摘要：伴随着日益严重的世界性能源短缺和环境污染，人类对绿色能源的需求越来越大。以太阳能，风能等为主的绿色能源将成为21世纪的主要能源。本文以太阳能、风能为主体对未来绿色能源的开发和利用进行了较为详细的展望。
Human beingsˊdemand of environment-friendly energy resources becomes more and more followed by more and more serious global lack of energy resources and environmental pollution. Environment-friendly energy resources　mainly of solar energy and wind power become the main energy resources in 21st century .The essay prospects a little in-depth for the future exploitation and usage of environment-friendly energy resources of which the principal part is solar energy and wind power.
关键词：绿色能源展望 太阳能 风能

随着全球工业化的进程的进一步加快，人类对能源的需求量也随之逐步增加，而地球上的作为常规能源的化石燃料如：石油、煤炭、天然气等不可再生能源储量在快速减少，因此寻找新的能源来取代化石燃料已是人类共同课题之一。现代新能源和可再生能源技术是由20世纪能源电力技术发展形成的高新技术。最近20年的长足进步，它已对世界能源结构调整产生了巨大的影响。无论是从经济社会走可持续发展之路上来审视还是从保护人类赖以生存的地球环境出发都可以预言：2l世纪将是人类在能源方面以太阳能，风能等绿色能源为主的世纪，能源的开发和利用将面临历史性的变革。
0、全球性的能源问题
0.1能源危机
在当今的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、煤炭、天然气等化石能源。随着全球工业化的进程，全球未来的能源消耗预计仍以3％的速度增长，而支撑工业化进程的能源电力主要依赖化石燃料。随着能源消耗的增长，地球上的储藏消耗越来越快。根据国际上的能源预测，石油资源将在40年内枯竭，天然气资源将在60年内用光，而煤炭资源也只能使用220年，可见在人类历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期仅是一个不太长的阶段，它们最终走向枯竭，而被新能源所取代。新型绿色环保能源可以再生，无污染，是国际社会公认的理想替代能源。
0.2环境污染
　 利用能源的过程也直接污染着地球环境，而随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，环境问题即成为一个全球性的问题。
大气污染是当前国际社会普遍关注的重大全球环境问题，它主要是发达国家在其工业化过程中燃烧大量化石燃料产生的二氧化碳等气体造成的。随着大气污染的日益严重，环境污染得到越来越多的表现，如：温室效应、酸雨、破坏臭氧层等等。而新能源和可再生能源污染物排放少甚至没有，是保护生态环境的清洁能源。采用绿色能源以逐步减少和代替化石能源的使用，是保护生态环境走经济社会可持续发展之路的重大措施。
l、太阳能
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，地球上的风能、水能、生物质能以及一部分潮汐能都是来源于太阳，即使是地球上的化石燃料从根本上讲也是远古以来贮存下来的太阳能，这些能量都间接或直接，被动或主动地为我们所利用。太阳能是一种清洁干净，可再生的能源，它资源丰富，使用起来既不会出现环境污染也不会破坏生态平衡，即可免费使用又无需运输，所以在目前世界性的能源短缺和环境污染的情况下，太阳能将是人类的主要能源之一。
直接利用太阳能可通过三种途径：即光热转换、光电转换和光化学转换。利用这三种方式可以将太阳能转化为其他能量储藏起来加以利用。
1.1光热转换方式
光热转换是将太阳辐射到地球的光能转换为地球上的其他物质的内能的过程。光热转换所产生的热量可以用来采暖、空调、水加热和干燥等诸多方面，由于光热转换成本低，技术上容易实现，适用面广，所以现在许多国家把它放在太阳能利用的首位。
黑色粗糙表面在阳光下易变热，因此太阳能设备中的吸收表面一般都涂以黑色涂层或其他采光涂层，阳光照在上面就能有效地被吸收转化为热能，这种光热转置又可分为平板式采集器和聚集式采集器两种装置类型。但若要满足能量供给的需要还必须解决蓄能问题。太阳能蓄能器一般有三种形式：固体蓄能器、液体蓄能器和潜热蓄能器。
通过集热器采集的太阳能即可用于供暖又可用于制冷。太阳能供暖是很有发展前途的太阳能用途之一，而一种很可行的综合系统是将太阳能供暖和太阳能制冷结合起来，一个集热器分季节既可用于供暖又可用于制冷，这样可以降低成本，提高集热器的利用率。另外，利用太阳能发电也是当今世界各国在太阳能利用上研究的主要课题之一，在世界上已经建立了不少实验性的太阳能热发电工厂。
1.2光电转换方式
光电转换即太阳光发电，由于它不需要燃料，没有运动部件，无气体排放，所以它既没有任何污染，又不会破坏生态环境，因此在利用太阳能发电中，太阳光在21世纪中具有特别重要的地位。
太阳光发电是通过太阳电池直接将太阳辐射能转化成电能，可称由于光照而产生电动势的现象为光伏效应。太阳能电池就是依据光伏效应而设计出来的。目前利用半导体材料制成的光电池已进入实用阶段，如单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池等。这种光电池不仅被用做手表、收音机、灯塔的电源，而且被用于汽车、飞机以及航天技术等诸多方面。单晶硅电池应用广泛但造价高，而利用大面积非晶态硅薄膜半导体制造的太阳电池制造简单，耗能低，使用材料少，是一种成本低但性能良好，很有发展前途的太阳电池。
1.3光化学转换方式
光化学转换是利用光和物质相互作用引起的化学反应。例如，光化学电池就是利用光照引起化学反应，使电解液内形成电流而供电的电池。又如，利用太阳能分解水制氢，也是较理想的使用方法，因为氢作为燃料具有无污染，热值高等优点。另外，植物的光合作用对太阳能的利用率极高。利用仿生技术，模仿光合作用一直是科学家努力追求的目标，一旦对光合作用的化学模拟研究成功，就可以使人造粮食，人造燃料成为现实。
2、风能
风能来源于太阳能，是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀而引起的空气流动所产生的能量，所以风能的利用是太阳能的二次利用。
风能的能量也是非常巨大的。据估计，地球上年风能约为200亿千瓦左右，风能是一种有利有害的能量，风能可以产生沙尘暴，也可以用于发电，如何很好地利用风能使其更多更好地为人类服务是我们需要好好研究的课题。

