可再生能源与建筑能源利用 韩杰 张国强 hanjie0601@163.com gqzhang@188.com 13755063639 13907317560 韩杰 hanjie0601@163.com 13755063639

第1章 绪论

主要内容 课程介绍 国内外能源消耗现状 我国节能减排政策 可再生能源利用现状 可再生能源发展趋势和展望 可再生能源利用规划

一、课程介绍

1、课程内容： 这门课是专业核心课程，主要对可再生能源如太阳能、地热能、生物质能等资源分布及其开发利用进行系统介绍，并详细介绍太阳能光热利用技术和地源热泵技术的设计、施工和验收，为将来进行可再生能源建筑应用设计、施工和管理打下坚实基础。 2、主要参考数目： 郝小礼等《可再生能源与建筑能源利用技术》（待出版） 王荣光，沈天行《可再生能源利用与建筑节能》 徐伟《可再生能源建筑应用技术指南》 郑瑞澄《民用建筑太阳能热水系统工程技术导则》（第二版） 《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009 《湖南省地源热泵系统工程技术导则》

3、主要章节： 第1章 绪论 第2章 太阳能利用基础 第3章 太阳能热利用技术（光热） 第4章 地热资源利用基础 第5章 地源热泵技术 第6章 工程案例 交流与讨论

二、国内外能源消耗现状

全世界近10年一次能源消耗量及增速 根据英国石油公司(BP)的统计，2000 年全世界一次能源消费量为94亿吨油当量，2005 年升至98亿吨油当量，而2010 年达到了120亿吨油当量

2010年国内外一次能源消费结构 2010年，在世界一次能源消费结构中，石油占33.6%，天然气占23.8%，煤炭占29.6%，核能占5.2%，水电占6.5%，可再生能源占1.3%。

各国可再生能源发电在发电总量中的比例

我国能源消耗现状

中国分品种能源消耗量 2009年，全年能源消费总量31.0亿吨标准煤，比上年增长6.3%。 煤炭消费量30.2亿吨，增长9.2%，占97.7%； 原油消费量3.8亿吨，增长7.1%； 天然气消费量887亿立方米，增长9.1%； 电力消费量36973亿千瓦小时，增长6.2%。

我国能源消耗结构存在的问题： 1、资源有限人均不足 2、供需矛盾日益突出 3、能源结构影响环境 4、浪费严重形势严峻

1.资源与供需矛盾突出 2010年中国是世界能源生产和消费第二大国，煤炭生产和消费第一大国，石油和电力的生产和消费是第二大国。 能源消耗总量31亿吨标准煤，其中煤炭30亿吨，原油消费量3.8亿吨（原油净进口1.99亿吨），天然气消费量887亿立方米。 我国全年发电量3.65万亿千瓦时，84%是燃煤发电，燃煤为主的能源结构，造成严重污染。

2.能源结构给环境带来很大压力 2012年，全世界一次能源消费水平：煤占21%，石油占39.5%，天然气占23%，水电占5%，核电占10%，可再生能源（风、生物能、太阳能）占1.5% 。 我国的消费结构：煤72%，石油21%，天然气3%，水电2.3%，核电1.3%，可再生能源（风、生物能、太阳能）仅占0.6%。 能源结构不合理，增加了碳排放，破坏了环境

3.能源技术落后，能源效率偏低 可再生能源，清洁能源技术开发滞后，正在急起直追 目前我们的能源利用效率33.4%，比发达国家低了10个百分点以上。日本能源利用效率达60%-70%，我国能源利用水平比日本落后30年。

4.我国能源体制机制政策滞后 能源的勘探、开发、生产、运输、市场、管理职能分散，能源产业的垄断，价格不规范等，影响统一协调的能力，体制机制改革需要进一步深化和加强。

