新型能源技术论文

新型能源技术论文能源是现代社会存在和发展的基石，是人类生存和发展的重要物质条件，无论是在工业、农业、还是在服务业，高新技术产业，都离不开能源。随着现代社会经济的全球化，以及市场经济地不断发展，能源的消费也相应的持续增长，且短期内的消耗不会减少。虽然化石能源在社会的发展历史上，提高了人们的生活水平，大大加强了生产力，但随着时间的推移，化石能源的稀缺性将会越来越突显，且这种稀缺性也会逐渐在能源商品的价格和未来发展问题上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下,大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。其中新型能源包括太阳能、风能、原子核能、氢能、海洋能、地热能以及生物质能。这些能源即是可再生能源，又能为人们提供足够的能量，而且对环境的污染也很少。如果我们能大力发展这些新型能源，推广到大众中去的话，我们就可以克服资源短缺的问题，又可以保护环境。一、太阳能太阳能是由内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。太阳能发电有两大类型：一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中,光电利用光伏发电,是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能技术①太阳能热利用和热发电技术。太阳能热利用是太阳辐射能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用，它可分低温（100—300℃）：工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（300℃以上）：热发电、材料高温处理等。太阳能节能建筑分主动式或衩动式两种。前者与常规能源采暖系统基本相同，仅以太阳能集热器作为热源代替传统锅炉。后者是利用建筑本身的结构，吸收和储存太阳能，达到取暖的目的。太阳能热发电技术是利用太阳能产生热能，再转换成机械能的发电过程。发电系统主要同集热系统、热传输系统、蓄热器、热交换器以及汽轮发电机系统等组成。美国LUZ公司已建了9个电站，总装机容量为35万千瓦，平均效率达14％，电价约8美分／千瓦时。太阳能热发电技术涉及光学、传热学、材料科学、自动化等学科，是一门综合性交叉性很强的高新技术，也是太阳能开发和研究领域的难点。太阳能热发电技术的关键问题是太阳能的光辐射吸收和高效传热技术。②太阳能光电转换技术。太阳电池类型很多，如单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化电池、化电池等。美国、德国、日本都将太阳能光电技术列为新源首位，制造和发电成本已在特殊应用场合有一定竞争能力。当前发展主要障碍是光电池成本高。我国已能生产，年产达1000千瓦，能量转换率达14％。多晶硅电池采用熔化浇铸，定向凝固方法制造，有可能在现有基础上降低成本30％，向实用化推进一步，但要使成数量级下降，需改变制造工艺，制造硅膜太阳能电池和发电系统，需大力加强基础研究。③光化学转换技术。光化学是研究光和物质相互作用引起的化学反应的一个化学分支。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢的电池。现在，我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔,可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持,先后出台了一系列律、政策,有力支持了产业的发展。二、风能风能地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。地球吸收的太阳能有1%到3%转化为风能，总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。上了高空就会发现风的能量，那儿有时速超过160公里的强风。这些风的能量最后因和地表及大气间的摩擦力而以各种热能方式释放。风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应。存在地球表面一定范围内。经过长期测量，调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内能利用的依据，通常以能密度线标示在地图上。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。中国风力机的发展，在50年代末是各种木结构的布篷式风车，1959年仅江苏省就有木风车20多万台。到60年代中期主要是发展风力提水机。70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进入80年代中期以后，中国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw，是全国目前最大的风力发电场。至1990年底全国风力提水的灌溉面积已达2．58万亩。1997年新增风力发电10万kw。目前中国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组，并初步形成了风力机产业。尽管如此，与发达国家相比，中国风能的开发利用还相当落后，不但发展速度缓慢而且技术落后，远没有形成规模。在进入21世纪时，中国应在风能的开发利用上加大投入力度，使高效清洁的风能能在中国能源的格局中占有应有的地。根据预计，中国的风电装机容量将实现每年30%的高速增长，这将极大地推动中国经济的发展。三、原子核能核能的能量来自核反应堆中可裂变材料（核燃料）进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、核能发电钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。核能的利用是人类未来能源的希望所在。从目前的科学技术水平看,人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变,如铀;二是轻元素的聚变,如氘、氚。