新能源技術發(fā)展調研報告

能源技術進展調研報告本報告主要分為三局部，第一局部為對全世界能源現(xiàn)狀的綜述，爭論能源開發(fā)與利用的緊迫性與可行性；其次局部為對各種能源技術的校為具體的介紹，其中有進展較為成熟的技術，也有剛處于進展初期的能源技術，通過對其原理〔能量轉化機制〕的了解對其優(yōu)越性與面臨問題〔進展瓶頸〕進展介紹：第三局部為對各技術的可持續(xù)開發(fā)與污染掌握前景進展討論，對并種能源技術進展概扌舌總結。一.世界能源問題進呈現(xiàn)狀能源是產生能量的物質根底，是人類生存與進展的物質根底，人類歷史的進展，文明的飛躍無不與對興能源的成熟利用息息相關，對火的利用，開C了人類主動獵取利用自然界能源的序幕，通過對自然能源的能最轉換與利用，人類開頭了工業(yè)革命，從石油的利用引發(fā)內燃機的大規(guī)模應用，到電能的利用促成了電器的進展，人們通過對能源的進一步開發(fā)，創(chuàng)適了前所未有的文明成果。56.8%：天然氣和煤炭儲最最多是歐洲，各占54.6%45%。亞洲大洋洲除煤炭稍多〔占18%〕5%0迄今為止，人類生活生產大局部倚仗化石能源。但世界能源消耗仍在増長，但化石能源的不行再生性打算了要保證文明的可持續(xù)進展，必需要查找能源，清潔，可再生，適于大范W應用20402060II的不斷増加，能源緊缺的時期將會提前來。傳統(tǒng)能源的緊缺性與分布的不平衡性極大的制約著世界各地的進展，現(xiàn)今已引發(fā)了一系列的地方性危機，隨著情形隨著時間推移進一步惡化，必將產生更大的問題。因此，21世紀能源的開發(fā)與利用，已不再是一個將來的話題，而是關系人類子孫后代命運，刻不容緩的一件人事。M們對氫〔氫能利用技術：制氫技術、氫提純技術、氫儲存與輸運技術〕，核能〔核裂變、核聚變〕，化學電源〔化學電能技術〕，生物質能〔生物質氣化技術、生物質固化技術、生物質熱解技術、生物質液化技術、沼氣技術〕，風，海洋，地熱能〔風力發(fā)電、潮汐能發(fā)電技術、地熱發(fā)電〕等能源技術作較為具體的介紹并對其利弗進展分析?二.?能源介紹氫久邑氫能是一種型二次能源，所謂二次能源，是指聯(lián)系一次能源和用戶的中間紐帶。二次能源又町分為“過程性能源”和“含能體能源”。電能足當前應用最廣的“過程性能源”。目前“過程性能源”尚不能大量地S接儲存?氫能和電能將一起成為將來能源體系的兩大支柱。氫具有的性質和特點氫的制IR水制氫；⑥其他制氫技術：⑦氫氣的提純前兒種技術較為傳統(tǒng)，需要消耗較多的傳統(tǒng)能源，本文主要介紹生物制氫技術及太陽能比解技術。1生物及生物質制氫①生物制氫的機制及爭論現(xiàn)狀②生物制氫生物制氫的機制及硏究現(xiàn)狀能夠產氫的微生物主要有兩個類群：光介生物和發(fā)酵細菌。在這些微生物體內存在著特別的氫代謝系統(tǒng)，其中固氮酶和氫酶發(fā)揮了歪要作用.生物制氫技術制氫技術有多種，生物制氫的想法由Lewisi-1966年提出。3種方法：①光合生物產氫從長遠和戰(zhàn)略的角度來看，以水為原料利用光能通過生物體制取a氣是0能夠產氫的光合生物包括光合細菌和藻類。狀芽桿菌、大腸埃希式桿菌、產氣腸桿菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等.③光合生物與發(fā)酵細菌的混合培育產氮光合生物與發(fā)酵型細繭町利用的底物在工業(yè)有機廢水和城市垃圾中大量存在。降低生物制氫本錢的仃效方法是應用廉價的原料，常用的冇富含冇機物的有機廢水，城市垃R能夠改善自然界的物質循環(huán),很好地保護生態(tài)環(huán)境。舌高等植物、農作物及秸稈、鴻類及水生植物等?