新能源产业 （开发新能源的单位和企业从事的所有相关工作）

简介

联合国开发计划署（United Nations Development Programme，UNDP）把新能源分为大中型水电、新可再生能源（包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能）、传统生物质能三大类。常用的新能源有太阳能、水能、风能、核能、地热能、生物质能等。不同的新能源能量来源不同，利用方式也不同，主要应用方式是发电或直接利用产生的热能。世界各国为促进新能源产业的发展都提供政府帮扶，出台相关政策。例如中国2022年发布的《“十四五”现代能源体系规划》《促进新时代新能源高质量发展实施方案》《“十四五”可再生能源发展规划》等。太阳能、风能、水能、生物质能和地热能等新能源技术已经取得了长足发展，而且产业已经形成一定规模，截至2022年底，中国可再生能源装机突破12亿千瓦，达到12.13亿千瓦，占全国发电总装机的47.3%。其中，风电3.65亿千瓦、太阳能发电3.93亿千瓦、生物质发电0.41亿千瓦、常规水电3.68亿千瓦、抽水蓄能0.45亿千瓦。中国在制造技术、产业规模和成本上拥有发展优势，且发展潜力还很大，但在部分技术上还无法摆脱对外依赖、且存在检测指标落后、土地使用、融资和并网接入成本高的问题。

新能源产业源于对新能源的应用，反映了一个国家和地区科技发展水平和企业竞争力。新能源产业是资金密集和技术密集型产业，相对于传统能源产业拥有巨大优势，但开发难度也相对较高。发展新能源产业具有缓解全球变暖、改善环境卫生、创造经济利益、稳定能源价格和提高能源可靠性等作用。

基本概念

概念

新能源产业是指开发新能源的单位和企业所从事的所有相关工作。新能源产业反映了一个国家和地区科技发展水平和企业竞争力，新能源产业是源于新能源的应用。广义的新能源产业包括三个方面的内容：一是可再生能源产业。二是传统产业的低碳化发展。三是大力提升产业结构，发展低耗能的信息产业、服务产业，降低高耗能产业比重，利用技术创新优化产业结构。狭义的新能源产业主要是指新兴低碳的可再生能源产业的发展。

新能源的概念是相对于常规能源提出的概念，所谓的新能源是指开发利用需要新技术支持，已开发但没有规模应用或还在实验研究，需要进一步开发的能源。即人类新近开发利用的能源。

许多国家已经实现了核能的规模应用，按照这个标准来说，核能应属于常规能源，但仍然将核能划分到新能源的范畴。

产业地位

（1）新能源产业发展会极大改变全球能源供需和地缘政治格局。页岩气革命和各国在能源上的战略调整，让世界能源格局发生了重大变化，但经济发展的能源依赖局势没有改变。新能源产业的发展将经济增长的资源依赖转换为技术依赖，在低碳发展的大趋势下，率先掌握技术先进、效率高、成本低的新能源技术的国家将会获得巨大发展优势。

（2）新能源成为国际能源产业竞争的制高点。欧美日等发达国家持续加大新能源领域投入，新一轮的技术革命和产业革命即将到来，风电、太阳能、新能源汽车技术趋于成熟，成本不断下降，并且已经形成规模，相应的电池等储能技术也不断进步。

（3）发展新能源是中国践行应对气候变化承诺、树立负责任大国形象、拓展能源外交与国际合作的重要名片和有效途径。

分类

新能源分类

联合国开发计划署（United Nations Development Programme，UNDP）把新能源分为三大类：

（1）大中型水电；

（2）新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；

（3）传统生物质能。

新能源可分根据一次能源和二次能源，传统能源和新型能源为：

中国新能源分类：

新能源产业分类

特点

相较于传统能源优势明显

（1）新能源大多储量丰富且可再生，可重复利用；

（2）相比化石能源污染很小，甚至没有污染；

（3）随着新技术的不断问世，新能源的开发潜力还很大。

技术含量高

新能源产业大多技术含量高，使用需投入大量成本。许多新能源产业因为技术不成熟，缺乏创新，导致发展成本高，市场占有率低，这成为了新能源产业发展的阻碍。生物质能研究主要关注木质素热解、催化剂、预处理、微藻生物燃料、生物精炼等方向；储能研究主要聚焦锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、正负极材料、快充技术等方向；地热能研究热点方向包括增强型地热系统（EGS）、地热系统数值模拟、地热钻井技术等；氢能研究主要关注非贵金属催化剂、金属有机框架材料、钴基催化剂、双功能催化剂等领域；核能研究主要的关注点包括核废料处理技术、核电站安全技术、耐辐照材料、磁约束核聚变、惯性约束核聚变等；太阳能研究重点关注方向包括钙钛矿太阳能电池、叠层太阳能电池、太阳能光催化制氢、催化剂、半导体电极等；风能研究的主要热点方向包括高功率能量转换器、风力涡轮机、风 电数值模拟、风电高比例稳定并网等。