三、我国节能减排政策

节能在宏观经济政策中的定位：基本国策，政治问题 2004年，国务院办公厅发布了《关于开展资源节约活动的通知》 2004年，财政部、国家发改委联合发布了《节能产品政府采购实施意见》 2004年底，国家发改委发布了我国第一个《节能中长期专项规划》 《十一五国民经济规划》：明确“‘十一五’期间GDP能耗下降20％左右”的约束性节能目标 2005年12月，国家发改委、国家能源办、国家统计局联合印发了《关于建立GDP能耗指标公报制度的通知》 2006年2月，国家发改委会同有关部门印发了《关于加强政府机构节约资源工作的通知》 2006年4月，国家发改委组织开展“千家企业节能行动”，颁发了《千家企业节能行动实施方案》 2006年8月，国务院出台《国务院关于加强节能工作的决定》 2007年1月，国家发改委《关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》（发改投资[2006]2787号） 2007年6月，国务院出台《节能减排综合性工作方案》 2007年6月，国务院出台《应对气候变化国家方案》 2007年10月，通过新修订《节能法》 2007年11月，国务院出台《节能减排统计监测考核方案和办法》 ……

节能法律法规，能效标准、标识 《节能法》修订 《能源法》编制 《循环经济法》编制 《可再生能源法》（2006） 《建筑节能条例》 《公共机构节能条例》 工业产品能效标准 建筑节能标准 机动车燃油标准 家用电器能效标准 能效标识：家用电器，机动车、建筑物

产业政策－转变增长方式，控制增量市场准入，淘汰落后 2005年12月，国务院发布《促进产业结构调整暂行规定》 《产业结构调整指导目录》（2007 征求意见稿），其中涉及多项节能技术，分别列入了鼓励类、限制类和淘汰类 2004年5月，《关于清理规范焦炭行业的若干意见》 2004年12月，《国家发展改革委关于进一步巩固电石、铁合金、焦化行业清理整顿成果，规范其健康发展的有关意见的通知》和《焦化行业准入条件》 2005年7月，《钢铁产业发展政策》 2005年10月，《铝工业产业发展政策》 2005年11月，《钢铁工业控制总量、淘汰落后、加快结构调整的通知》 2006年2月，《关于做好小火电机组关停调查工作的通知》 2006年上半年，国家发改委会同有关部门，分别针对电力、焦化、水泥、铝、铁合金、电石、煤炭、纺织等8个行业出台了关于加快行业结构调整的具体指导意见，内容涉及上述行业结构调整的指导原则、目标、工作重点和政策措施 2007年1月，国家发改委《关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》（发改投资[2006]2787号） 2008年.。。。。

完善市场调控手段，建立节能长效机制 完善能源价格的形成机制 在能源价格中充分考虑资源和环境成本：能源税、环境税、碳税 不同行业的差别价格 能源定额管理＋阶梯能源价格 能源费用征收机制 供热收费 政府机构能源费用 燃油税 节能激励政策体系 节能预算科目，节能专项资金 对新增高效节能产品（包括建筑物）的经济激励 对既有节能改造的经济激励 进出口税收激励

加强节能队伍 加强政府在节能工作中的主导地位 建立各级政府部门的节能政绩责任制和考核评价监督机制，加强各相关部门的统领协调 加强节能队伍能力建设 节能中心：国家、地方 节能监察机构 中介机构－巨大的节能市场 企业的能源管理岗位

四、我国可再生能源的发展现状

主要内容 我国可再生能源发展基本情况 未来发展面临的新形势 未来发展面临的问题挑战 “十二五”展望 保障措施

可再生能源定义 可再生能源是指那些永远不会枯竭，可以持续使用的清洁能源，是指太阳能、生物质能、风能、水能、地热能、海洋能等非化石能源。对当地的、区域的和全球的环境保护都是友好的能源。中华人民共和国《可再生能源法》（2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过）

可再生能源和利用技术 风能 太阳能 生物质能 水能 地热能 海洋能

(一)可再生能源的基本情况

发展现状和面临形势 到2010年底，全国水电装机容量达到2.1亿千瓦，五年间水电投产装机翻了近一番，装机容量连续稳居世界第一 水电的年发电量达6500亿千瓦时

风电进入规模化发展阶段 风电新增装机容量连续多年翻番，到2010年底，累计并网装机容量3100万千瓦，年发电量500亿千瓦时 风电装备制造能力快速提高，已具备1.5兆瓦以上各类技术类型多种规格产品的制造能力

