工程热物理与能源利用学科发展.doc

工程热物理与能源利用学科发展战略 - 工程热物理与能源利用学科现状与发展趋势 6 可再生能源 6.1学科内涵 近年来，随着我国国民经济的快速发展，油荒、煤荒、电荒几乎是一夜之间凸现在人们的面前。我国是人口大国，人均能源资源并不丰富。已探明储量的各类化石燃料中，煤炭资源最丰富，油气资源相对匮乏。受开采条件和资源枯竭等因素影响，我国传统能源供应模式日益面临危机，要实现能源供应的可持续发展，必须坚持“节能优先、结构多元、环境保护、市场推动”的能源发展战略。可再生能源利用是实现能源结构多元化的重要因素。 可再生能源主要是指太阳能、风能、生物质能、地热、海洋能等资源量丰富，且可循环往复使用的一类能源资源，其转化利用具有涉及领域广、研究对象复杂多变、交叉学科门类多、学科集成度高等特点。在可再生能源工程领域中，工程热物理学科主要研究可再生能源利用过程中能量和物质转化、传递原理及规律等相关热物理问题。可再生能源利用形式多样，涉及工程热物理各个分支学科，具有多学科交叉与耦合的特点。工程热物理学科相关分支学科的发展将为可再生能源利用技术的研究和发展提供理论基础和技术保障，而可再生能源利用的研究又不断为工程热物理学科提出新的研究方向和发展目标，促进工程热物理学科的发展。2006年开始实施的可再生能源法将大大推进中国在可再生能源的研究、开发和应用。可再生能源的开发利用已成为我国能源工业发展的重要战略目标，必须高度重视可再生能源利用技术的基础研究。 太阳能 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。 太阳能转换利用主要指利用太阳辐射实现采暖、采光、热水供应、发电、水质净化以及空调制冷等能量转换过程，满足人们生活、工业应用以及国防科技需求的专门研究领域，主要包括太阳能光热转换、光电转换和光化学转换等。太阳能光热利用指将太阳能转换为热能加以利用，如供应热水、热力发电、驱动动力装置、驱动制冷循环、海水淡化、采暖和强化自然通风等等；光电利用指通过太阳能电池的光伏效应将太阳辐射直接转化为电能加以利用的过程；光化学利用则包括植物光合作用、太阳能光解水制氢、热解水制氢以及天然气重整等转换过程。涉及理论基础包括工程热物理的几乎所有分支学科，关系最密切的是工程热力学、传热传质学和热物性学；要构成有实用价值的太阳能利用系统，还需要进行热力系统动态学研究。太阳能转换利用还和化学、材料科学、光学工程、建筑科学，生物科学等学科有着密切联系，是一门综合性强，学科交叉特色鲜明的研究分支。在工程热物理学科范畴内，应着重研究与各种太阳能转换利用过程相关的能量利用系统动态特性以及与能量转换过程有关的热物理问题等。 太阳能是最重要的可再生能源之一，资源总量大，分布广泛，使用清洁，不存在资源枯竭问题。进入21世纪以来，太阳能利用有令人振奋的新进展，太阳能热水器、太阳能电池等产品年产量一直保持30％以上的增长速率，被称为“世界增长最快的能源”。我国太阳能热水器与德国的风力发电、日本的太阳电池一样位居世界第一，尽管在能源结构中所占比例还很小，但在某些特定领域和地区却发挥了至关重要的作用。 太阳能资源开发利用的关键，是解决高效收集和转化过程中涉及的能量利用系统形式、能量蓄存和调节、材料研究和选择等等问题。除传统的太阳能热水系统，还有太阳能干燥、太阳能温室，太阳能照明和太阳能养殖等系统和领域，太阳能开发利用是建筑能源的一个重要方面，也是国防科技以及未来电力有很大潜力的领域。从能源战略发展角度讲，太阳能转换利用的研究能为解决能源供应可持续发展问题做出贡献，有利于减少化石能源引起的环境污染及全球性温室效应，是实现能源结构多元化，构成可持续能源系统的关键之一。 生物质能 所有含有内在化学能的非化石有机生物物质都称为生物质，包括各类植物和诸如城市生活垃圾、城市下水道淤泥、动物排泄物、林业和农业废弃物以及某些类型的工业有机废弃物。某种意义上讲，生物质是可再生、天然可用、富含能量、完全足以替代化石燃料的含碳资源。地球每年生长的生物质总量约为1400-1800亿吨（干重），含有的能