木质素

新能源产业发展门槛高，体现在投入大、技术要求高，仅靠个人和企业的力量很难大规模应用，必须有政府扶持。代表行业是新能源汽车，中国新能源汽车起步较晚、基础较薄弱，存在产品续航能力弱、实际用途窄、车型种类单一等问题。消费者认可度不高，配套基础设施水平较低，企业扩大生产的积极性不强，在较长一段时间里依赖财政补贴。2009年初，财政部、科技部、国家发展改革委、工业和信息化部启动“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，2012年，国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，对购置补贴政策做了进一步明确。2018年后，国补政策进入调整期，企业获得补贴的条件变得严格，单辆纯电动乘用车补贴享受补贴均下降了约50%。2018年后，部分续驶里程较低的纯电动乘用车补贴逐渐下降为零，其余车型也逐年下降。到2022年，续驶里程300公里以下的纯电动乘用车已不再享受补贴。从2009年到2022年，中国新能源汽车销量从5294辆增长到688.7万辆，产销量近8年稳居全球第一。至2023年，中国新能源汽车相关企业数量达60.58万家，代表性的自主品牌包括比亚迪、小鹏、蔚来等。

新能源来源和应用

太阳能

来源和特点

太阳内部随时都在进行核聚变，对外释放出巨大能量，根据太阳的反应速度推算，氢的储量足够维持600亿年，对于人类来说，太阳能几乎是用之不竭的。

地球接受到的太阳能仅占其总能量的22亿分之一，穿越大气层到达地球表面的太阳辐射功率为8.1×1013kW，真正到达有人类居住地区的太阳辐射功率只有约7×1012～10×1012kW，这相当于每秒给人类29万吨标准煤，这远远大于人类现阶段所消耗的各种能量之和。人类赖以生存和发展的风能、水能、海洋能、生物质能等可再生能源全部或部分来源于太阳能，煤炭、石油、天然气等即化石燃料也是远古时期储存下来的太阳能。

太阳能来源丰富，几乎在地球上任何地方都可以得到太阳能，且是一次无污染能源。但使用太阳能也有局限性，主要体现在：

（1）过于分散，能流密度低；

（2）强度受时间、地点和气候等因素影响。一般来说，太阳辐射强度随纬度降低而增强、随海拔升高而增强，夏天高、冬天低，白天强、夜晚低，随云层厚度增大而降低。

世界太阳辐射分布

来源和特点

以动能、势能、热能等形式存在于水中的能量。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海洋水能和水热能等，狭义的水能资源则仅指河流水能。

水能在地球上蕴涵量巨大，且是可再生的清洁能源。但水能的使用有很强的地域性，一个地方的地理水文特征决定了在水能使用上是否具有优势，水能丰富、流量和落差大的水流更容易转化为电能。

比利时布赖恩勒城堡水磨坊（12 世纪）

来源和特点

由于地球各处受太阳辐射温度不同，空气中的水蒸气含量不同，空气在水平方向上由气压高的地方向气压低的地方流动，就形成了风，风带有的动能就是风能。

风能是一种清洁能源，且蕴藏量大、分布广，风电是发展最快、应用最广的新能源发电技术。

利用方式

人类对风能的应用主要是风力发电，已经大规模应用，美国的风电价格早在2012年就降到和传统电价相当的程度，巴西、埃及等国家风电价格甚至低于传统电价。风电在中国、美国、欧盟、印度等国家地区发展都十分迅速，2015年，风电在丹麦用电量中的比例达到42%，美国风电可以提供300万户家庭用电，世界十大风场中八个都在美国。国家能源局2021年发布的数据显示，中国风电并网装机容量突破3亿千瓦，较2016年底实现翻番，是2020年底欧盟风电总装机的1.4倍、美国的2.6倍，已连续12年稳居全球第一，风电机组产量已占据全球三分之二以上市场份额。

生物质能

来源和特点

生物质能指的是生物质中蕴含的能量，即以生物质为载体的能量。生物质是指直接或间接通过光合作用而形成的有机体，包括所有的动物、植物和微生物，实质上是太阳能通过光合作用储存在生物体内。