海上风电 上海东海大桥海上风电场是亚洲首个海上风电场，容量为10.2万千瓦 江苏滨海海上风电场（300兆瓦）、射阳海上风电场（300兆瓦）、大丰海上风电场（200兆瓦）和东台海上风电场（200兆瓦），总装机容量1000兆瓦

太阳能发电 电池效率不断提高，多晶硅等上游材料的瓶颈逐步得到缓解，2009年电池产量占到全球光伏电池市场的40％ 国内光伏发电应用市场开始起步，2010年约新增50万千瓦 “金太阳示范工程” ，272MW补贴28亿元

太阳能热利用应用范围不断扩大 太阳能热水器沿市场化道路快速发展，遍布广大城市和农村建筑，“家电下乡”扩大了太阳能热水器在农村地区的应用。 到2010年底，太阳能热水器安装使用总量达到1.68亿平方米

生物质能多元化发展 生物质发电技术基本成熟，大中型沼气技术日益完善，农村沼气应用范围不断扩大，木薯、甜高粱等非粮生物质制取液体燃料技术取得突破，并开始了规模化利用 到2010年底，生物质发电装机约450万千瓦，沼气年利用量约130亿立方米，成型燃料约30万吨，生物燃料乙醇利用量180万吨，生物柴油利用量约50万吨

二、存在的挑战

可再生能源的机遇和挑战 资源潜力 技术水平 产业基础 市场经济性 其它制约因素 土地 水资源 生态/环境 社会 资源评价 应用领域 资源？ 资源广泛 发电成本高 技术不断进步 一次清洁能源需求 太阳能 生物质能 风能 核能 水能 地热能海洋能 资源潜力 技术水平 产业基础 市场经济性 其它制约因素 土地 水资源 生态/环境 社会 资源广泛 收集利用成本高 液体燃料 资源评价 应用领域 资源？ 发电成本？ 技术进步？ 移民压力 生态压力 安全性担忧 装备供应能力 发电能力稳定

技术和经济性仍是可再生能源发展的最大制约最大因素

各类可再生能源的总体形势和面临的 主要问题

1、风电步入稳定的规模化发展时期

风电开发企业 制造业 2009年以来的政策演变 循序渐进的风电产业政策 增值税减半 所得税三减三免 风电上网区域固定电价 风电特许权 国产化率70%要求 风电制造业的补贴 进口增值税优惠 2009年以来的政策演变 区域固定电价 70%国产化率的取消 产能过剩的宏观调控 发电并网相关的标准及技术升级 海上风电管理办法

风电市场的发展 2008年 2009年 2010年 占新增容量约9% 总装机容量比例约1.5% 占发电量约0.43% 总装机容量比例约2% 占发电量约0.7% 2010年 占新增容量约15% 总装机容量比例约3.2% 占发电量约1.1%

2、太阳能光伏：挑战和机遇并存

太阳能发电技术Solar power 太阳热发电 薄膜电池thin film 太阳能光伏发电PV Thermal power 太阳能光伏发电技术选择 太阳能发电技术Solar power 太阳能光伏发电PV 晶体硅太阳电池C-si 薄膜电池thin film 非晶硅 u/a si 铜铟镓硒CIGS 碲化镉CdTe 太阳热发电 Thermal power 塔式 槽式 碟式 费涅尔式 技术成熟，产业规模较小 产业规模大 技术不成熟，研发示范中

2008-2009年陷入危机 全球金融危机的影响 激励政策的变化 新兴市场不断涌现, 如美国、日本、意大利、奥地利、韩国、法国 德国、西班牙大幅度调低上网电价 西班牙设定补贴限额 对光伏项目的影响 大批的光伏项目暂缓建设 光伏工程集成公司处境艰难 光伏产品价格大幅下降

电池价格不断下降 数据来源：Pacific Epoch，2009

我国光伏产业的激励政策 – 分布式项目的投资补贴 金太阳示范工程 单个项目装机容量不低于300kW 业主总资产不少于1亿元 主要设备通过认证 并网项目补50%，独立光伏项目补70%