生物質制氫包ffi兩種方法：①生物轉化制氫法：②生物質熱化學轉換法；太陽能光解制氮光解水能否有用化瑕中將取決于能量轉化效率。5學系統(tǒng)。①光化學系統(tǒng)純水只能吸取太陽能量的輻射中能量很低的紅外局部，不町能引起任何光化學反響，因此任何光解水的光化學反響都需要光敏化劑，也就是說，需要某種分子或半導體吸取太陽能以進展光化學反響，生成氫氣。在這個多分子的系統(tǒng)中，不同的功能是分別由不同類的分子完成的。1、光敏化劑PS吸取可見光產生受激的幾有氧化復原特性的產物PS*2R在受激的PS*發(fā)生電子轉移反響形成電荷對PS+和R-，R被復原3nCat叮以用來收集和轉移電子。②半導體光催化半導體光解水原理：水是一種格外穩(wěn)定的化合物，為了進展水的光電解反響，必需滿足以下條件：①禁帯寬度應當人于水屮氫和氧的化學勢之差：②光的量子能量應大于禁帶寬度：③n型半導體的平帶電勢應比析氫電位更負，而P型半導體則應比析氧電位正：半導體催化劑的爭論現(xiàn)狀半導體催化劑主要包括TiO2多相催化體系、a半導體催化劑，③混合系統(tǒng)混合系統(tǒng)是將吸取光了?的光敏化劑吸附在半導體上,擴展了半導體吸取太陽光波長的范同樣,也有報道將葉綠素應用于光化學電池的電解質中，或假設將它們吸附在電池電極匕但冃前還沒有能夠覺察高效率的“光能f氫的儲存液化儲氫壓縮氫氣儲存金屬氫化物儲氫配位氫化物儲氫物理吸附儲氫有機物儲氫玻璃微球儲a地下儲存總體說來，氫氣儲存可分為物理法和化學法兩人類。物理儲存方法主要包扌舌液氫儲存、高圧氤氣儲存、活性炭吸附儲存、碳纖維和碳納米管儲存、玻璃微球儲存、地卞巖洞儲存等?；瘜W儲存方法有金屬氫化物儲存、有機液態(tài)氮化物儲存、無機物儲存、鐵磁性材料儲存等。核能核能是除化冇能源外目前人類利用量最大的能源，我們最為生疏的是核裂變發(fā)電，但由于核原料儲最有限，按目前的進展速度，百年之內，己知的核原料便會枯竭，W此，對于核聚變的爭論是核能應用的主要進展方向。對于核裂變，最應注盤的是核原料的利用率問題。核電站的心臟是反響堆，它是供給熱能的1%?2%。因此，人們又開頭爭論開發(fā)利用率更高的快中子增殖堆。核電技術：1?核裂變反響堆：原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾235的原子核受到外來中子2?3235原子核，引起的裂變。如此持續(xù)進展就是裂變的鏈式反響。核反響堆的介理構造應當是核燃料+慢化劑+熱載體+掌握設施+防護裝置。2.核聚變裝置：核聚變反響根本原理物質在低溫狀態(tài)下是固態(tài)，隨著溫度的升奇會消滅液態(tài)、氣態(tài)，氣態(tài)的物質被連續(xù)加熱會消滅等離子狀態(tài)，即在幾萬攝氏度以上時，氣體將全部發(fā)生電離，變成帶正電的離子和帶負電的自由電子。這種等離子體被約束在托卡馬克裝置的環(huán)形室腔體內不斷與腔壁接觸，加熱電流連續(xù)在這一壞形室中流淌，與電流方向全都的強大外磁場保證了等離子體的穩(wěn)定。當?shù)入x了體被加熱到108°C以上，滿足nr>10I4研充說明，承受等離子體最有期望實現(xiàn)核聚變反響?該力法是用幾十萬安培的強電流向氣體笊放電，形成兒百萬至「萬攝氏度的髙溫，使笊分別成帶正電和帶負電的粒子，即通常所說的等離子體。把等離子體加熱到點火溫度，釆用肯定的裝置和方法來掌握反響物的密度利維持此密度的時間。目前，人們使用得旳支多的是應用磁約束和慣性約束。核聚變反響堆是一種滿足核聚變條件從而利用K2種方法：一種是使用托卡馬克裝置實現(xiàn)，托卡馬克是一種壞形裝置，通過約束電磁波驅動，制造亂、亂實現(xiàn)聚變的壞境和超高溫，實現(xiàn)對聚變反響的掌握：另一種方式足通過高能激光的方式實現(xiàn)。