2.1风能是一种可再生的绿色环保能源
风能是一种巨大的天然清洁能源。随着能源危机的不断加重，风能利用受到了世界各国的普遍关注和重视。风力可转化为电能，机械能和热能等，但主要是风力发电。风力发电属于经济型可再生绿色环保能源发电方式。过去的20年间，世界的风能发电装机容量以平均每年增长52％的速度增加。专家们预测，在21世纪，风能将占能源结构的10％以上，其中风能发电总量将达到全世界发电总量的15％以上。
风力发电灵活多样，既可单机发电，又可机组发电，以适合不同的需要。现在中小型风能发电在很多国家都处于增容发展过程，技术也比较成熟。当今世界对风能发电研究的重点是风能发电机大型化，提高效率和可靠性。当今风能发电机大型的单机发电能力己达到600千瓦以上。我国当前还不能制造大型高性能的风能发电机，另外，几千千瓦或者更大的风能发电机群也是各个国家关注的研究方向，这种大面积的发电机群又称为风车田。由于它的垂直面积极大，它本身兼有利用风能发电和减少风害的双重作用。

2.2世界风能利用的现状
目前全世界大约有近百万台风能发电机在工作，发电总功率在数百万千瓦左右。风能利用最好的国家当数丹麦，它在风能开发利用方面处于领先地位．素有“风车之国”之称的荷兰在90年代初期就已经达到了15万千瓦，现在已达到了近百万千瓦。我国也有较丰富的风能资源，初步统计约为10亿千瓦以上，平均风能密度可达到每平方米100千瓦以上。我国的西北部地区，平均风能密度可达到每平方米200瓦以上。我国当前风能发电还处于研究试点阶段，发展方针是以小型为主，兼顾大中型。现在我国的新疆、内蒙、甘肃等省都有风能发电机在工作。目前我国共有风能发电机组约几十万台，最大的是位于新疆达板城，装机容量达4000千瓦的风能发电厂。
2.3风能发电
风能是一种机械能，是由于空气流动而具有的动能。风能的能量密度可用下面的公式来计算：
ω=ρv2／2
其中ρ为空气密度，v为风速。
风能的能流密度可以用下面的公式计算：
I=ωv=ρv3／2
上式说明，风能与风速的立方成正比。因此，风速越大的地区风能资源越丰富。另外，风能的利用必须具备三个主要条件：一是要达到启动风轮机的最小风速，即至少要三级风，风速不小于三米每秒，对中大型风轮风速还要更大一些；二是不能超过风轮机的允许的最大风速，这一指标由风轮机的设计要求来决定；三是要保证可用风速一年内的持续总时数，这一指标可根据以往的气象风速记录来确定。
在市场经济条件下发展风电的最大问题是风电电价的竞争和电价政策和合理性。当前，国家正在整顿电价，改革“电价形成机制”准备尽快出台《电价管理条例》。这是关系到我国电力产业改革的大事，也是有利于国计民生的好事。
在我国风电电价存在的诸多问题中，最突出，非要在近期内解决不可的主要问题有两个：第一，作为一种新型的发电方式，有区别于常规电源的技术经济特性，国家需要明确风力发电的电价测算原则，以增强风电企业的经营能力，尤其要考虑风力发电在环保，节能和节水效益上的贡献因素；第二，加强风电电价管理，有效控制风电电价的不合理上涨，提高风电电价的透明度，使风电电价更具有与其它电价的竞争性。
3、结论
新的世纪已经到来，人类对能源需求的增长将是越来越快，对能源的可持续性和清洁程度的要求越来越高，而对使用能源引起的负面效应例如：污染环境，破坏地球生态平衡等将有越来越严格的限制和要求，因此，加大对绿色能源利用的研究和开发，缩短研究——开发——应用的周期已是当务之急。尤其在人口密度不大，居住分散，地域广阔且绿色环保能源丰富的地区更应当加大研究和开发的速度，并尽快进行区域性试点。新的世纪需要绿色能源，可以预言：21世纪将是一个以绿色环保能源为主要能源的新世纪。

本文刊于《屯中教研》第三期