东部发达地区峰值销售电价 最高电度电价 （元/千瓦时） 0.885 1.019 1.143 0.91 1.044 0.749 1.168 季节 用电分类 时段 用电类型 最高电度电价 （元/千瓦时） 上海 非夏季 单一制未分时电价用户 工商业及其他用电 0.885 单一制分时电价用户 峰时段 (6-22时) 1.019 两部制分时电价用户 峰时段(8-11时,18-21时) 1.143 夏季 0.91 1.044 两部制未分时电价用户 0.749 1.168 浙江 尖峰段(19-21时) 大工业用电 1.08 一般工业用电 1.418 非工业用电 0.919 江苏 一般工商业及其它用电 0.894 (限制性高耗能) (淘汰性高耗能) 安徽 非分时电价 一般工商业用电 0.8397 分时电价 高峰 7、8、9月 1.3349 其它月份 1.2563 0.9943 0.9363 广东 商业用电 0.9148 非工业和普通工业用电 0.8491

我国光伏发电 -大型并网

我国太阳电池年产量和装机比较（MWp） 形式 综合利用方式 2000 2001 2002 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年产量 3.3 4.5 10 50 200 400 1088 2600 4000 年装机容量 21.5 5 20 40 160 形式 大型并网光伏 用户侧光伏 无电地区发电系统 综合利用方式 新能源城市 微网系统

太阳能光伏发展现状 已经初步形成了比较完善的太阳能光伏产业链，正在逐步形成具有自主知识产权的核心技术体系 从经济性的角度，高成本是目前太阳能光伏发电大规模应用的主要障碍 从产业发展的角度，我国光伏发电的关键技术有待进一步提升，高端生产设备尚没有摆脱进口的局面 光伏的技术经济性有进一步改善的空间，光伏产业的带动作用大，国内市场宜于逐步扩大

3、太阳能热利用

太阳热水器市场

4、生物质能

生物质发电累计装机容量

因地制宜利用生物质能源 农林废弃物发电 总装机约108万千瓦 固定电价: 0.75 Yuan/kWh 增值税减免、所得税优惠 农林废弃物发电的资源收集、储存、运输是关键

农林剩余物能源化利用激励政策 支持范围：生物质气化、干馏、成型 激励政策：以奖代补，按吨产品（或原料）给予奖励，约100-150元吨。 规模：约10亿人民币/年 所得税减按90%计入收入总额 以70％以上的农作物秸秆及壳皮 （包括粮食作物秸秆、农业经济作物秸秆、粮食壳皮、玉米芯）为原料生产的代木产品、电力、热力及燃气

沼气利用激励政策 沼气并网发电，享受生物质发电全额上网和固定电价政策 禽畜养殖场 垃圾填埋气 大中型沼气工程 户用沼气中央有专项资金，地方有配套资金 养殖场沼气工程中央有专项资金，地方有配套资金 有些省份在中央专项资金外，还另行设置了地方专项资金

垃圾发电激励政策 所发电量全额上网 执行固定电价 增值税即征即退（2010资源综合利用大纲）： 以垃圾为燃料生产的电力或热力（其中垃圾用量占发电燃料的比重不低于80%；垃圾是指城市生活垃圾、农作物秸秆、树皮废渣、污泥、医疗垃圾

生物质液体燃料liquid biomass 生物质液体燃料技术选择 生物质液体燃料liquid biomass Bio-ethanol 燃料乙醇 Food-based 粮食类 玉米 甘蔗等 低质糖类、淀粉类 甜高粱 木薯等 纤维素 强酸、强碱方式(×) 酶水解方式(√) Bio-diesel 生物柴油 废油 地沟油 含油植物 食用油(如菜籽油)等 非食用植物油(如麻疯树)等 藻类 生物合成燃料 Bio-fuel 气化费托合成 生物质裂解油 技术成熟 产业化中 研发示范中 mature industrialization R&D

液体燃料 – 乙醇 总量在180万吨左右 早期的政策2000~2005以陈化的玉米、小麦制取生物燃料乙醇 2006以后按照“不与民争粮、不与粮争地”的原则发展 开展了甜高粱、木薯等非粮作物以及小桐子等含油植物的示范；纤维素乙醇的研发