重元素的裂变技术,己得到实际应用;轻元素聚变技术,正在积极研制之中。不论是在核裂变反应的重元素铀，还是核聚变反应的轻元素氘、氚,在世界大洋中的储藏量都是巨大的。核聚变比核裂变产生的能量效应要高达600倍,比煤高1000万倍。核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同,聚变能具有资源无限、不污染环境、不产生高放射性核废料等优点,是人类未来能源的主导形式之一,也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。核能发电优点：1.核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低。核能发电是一种相当理想的新能源，但由于技术要求高，危险性大，目前发展仍然受到制约。2006年5月24日,国家科技部代表我国政府与其他六方一起,在比利时首都布鲁塞尔草签了《国际热核聚变实验堆(ITER)联合实施协定》。这标志着ITER计划实质上进入了正式执行阶段,即将开始工程建设,也标志着我国实质上参加了ITER计划。尽管就规模和水平来说,我国核聚变能的研究和美、欧、日等发达国家还有不小的差距,还须经过若干年的努力才能接近“实验堆”建设和研究阶段。而参加ITER计划,参与ITER的建设和实验,从而全面掌握ITER的知识和技术,培养一批聚变工程和科研人才,使其成为我国聚变研究的一部分。再配合国内安排必要的基础研究、聚变反应堆材料的研究、聚变堆某些必要技术的研究等,则有可能在较短时间、用较小投资使我国核聚变能研究在整体上进入世界前沿,为我国自主地开展核聚变示范电站的研发奠定基础。国际聚变界普遍认为,今后实现聚变能的应用将历经三个战略阶段,即:建设ITER装置并在其上开展科学与工程研究;在ITER计划的基础上设计、建造与运行聚变能示范电站;最后,将在本世纪中叶建造商用聚变堆。我国将力争跟上这一进程，尽快建造商用聚变堆,使得核聚变能有可能在本世纪末在我国能源中占有一定的地位。四、氢能氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然气可以直接开采，今下几乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程废氢，每年大约可以回收到大约1亿立方米，这个数字相当可观。氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，因此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大“仓库”，如把海水中的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000倍。氢的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使内燃机节油40%。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划，宣布今后4年政府将拨款17亿美元支持氢能开发。美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。因此氢能发展前景十分大，有望成为取代化石燃料的新能源。氢气的制取通常有矿物燃料制氢、电解水、热化学循环分解水制、生物质制氢。（1）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法。①煤的焦化。②水煤气转化。③从天然气、炼厂气（石油炼制厂的副产气体）、油田气等气体燃料中制取氢气。（2）电解水法。水中放进一点儿氢氧化钠、硫酸钾、硫酸之类的电解质，通电之后，极上就能放出氢气。电解水法制得氢气的纯度可达99.5～99.8%。（3）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。（4）热化学循环分解水制氢。该方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗。这其实也是一种加热直接分解水的方法，不过不是单纯依靠加热硬把氢、氧一步分开，而是通过某些化学药品（如二氧化硫、硫酸和硫酸铋）与水反应，分几步把水分解制得氢气，形成一个热化学循环，所以又叫做分步反应分解水制氢法。（5）生物质制氢。它是将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法。其的制造成本比较高，因此现在使用还不是普遍，但其优点也是不可忽视的。氢能有以下主要特点：其一，能量高。除核燃料外，氢的发热值是目前所有燃料中最高的，是汽油的3倍。氢的高能，使氢成为推进航天器的重要燃料之一。其二，氢本身无毒，燃烧产物是水，无污染，且能循环使用。其三，氢燃烧性能好，点燃快。其四，利用形式多，可以气态、液态或固态金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。因此，可以说氢能是最理想的、完美的能源。氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注，被誉为21世纪的能源。发展氢经济是人类摆脱对化石能源的依赖、保障能源安全的永久性战略选择。五、海洋能海洋能是一种蕴藏在海洋中的重要的可再生清洁能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能，更广义的海洋能还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。从成因上来看，海洋能是由太阳能加热海水、太阳月球对海水的引力、地球自转力等因素的影响下产生的，因而是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，而且开发海洋能不会产生废水、废气，也不会占用大片良田，更没有辐射污染，因此，海洋能被称为21世纪的绿色能源。海洋能特点：1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积