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能源系统研究方法浅析 步入21世纪，人类正面临着能源需求增加和环境破坏严重的双重压力，能源问题是当今世界各国面临的关系国家安全和经济社会可持续发展的中心议题。可再生能源越来越受到人们的重视。然而，有许多的可再生能源由于开发成本高，使用范围有限等，又使得其开发利用步履维艰。因此，我们必须对可再生能源进行系统分析，方能找出症结，重点攻关，开创可再生能源利用的新局面。 能源系统的组成 （一）能源系统的定义：人们从开采能源到使用能源全过程，并且包括对这个过程中所产生的残留物和排放物的处置，统称为一个能源系统。 完整的能源由几个环节组成： 能源的采集（或称为开采）。 能源的转换及加工。 能源的存储。 能源的输送。 能源的使用（或称二次转换）。 残留物和排放物的处置。 人们在能源利用中必须解决的问题存在于能源系统的各个环节之中，对能源进行系统分析，可以帮助我们全面的、正确的认识各种能源，从中可以看出什么样的能源对于我们更有环保、安全、高效、方便的利用价值。 可再生能源系统各环节的特性及主要决定因素 （一）能源的采集： 人类技术无法采集的能源是不能被人类所利用的。可再生能源与采集密切相关的内在因素有：能源的密度；能源的分布和储量；能源的再生原料或条件；能源的再生周期。外在因素是能源的采集技术和装备水平。 能源的密度对于固体或气体能源是指单位体积内能源的能量，对于流体性能源通常是指点单位时间内流过单位截面内的流体动能。在人类目前常用的能源中按密度粗略分类排序应该是核能、矿物能、水能、生物能、风能、光能。在这六类能源中，一般认为水能、生物能、风能、光能是可再生能源，能源的密度越大，所需要的采集设备就越小，能源采集的效率就越高，因此能源的采集成本基本上与能源的密度是正比关系。同一类能源因条件不同也存在一定的密度差异，这就是我们所说的能源资源丰富与否的重要内含之一。如水头的高低、日照的强弱、风力的大小，都直接反映出其能源密度的大小。同一类能源中也是能源密度越低者，采集成本越高，甚至没有开发利用的价值。 可再生能源的再生原料和再生条件是其再生的基础。例如，目前正在大力发展的户用沼气，其再生原料来自家庭养殖业。因此家庭养殖业的现状、前景对于户用沼气的发展有决定性的作用。 能源的再生周期是判定能源可再生性的关键因素。地球上存在两个最重要的周期运动，一个是地球的自转，一个是地球绕太阳的公转。这两个周期统治着人类的活动。实际上，地球的自转周期就是人类日常活动周期，地球绕太阳公转的周期就是人类季节活动周期。如果某种能源的再生周期大于人类季节活动周期，就只有靠过去的积蓄来满足人类周期性活动对能源的要求，长期开采就有枯竭的危险。如树木的生长周期往往需要几十年，将其作为可再生能源使用是很危险的。反之，节杆之类的再生周期与人类季节活动周期相吻合的可再生原料，如不加以利用倒要反受其累。因此，我们不能简单地把一切的生物能都定义为可再生能源。 （二）能源的转换： 人类在利用能源的时候需要将原始能源转换成便于人们储蓄、输送、使用的能源形式。能源转换有量变和质变两大类，量变不改变能源的性质，如电源变压，水位提高等。质变会改变能源的性质，如将热能转变成电能，将节杆变成燃汽等。能源转换带给我们是使用方便、清洁或便于输送的能源，但每次转换都需要设备，并且损失一部分能源。因此，转换的次数越少，能源的利用成本越低，而且能源的利用率就越高。一般情况下量变比质变转换成本低，能量损失小。 （三）能源的储蓄： 人类按一定的周期从事生产和生活活动，对能源的使用就出现了相对应的时间性，从而产生了对能源的存储要求。能源能否存储取决于能源的存在形式。如风能、光能都不能直接存储，必须经过转换再存储，使用时再转换回来，这样不仅存储成本会大幅度增加，而且能源的利用率也会大打折扣。 （四）能源的输送 在多数情况下，能源的采集场所并不是人们使用能源的场所，因此，需要把采集到的能源输送到能源的使用地。能源能否输送，可输送距离的远近，输送的成本高低，取决于能源的存在形式。 （五）能源的使用 能源的使用是整个能源系统中十分重要的一个环节，它往往需要进行一次转换来实现使用功能。如燃烧、电动等。这个环节的效率高低对于整个系统的效率，既能源利用率有决定性的影响。在很多情况下一种能源使用方法的发明，能够改变一种能源的地位和命运，甚至于改变人类历史的发展进程。如火的使用，蒸汽机的发明等等。我们所说的新能源技术，除了一部分能源采集和能源转换技术之外，大多数是能源使用上的创新技术。能源使用技术的进步，会反过来带动和促进能源开采或采集技术的发展。但是我们对能源使用技术的研究常常重视不够。 （六）残留物和排放物的处置。 能源残留物和排放物的处置，是一个容易被遗志的环节，在能源系统对环境的影响中至关重要。能源残留物和排放物应该包括能源系统