液体燃料示范区 partly covered fully covered 陈化粮乙醇示范区域 湖北省 河南省 安徽省 江苏省 山东省 黑龙江省 吉林省 辽宁省 河北省 四川省 重庆 广西省 江西省 黑龙江省 陈化粮乙醇示范区域 Aged-grain based bio-ethanol deploy area 吉林省 fully covered 辽宁省 河北省 山东省 partly covered 河南省 江苏省 安徽省 湖北省 湖南省 广西省 木薯乙醇示范区域 Cassava bio-ethanol deploy area

生物质液体燃料 – 生物柴油 生物柴油 以餐饮业废油、榨油厂油渣、油料作物为原料生产生物柴油的能力达到年产50万吨以上 小桐子等能源植物规模化种植的示范 增值税先征后退 以废弃的动物油和植物油为原料生产的柴油（废弃的动物油和植物油用量占生产原料的比重不低于70%

生物液体燃料技术 以糖类和淀粉类为原料的燃料乙醇的发展前景 除了巴西之外，依赖这种工艺生产燃料乙醇前景很不乐观，一是受到原料来源总量的限制，乙醇产量基本不会再有数量级上的突破；二是来自“道德”的压力，当前世界范围内还有以亿计的人口受到粮食短缺的威胁，粮食缺口逐年增大，拿“粮食”换“能源”的做法基本走到了尽头 大面积种植专用能源作物要解决三个难题： 与粮争地问题 物种与生态平衡问题 收获、储存和生产技术难题 纤维素制取乙醇必须克服 技术工艺路线和关键技术问题，如低成本长寿命酶的生产

5、地热能

地热利用分为深层地热发电和热利用两种方式。1973年第一次石油危机之后，全球地热发电发展很快，地热发电装机容量已从1970年的6 地热利用分为深层地热发电和热利用两种方式。1973年第一次石油危机之后，全球地热发电发展很快，地热发电装机容量已从1970年的6.8万千瓦增加到目前的约1000万千瓦。 浅层地热应用为地源热泵，我国地源热泵工程应用每年扩展面积越来越大，2007年增长了近1800万㎡，2008年增长了2400万㎡，2009年更增长了3870万㎡，全国地源热泵总利用面积已达1.007亿㎡，中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第2位。

(三)“十二五”时期面临的新形势

应对气候变化问题对我国能源发展提出了新要求 全球2007年CO2排放总量（10亿吨）来源：IEA 全球2007年CO2人均排放总量（吨/人）来源：IEA

能源需求快速增长造成能源结构调整难度加大 经济的快速带来能源需求的快速增长 超过预期 清洁能源的需求相应加快 必须也超过预期的发展 清洁能源的增长速度，必须大大超过新增能源需求的增长速度

能源结构的不合理——中国能源消费总量和结构 70.3% 18% 3.9% 7.8%

新时期的发展形势 2020年约束性指标 40-45%碳强度下降约束性指标 非化石能源15% 法律的新的要求

形势的变化引发政策期望的变化 开始阶段 对制造业寄予厚望 对实质性的能源贡献并不期望 形势的转变 对清洁能源的需求加快 制造业的成长加快 目前 希望加快清洁能源的实际贡献 对制造业的关注从“量”转变为“质”

十二五的发展思路 十二五成为关键的过渡时期 建立初步适应大规模可再生能源发展的电网等重大基础设施体系 推动可再生能源装备制造业的壮大和升级 促进可再生能源市场的不断扩大 争取在2015年将非化石能源在能源消费中的比重提高到11%以上

（四）发展思路和目标

风电 继续推进风电的规模化发展，促进风电装备产业的壮大升级，建立完备的风电装备制造体系，不断提高风电的市场竞争力 加快千万千瓦风电基地建设，加快大型风电基地配套外输通道建设，优化电力调度，建立适应风电发展的电网和运行体系 积极推进中部小型分布式风电资源开发 加快海上风电项目建设