生物质能是一种特别的可再生能源，植物的光合作用构成了生物质中的碳循环，人类使用的煤、石油和天然气等化石能源也是由远古时代的生物质能转换来的。

根据生物质能的来源不同，可将其分为以下三类：

树桩收割增加了森林生物量的回收

来源和特点

核能分为聚变和裂变两种，人类还未实现可控核聚变，仅能用于战争领域。因此核电都是使用裂变技术，原理是利用原子裂变产生的热量进行发电。具有性价比高、安全性较强、污染小的特点。

核裂变原理

来源和特点

地热能是指地核具有的热能。地球蕴含着巨大的热能，它会以热辐射、火山爆发、间隙喷泉、温泉及岩石的热传导等形式随时对外释放热量，能被人类提取使用的只有地热能中的一小部分。具有分布广、连续稳定、能直接取用的特点。

按属性不同，可以将地热能分为四种。

地热能分类：

冰岛地热发电站

联合国于1981年在肯尼亚首都内罗毕通过了《促进新能源和可再生能源的发展与利用的内罗毕行动纲领》，确定了新能源和可再生能源发展方向为：“以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发与利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源来不断取代资源有限、对环境有污染的化石能源。”

早在2012年，中国国务院发布的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中指出，未来新能源产业将重点发展核电产业、风能产业、太阳能产业等。

发展情况

太阳能、风能、水能、生物质能和地热能等新能源技术已经取得了长足发展，而且新能源产业已经形成一定规模。但新能源技术门槛，前期投入大，加上不同国家政策重视程度不同，其在一次能源中占比依然不高，至2021年应用较多的有太阳能、生物质能、风能等。

中国在新能源产业的发展上也取得了重大成果，国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划。并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》（2005年通过，2006年开始实行，2009年修改）。重点发展了太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能利用。在政府的大力扶持下，中国的新能源产业发展迅速，在风电、潮汐能发电和太阳能等领域取得了很大进展。

风能

风电发达国家在新能源产业的发展上有先发优势，早在1974年，美国就已经开始实行联邦风能开发计划，瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、等国也都制定了符合自身的风力发电计划。20世纪80年代后，风电技术逐渐发展起来，20世纪90年代中期，欧盟的风电产业进入规模化，此后美国、中国、印度等国家风电产业也相继进入规模化发展阶段。并网型风机正朝着大型化的方向发展，至2021年的风机主导产品单机容量已经超过1兆瓦，5兆瓦的风机已经投产，更大容量的也在研发之中。

中美风电装机容量和发电量比较：

太阳能

太阳能产业的发展主要集中在光伏发电、热发电和热利用。光伏发电技术经过多年发展已经逐渐成熟，从独立光伏发电系统向着大规模并网光伏发电系统发展。中国太阳能产业建设主要围绕着电池有关行业展开，薄膜太阳能电池技术已开始产业化。晶硅、薄膜等太阳电池以及其他新型太阳能电池技术的发展，为太阳能发电行业的发展和市场开拓奠定了基础。中国以光伏发电为代表的新能源发展成效显著，装机规模稳居全球首位，发电量占比稳步提升，成本快速下降，已基本进入平价无补贴发展的新阶段。

中美光伏装机容量和发电量比较：

生物质能

生物质能主要用于发电和生产燃料，如乙醇。生物质发电技术已经比较成熟，但因其依赖于生物质资源，其成本下降和效率提高的潜力不是很大。

美国于2005年超过巴西成为燃料乙醇的头号生产国，大大减少了石油进口，并增加了税收，给美国带来了巨大的经济利益。巴西因为原材料的优势，可以大幅降低乙醇生产成本，是世界上燃料乙醇生产国，生产的乙醇18%用于出口，且增长潜力依然巨大。欧盟是世界领先的生物柴油生产地，是欧盟最主要的生物能源产业，其次是乙醇，主要集中在德国、法国、比利时、波兰、意大利。

在政府大力推动下，中国沼气产业比较成熟，且已经形成规模，其他方面的生物质技术还处于发展的初级阶段，至2021年已经基本掌握了农林废弃物发电、城市垃圾发电、生物质致密成型燃料等技术。

中美生物质发电装机容量比较：

核能

1942年12月，在美国芝加哥大学建成的世界第一座反应堆验证了可控的核裂变链式反应的科学可行性，1951年美国首次利用核能发电。1954年，苏联的第一座核电厂开始向电网送电。核电技术按其先进水平可分为四代：

