺利工作了二十年。

1891年

丹麦Askov大学Poul La Cour教授设计并建造了一台只有4个叶片的直流风力发电机，并研究通过电解水储存多余电力

1926年

德国人Albert Betz提出优化风机叶片外形设计的“Betz设计理论”

1941年

美国设计的大型风机Smith-Putnam风机采用了新的控制系统，但风机最终未能成功长时间运行

1957年

丹麦工程师Johannes Juul设计的Gedser三叶风机已基本具备现代风力发电机的雏形。

德国Urich Hutter教授建成的新技术垂直式风机成功运行了四千小时。

1960年

美国Jacobs小型风机快速发展

1974年

美国NASA开始建立近20个各类型风场试验不同新技术风机

1977年

丹麦开始大规模风力发电项目

1980年

美国加利福尼亚政策性支持风电发展，风机快速建设，形成“加州风电潮”，风力发电进入高速发展时代。

[004] 核能

科学家发现，在微观领域，构成物质的最小单位——原子如果发生结构变化，将释放大量能量。这种原子结构变化可能是聚变或裂变，目前核电站实际应用的是裂变反应。我国目前有55台运行核电机组，在运在建核电装机总规模世界第一。

[005] 生物质

伐薪烧柴是最古老的能量获取方式，一度被现代文明淘汰。但在少用或不用化石燃料的要求下，有越来越多的人重新将目光转回了生物质当中蕴含的能量——当然不是回到烧柴时代，而是开发新的、更高效的利用方式。比如，农业生产中不能食用的部分，像是稻壳（占稻谷质量的20%）、秸秆（占穗重的20%）、甘蔗渣（与蔗糖各占50% ）等，以及修剪的树木枝条，甚至包括造纸、制革、酿酒等工业的有机物含量极高的废水，都是潜在的能量来源。

 

用来自生物质的“生物柴油”替代来自化石燃料的柴油或汽油，是当前一个比较常见的思路。生物柴油（Biodiesel）是指所有以生物质为原料制成的替代燃料。狭义的生物柴油特指脂肪酸甲酯类物质，主要指植物油(如篦麻油、菜子油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油等）、动物油(如鱼油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇发生反应后得到的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。在实际应用中，生物柴油的原料来源很广泛，各种食用油和餐饮废油、屠宰场剩余的动物脂肪甚至一些油子和树种，都可以作为生物柴油的原料。目前我国生物柴油已产业化发展，废弃油脂回收再利用工作也有开展。

 

来源：2023上海国际碳中和博览会

1980年

美国开始了以大豆油替代柴油的研究

1983年

美国科学家将亚麻籽来源的油类应用于发动机成功燃烧1000小时

1984年

美国和德国科学家开始研究用脂肪酸甲酯或乙酯替代柴油作为燃料

1990年

欧洲以菜籽油为原料的生物柴油广泛在拖拉机中使用

1992年

德国北部开始了生物柴油工业化的尝试

2010年

我国两套年产能1万吨的生物质热解液化设备在山东投产 标志着我国生物质油的产业化进入实质性阶段 

3 双碳时代

正在高速发展的新能源

我国近年来大力发展新能源。水电、风电、太阳能发电和在建核电装机规模均属世界第一。我国向全球提供了50%的风电设备、80%的光伏组件设备。2021年，全球太阳能光伏装机成本较2010年下降约82%，风电装机成本下降了35%-40%，这不仅为推动中国的绿色低碳发展，也为全球的减排作出了巨大贡献。
中国计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。中国煤炭消费量占能源消费总量的比重已由2005年的72.4%下降到2021年的56.0%，在2023年可再生能源的装机容量已经突破了13亿千瓦，历史性超过煤电。
取代汽油和柴油的新能源利用方式也如雨后春笋般不断涌现。目前我国新能源汽车产销量连续8年居全球第一，保有量达1620万辆，全球一半以上的新能源汽车行驶在中国。除电力驱动外，用氢燃料、氨燃料等新型“零碳”燃料驱动的汽车、轮船甚至飞机都已经投入使用。
来源：2023上海国际碳中和博览会

4 新能源新反思

我们真的能“零碳”吗？

除了化石燃料，新能源大多是可再生的，它们看起来都很美好，但是它们真的都完全没有碳排放吗？这个问题属实有些不好回答。首先，在使用电能的时候我们经常无法区分火电和绿电，一不小心就会掉进碳排放的陷阱；其次，即使是光伏或风力发电，看似产生完全无碳的绿电，但如果考虑全生命周期，那么这些新型发电设备的生产、运输过程都有可能是高能耗，甚至高污染的。地热发电也有它的问题，不当开发很有可能导致底层中的二氧化碳进入大气——当然量不会很大，但也足够我们给它的“零”碳打上引号。再例如生物质发电，虽然碳排放没有燃煤高，但生物质燃烧仍然是显而易见的产生碳排放的过程。然而，如果结合CCS技术捕捉并封存这部分碳，甚至可以建立大气-生物-发电-封存流程的从大气中去除现有二氧化碳的方法（当前研究热点之一的BECCS），那么它甚至可能是“负碳”的。
新能源有新的优势，必然也有新的问题，值得我们新的思考。世界在发展，科技在进步。这是一个快速变革的时代，我们期待时间能给出更多答案。
部分资料来源：nea.gov.cn；mee.gov.cn；geo-energy.org；cctv.com