太阳能 启动多元化的太阳能发电市场 大型荒漠光伏电站建设 与建筑结合的分布式光伏屋顶建设 以光伏为主的微网系统示范 无电地区的建设 加快太阳能热水器在城市和乡村、民用及公共建筑上的应用，在农村地区推广太阳房和太阳灶

生物质能 统筹兼顾、因地制宜、积极稳妥、有序发展生物质能，做到不与民争粮，不与粮争地 到2015年，生物质能年替代化石燃料合计超过4000万吨标准煤

生物质能发电 发展以农林剩余物为原料的生物质发电 加快发展畜禽养殖废弃物处理沼气发电，推进生物质分布式小型气化发电项目建设；推动城市垃圾焚烧和填埋气发电，以及造纸、酿酒、印染、皮革等工业有机废水治理和城市生活污水处理沼气发电；

生物质能供气 充分利用农村秸秆、生活垃圾以及畜禽养殖废弃物，在发展户用沼气的同时，大力推动大型沼气工程供气和村级生物质气化集中供气，鼓励剩余沼气资源发电。

生物质成型燃料 在农林生物质资源分散度高、规模收集难度大的地区，鼓励因地制宜推广建立生物质成型燃料生产基地，在城市推广生物质成型燃料集中供热，在农村作为清洁炊事和采暖燃料推广应用。建成生产、储运和覆盖城乡的生物质成型燃料产业化、商业化体系

生物质液体燃料 合理开发盐碱地、荒草地、山坡地等边际性土地，在内蒙古、新疆、黑龙江、山东、江苏等地发展以甜高粱茎秆为主要原料的燃料乙醇，在广西、四川、云南、海南等地发展以薯类为原料的燃料乙醇 回收利用餐饮和工业废弃油脂，在西南地区发展以小桐子、油桐等油料植物为原料的生物柴油 积极开展新一代生物液体燃料技术研发和示范，发展以农作物秸秆为原料的纤维素乙醇示范，争取实现纤维素酶等关键原料、生产装备和工艺、生产成本的突破，形成万吨级规模生产能力 开展新一代以藻类为原料的生物柴油技术研发，在沿海地区建成千吨级藻类柴油中试装置。

可再生能源综合利用示范工程 新能源城市示范 绿色能源示范县 新能源微网示范 节能减排财政政策综合示范

总结 可再生能源取得了较为明显的成就 可再生能源开始规模化发展，并逐步融入能源系统 新形势下面临新的产业、体制性挑战 前景广阔，任重道远

五、可再生能源的发展趋势和展望

1、发展趋势和前景 1997年，欧盟在可再生能源共同战略和行动计划白皮书中提出了明确的可再生能源发展目标，可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%，可再生能源电力装机容量在电力总装机容量中的比例也将从1997年的14%提高到2010年的22%，其中主要是生物质能发电和风力发电。

为了实现可再生能源发展目标，欧洲各国制定了多种法规和政策，鼓励和支持可再生能源的发展。迄今已投人研究经费17 为了实现可再生能源发展目标，欧洲各国制定了多种法规和政策，鼓励和支持可再生能源的发展。迄今已投人研究经费17.4亿欧元。目前，每年投入6000多万欧元，用于可再生能源的开发和发展。

预测到2020年，小水电总装机容量将达到7500万千瓦，年替代8000万吨标准煤;风电装机容量将达到2000万千瓦，年替代1500万吨标准煤;生物质能发电装机容量将达到2000万千瓦，年替代2800万吨标准煤; 户用沼气池将达到约5000万口，每年利用量125亿立方米，可节约能源900万吨标准煤;太阳能热水器总集热面积将达到2. 7亿平方米，年替代3500万吨标准煤;光伏发电总装机容量将达到100万千瓦。

中国国家发改委能源研究所副所长韩文科称，到2020年中国的可再生能源发电能力有望达到3 中国国家发改委能源研究所副所长韩文科称，到2020年中国的可再生能源发电能力有望达到3.60亿kW，其中水电能力将达到3亿kW，风电能力达到3015万kW，生物质电力达3000万KW，太阳能发电能力180万kW。

六、可再生能源发展规划