第一種方式己于2090其為熱核反響。化學電源化學電源是一種將化學能轉化為電能的裝置，也稱電池?；瘜W電源的種類：①一次電池〔電池本身不行逆〕②二次電池〔町貢a充放電循壞使用的電池〕③燃料電池〔連續(xù)電池〕活性物質可從電池外部連續(xù)不斷地輸人電池，連續(xù)放電④儲藏電池〔激活電池〕電池的正負級和電解質在貯存期不直接接觸，使用前釆取激活于?段，電池便進人放電狀態(tài)。生物質能生物質能則是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉化為化學能后固定和貯誠在生物體內的能量。生物質能的特點：〔1〕屬町再生能源，町保證能源的永續(xù)利用生物質能由于通過植物的光合作用町以再生，35%,位居種類多而分布廣，便于就地利用，利用形式多樣柑關技術己成熟，可貯存性好〔4〕節(jié)能、環(huán)保效果好，對改善人氣酸雨環(huán)境，削減大氣中二氯化碳含量，從而減輕溫室效應都冇極人的好處。生物質能分類100億噸：4500億噸：③糞便類牲畜、家禽、人的糞便等，全球每年排放數(shù)百億噸以上：④林業(yè)生物質薪柴、枝丫、樹皮、樹根、落葉、木們、刨花等：⑤農業(yè)廢棄物秸tf、果殼、果核、玉米芯、甜萊渣、蔗潢等：⑥水生tt^；^類、海草、浮萍、水葫蘆、蘆葦、水風信子等：⑦能源植物生長快速生物質利用的主要技術〔1〕化學轉換技術生物質化學轉換包扌舌直接燃燒、液化、氣化、熱解等方法，其中，%支簡潔的利用方法足直接燃燒?！?〕粉碎烘干分級處理，放入成型擠壓機，在肯定的溫度和壓力下形成牧高密度的固體燃料一一壓塊細密成型技術?！?〕生物化學轉換技術該技術主要是利用生物質厭氧發(fā)酵生成沼氣和在微生物作用下生成酒精等能源產品。包括厭氧發(fā)酵制収沼”〔、微生物制取酒精、生物制氫、生物柴汕等。風能概述r1973年世界石油危機以來，在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風能作為能源的一局部才ffl有了長足的進展。風能作為一種無污染和町再生的能源有著巨大的進展?jié)摿?，特別是對沿海交通不便的遙遠山區(qū)，地廣人桶的草原牧場，以及遠離電網和近期內電網還難以到達的農村、邊疆，作海洋能海洋能作為一種特別的能源，它的能最主要來自潮汐、涌流和波濤的沖擊力，溫度差及海水中溶解的化學成分。在上述能源中，目前僅有潮汐能彼人規(guī)模利用。潮汐能發(fā)電：潮汐發(fā)電與水力發(fā)電的原理基木相像,它是利用潮水漲落產生的水位所貝有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能最變?yōu)闄C械能，再把機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^程。只體說來，潮汐發(fā)電就是在海灣或右?潮汐的河H建一攔水堤壩，將海灣或河II與海洋隔開構成水庫，再在壩內或壩波浪能發(fā)電：波浪發(fā)電的原理主要是將波力轉換為壓縮空氣來驅動空氣透平發(fā)電機發(fā)電。當波浪上升時將空氣室中的空氣頂上去，被壓空氣穿過正壓水閥室進入正壓氣缸并驅動發(fā)電機軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機發(fā)電，當波浪落下時，空氣室內形成負壓，使大氣中的空氣被吸人汽缸并馳動發(fā)電機另一軸伸端上的空氣透平使發(fā)電機發(fā)電，其旋轉方向不變。溫差能發(fā)電；25?30?C,400?70om5?10C,20?24C,這就為發(fā)電供給了一個總量巨大且比較穩(wěn)定的能源，據估量發(fā)電最可達10TW。■1.