美国是世界第一核电大国，有93座核反应堆，占全球核能发电量总量的24%，核电占美国清洁电力的50%以上。

2020年，中国超过法国成为了世界第二大核电国，2021年1月“华龙一号”5号机组已正式投入运行。截至 2022 年 11 月，中国核电在运机组 54 台，装机容量为 5.215 万千瓦；在建核电机组 20台，在建数量全球第一，装机容量 2286.7 万千瓦。美国西屋公司 AP1000、法国电力EPR、加拿大原子能有限公司 CANDU和俄罗斯 VVER 等世界上主流核电技术均在中国落地建成。中国已成功向巴基斯坦出口六台核电机。在建核电机组共24台，总装机容量约2681万千瓦，在建规模继续保持全球第一。中国核电技术与国际核电大国同处国际先进行列，但核电占比尚只有个位数，发展空间宽阔，核电科技研发需求十分巨大。中国核能行业协会26日发布的《中国核能发展报告2023》蓝皮书显示，预计2030年前，中国在运核电装机规模有望成为世界第一，核能发电量达到1.2亿千瓦，到2035年，中国核能发电量在总发电量的占比将达到10%左右，相比2022年翻倍，到 2060年，中国核能发电在电力结构中的占比有望比2035年翻一番，达到20%。IEA预计，到2050年，在全球90%的可再生能源电力中，风力和光伏发电的份额占70%，其余的30%则需要由核能来提供。

中国发展概况和前景

发展基础和优势

（1）市场和发展潜力巨大。中国是能源消耗大国，但至2022年，探明的石油和天然气技术可开采储量却仅为36.89亿吨和63392.67亿立方米，且许多储量开采成本高昂。2021年中国石油进口5.13亿吨，对外依存度72%；天然气进口1.2亿吨，对外依存度约为45%。中国能源供给基本上是以外循环为主，且产生了全球29%的碳排放。新能源产业发展对降低中国能源进口依存度、建立内循环和减少碳排放有重要意义。

（2）产业规模非常可观。中国在风电、光伏、电池产业中拥有完善的产业链，全球前十的光伏产业组件生产企业中有8家国内企业，在全球前十风机整机制造企业中占据半壁江山。

（3）制造技术先进。中国在技术开发上的原创还不多，但学习能力强，技术水平发展迅猛。通过引进、吸收、创新实现技术迭代，迅速赶超。在光伏、风电、新能源汽车电池已经达到世界一流水平。

（4）成本竞争力最强。中国光伏组件、风电整机价格全球最低，新能源电池接近全球最低，而且还在下降。在国际市场竞争中有很大优势。

（5）体制优势。可以发挥社会主义力量集中的优势，新能源产业可以借助政府扶持迅速壮大。

发展短板

（1）在部分细分领域和国际先进水平还有差距。如海上风电与欧洲差距明显，氢能与燃料电池技术与国际先进水平差距较大。

（2）优势领域中的部分关键组件无法摆脱对外依赖。陆上风电、光伏、新能源汽车和动力电池等产业，虽然制造水平高，但部分关键技术、芯片、材料等都依靠进口，且部分产品合格率不如国际其他国家和地区。

（3）质量认证国际认可度低。中国新能源产业部分标准实施的时间较早，但指标落后，与IEC等国际标准相比，仍存在认可度低、行业影响力弱等问题，这对中国新能源产业开拓国际市场十分不利。

（4）新能源电力非技术成本难以降低。在风电、光伏等领域和欧洲发达国家甚至和阿联酋、沙特等中东国家相比土地方面的制约严重，优惠力度不够，土地使用成本高。同时还普遍存在融资、并网接入成本高等问题。

影响与作用

能源是工业的粮食、国民经济的命脉，攸关人类生存和发展。世界主要国家和地区高度重视新能源技术发展，不断加大投入力度。新能源技术创新与颠覆性能源技术突破已经成为持续改变世界能源格局、开启全球各国碳中和行动的关键手段。发展新能源的意义有：

缓解全球变暖

传统能源的大量使用排放了大量温室气体，造成全球范围内更强、更频繁的风暴、干旱、海平面上升和生物灭绝等一系列重大问题。相比之下，大多数可再生能源几乎不产生温室气体排放或是排放很少。例如：燃烧天然气发电每千瓦时释放 0.6 至 2 磅二氧化碳当量 (CO2E/kWh)；煤炭每千瓦时排放 1.4 至 3.6 磅二氧化碳当量。而使用风能在仅产生 0.02 至 0.04 磅 CO2E/kWh；太阳能 0.07 至 0.2；地热0.1至0.2；水电在0.1到0.5之间。

改善环境卫生

煤炭和天然气工厂排放的空气和水污染与呼吸问题、神经损伤、心脏病、癌症、过早死亡和许多其他严重问题有关，根据世界卫生组织 (WHO) 的数据，全球每年有超过 1300 万人死亡是由于可避免的环境原因造成的。仅在2018 年，化石燃料造成的空气污染造成了 2.9 万亿美元的健康和经济损失，即每天约 80 亿美元。这些负面影响大多来自传统能源造成的空气和水污染，而风能、太阳能和水力发电，就不会产生相关污染排放。地热和生物质系统会排放一些空气污染物，但排放量比燃煤和天然气发电厂低得多。风能和太阳能基本上不需要水来运行，因此不会污染水资源，生物质和地热发电厂，可能需要水进行冷却，水力发电厂可能会破坏大坝上游和下游的河流生态系统。但总体而言，污染程度都维持在较低的水平。

创造经济利益

与通常机械化和资本密集型的​​化石燃料技术相比，可再生能源行业更加偏向劳动密集型，涵盖制造、项目开发、施工和涡轮机安装、运营和维护、运输和物流以及金融、法律和咨询服务等领域。例如：太阳能电池板需要人工安装，风电场需要技术人员进行维护，平均而言，新能源产生的每单位电力所创造的就业机会比化石燃料产生的更多。忧思科学家联盟（Union of Concerned Scientists，UCS）对新能源标准的研究发现，新能源发电创造的就业机会是使用化石燃料生产等量电力的三倍多。除了可再生能源行业直接创造的就业机会外，清洁能源的增长还可以产生积极的经济“连锁反应”。除新能源所在行业，地方政府可以通过是财产税和所得税以及可再生能源项目承包者的付款从清洁能源中受益，农民和农村土地所有者可以通过生产生物质发电设施的原料来创造新的补充收入来源。UCS 分析发现，到 2025 年制定的 25 个国家可再生能源电力标准将刺激可再生能源技术的新资本投资达 2634 亿美元。

稳定能源价格

新能源发展有助于稳定未来的能源价格。尽管可再生能源设施需要前期投资来建设，但它们可以以非常低的成本运行（对于大多数清洁能源技术来说，“燃料”是免费的）。因此，随着时间的推移，可再生能源价格会非常稳定。此外，可再生能源技术成本稳步下降。例如，美国2010 年至 2017 年间，太阳能安装的平均价格下降了 70% 以上 。 2009 年至 2016 年间，风力发电成本下降了 66% 。随着市场的成熟和企业越来越多地利用规模经济，成本会进一步下降。相比之下，化石燃料价格可能差异很大，并且容易出现大幅价格波动，比如煤炭、天然气、石油价格的大幅波动。

提高能源可靠性

风能和太阳能是分布式和模块化的，不太容易发生大规模故障。例如，2012年飓风桑迪（Hurricane Sandy）登陆美国，破坏了纽约和新泽西州以化石燃料为主的发电和配电系统，导致数百万人断电。相比之下，东北部的可再生能源项目经受住了桑迪飓风的考验，造成的损害或破坏很小。煤炭、和许多天然气工厂都依赖用大量水来冷却，而风能和太阳能光伏系统不需要水来发电，并且可以在可能需要关闭化石燃料发电厂的条件下可靠运行。

注释

一次能源是指自然界中以天然形式存在，不经任何改变或转换的天然能源资源，包括原煤、原油、天然气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等。

二次能源是指为了满足生产工艺或生活的特定需要以及合理利用能源，将一次能源直接或间接加工转换产生的其他种类和形式的人工能源， 如由原煤加工转换产出的洗煤、焦炭、煤气等，由原油加工产出的汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气等，由原煤或石油或天然气转换产出的电力、热力等。

辐射通量。辐射通量（通常用Φe表示）又称为辐射功率，是指以辐射形式发射、传播或接收的功率。其定义为单位时间内流过的辐射能量，辐射通量的量纲就是功率的量纲，单位为瓦特（W）。

能流密度是指在一定空间范围内，单位面积获得的或单位质量某种能源所能产生的能量或功率。它是评价能源的最主要指标之一。显然，如果能流密度很小，就很难用作主要能源。在现阶段的技术水平下，太阳能和风能的能流密度很低，而各种常规能源的能流密度都比较大，其中，核燃料的能流密度最大。

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。

通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质能的过程，现阶段主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和藻类。

铀原子裂变后会产生两个较小的原子核，总质量会变轻。失掉的质量（m）大约等于一个质子质量的五分之一，这些质量根据爱因斯坦的公式乘以光速（c）的平方转化成了能量（E）。因为光速（c）很快（每秒钟299792458米），很小的质量就可以产生很大能量。