鹽差能發(fā)電當兩種不同鹽度的海水被一層只能通過水分而不能通過鹽分的半透膜相分割時，兩邊的海水就會產生滲透壓，促使水扒濃度低抑「側向另一側滲透，使?jié)舛雀叩囊粋人簧仙?，直至般兩側的含鹽量相等為止。地熱能地熱能系儲存于地球內部的熱量，一方面來源于地球深處的高溫融溶體；另一方面源于放射4種類型：①水熱型，即地球淺處〔400?4500m〕,所見到的熱水或水熱蒸汽：②地圧地熱能，W在某些犬型沉積〔或含油氣〕盆地深處〔3?6kg〕存在著的髙溫高壓流體，其中含冇人量甲烷氣體；③才能將其熱能取出：④巖漿熱能，即儲存在高溫〔700?i2〔xrc〕熔融巖漿體中的巨人熱能，但如何開發(fā)利用41類水熱型地熱資源已到達商業(yè)開發(fā)利用階段?？扇急庥^像冰。甲烷水合物由水分子和甲烷組成，在海底深處接近o*c的低溫條件下穩(wěn)定存在，溶化后變成甲烷氣體和水。自然氣水介物極易燃燒，它燃燒產生的能量比同等條件下的煤、石油、自然”(都要多，而且在燃燒以后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物。呵燃冰的開釆鉆孔取心技術測井方法化學試劑法減壓法三.能源的進展前最綜合以上各種替代能源的的特點，可對其進展評述。對于氫能，K顯著的特點是其清潔性，其產物只有為水，町以說對環(huán)境無任何危害，但要對其進展規(guī)模化的應用，首要的問題是其儲存與運輸?shù)碾y點，氫的密度最小，難以將其進行高密度的儲存，徐種材料的覺察，是解決這一問題的最大希筆。此外，氫的安全性也應朝更穩(wěn)定的方向進展，對于氫，其安全性表現(xiàn)在：1.泄露性；2.氫脆：3.氫的集中：4?叮燃性：5.爆炸性。貝體說，氫是域輕的元素，比液體燃料和其他”(體燃料更簡潔從小孔中泄漏。氫的體積液漏率總是大于自然氣；銹鋼、總鋼以及其也高強度鋼簡潔發(fā)生氫脆，進而發(fā)生危險。但其干凈性與來源廣的顯著優(yōu)點保證了它是格外貝有進展前景的型能源。對于441360GW商用核電站在運行。如此大規(guī)模的商用核電站每年都要卸出大量的乏元件，這些乏元件中含有大量杯和鋼系核素以及長卷命裂變產物。伴隨這些核廢物的是大最的輻射和衰變熱，假設處理不當就會造成水、人氣、土壤的污染，對自然生態(tài)環(huán)境適成破壞并間接或直接的影響人類的生存。1萬噸，而核廢物枳累總量己超過20萬噸-目EfL對這些核廢物處理的技術要求柑當高，假設處理不當就會造成安全隱患。W而核廢物的安全處理成為制約核能進展的主要因素，是現(xiàn)今核能進展的主要議題之一。最近的太平洋地貫引發(fā)口本海嘯對口本核電站造成破壞，核輻射超標無不撥動人們脆弱的神經，核能的潛在危急性使其對人類的進展具有雙面性，只有成功的解決核廢料與核污染問題，才能到達可持續(xù)進展的要求。核廢物處理的主要途徑：后處理：后處理的主要任務是分別乏燃料中的鈾和杯，將獵取的高純鈾、杯進人燃料再循壞.illtiWo隔離開來?

固化：固化工藝是用適當?shù)牟牧蠈⒎派湫詮U物包裹起來，以防止放射性核素 的地質處置地質處置是利用自然屏障和人工屏障，將放射性廢物與人類的生存環(huán)境娼變對于長壽命的鋼系元素只有通過核裂變才能使其轉換為短卷命或穩(wěn)定的超臨界流體處理技術化學電源主要應用在：①在尖端技術領域：宇宙飛船、人造衛(wèi)星、火箭、遙測遙控等②在軍^^領域：潛艇、、、無線電通訊、無線電定位和武器等③在生活領域的：飛機、汽車、移動通訊、計算機、家用電器和照明等電池的污染是最為人眾熟知的壞境問題Z—，對于傳統(tǒng)的電池對地下水，土壞，及生物體的嚴巫危害是當今環(huán)保宜傳的巫點之一，但其處理卻不盡人盤，型的化學電源應更易進展無害化處理，效率更高，具冇更好的