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电动汽车与清洁能源 施明顺2014年4月9日 目录 一 环境现状和压力二 能源现状与结构三 机动车与空气污染四 清洁能源发展趋势五 电动汽车六 无线充电技术七 轻质透明复合材料八 电动汽车展望 人们向往的生活 衣 食 住 行 医 教 养 人 地 火 风 水 土壤 雨水 空气 太阳 一 环境现状和压力 1 环境现状 雾锁大江南北 霾住大中城市 2 霾的分类 雾霾 水汽霾 尘霾 扬尘霾 烟霾 化学霾 3 相关后果 直接后果 导致呼吸道等相关疾病 摘自 中国科学院大气物理研究所研究员张仁健课题组 中国科学院大气物理所研究员王跃思提供的数据 北京在2013年1月和2014年2月的雾霾污染事件中 PM2 5在重污染时段的主要来源 机动车42 燃煤28 工业13 和扬尘12 在清洁时段的主要来源 燃煤45 机动车13 摘自 国家环保部 中科院就北京雾霾成因产生分歧 二 能源现状和结构 世界各国的能源结构现状图 世界能源结构发展与调整预测图 国际能源署对我国电源装机结构的预测 吴敬儒对我国电力装机结构的预测 摘自 我国十二五能源结构调整图摘自 三 机动车与空气污染 世卫组织机构 柴油汽车污染易致癌 肺癌和膀胱癌 摘自 2011年全国机动车保有量构成 摘自 环保部2011报告 2011年按车型划分的汽车保有量构成 摘自 环保部2011报告 2011年按燃料划分的汽车保有量构成 摘自 环保部2011报告 2011年按排放标准划分的汽车保有量构成 摘自 环保部2011报告 2011年机动车CO HC排放量分担率 摘自 环保部2011报告 2011年机动车NOX PM排放量分担率 摘自 环保部2011报告 各类汽车一氧化碳 CO 排放量分担率 摘自 环保部2011报告 各类汽车碳氢化合物 HC 排放量分担率 摘自 环保部2011报告 各类汽车氮氧化物 NOX 排放量分担率 摘自 环保部2011报告 各类汽车颗粒物 PM 排放量分担率 摘自 环保部2011报告 四 清洁能源发展趋势 传统能源发展阶段 固态的煤 液态的石油 气态的天然气 清洁能源的种类 1 太阳能 这里指 光伏发电2 风力能 风力发电3 水力能 包括潮汐能 水力发电4 生物能 以生物为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量 例如沼气 各种秸秆植物残渣提炼酒精代替石油等5 地热能 蒸汽型地热 热水型地热 干热岩地热6 聚核能 热核聚变 冷核聚变7 裂核能 正在广泛应用的核能 严格说不算清洁能源 光伏发电是利用太阳能发电方式之一摘自 光伏发电是根据光生伏特效应原理 利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能 不论是独立使用还是并网发电 光伏发电系统主要由太阳电池板 组件 控制器和逆变器三大部分组成 它们主要由电子元器件构成 不涉及机械部件 太阳能电池一般为硅电池 分为单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种 缺点 照射的能量分布密度小 即要占用巨大面积 获得的能源同四季 昼夜及阴晴等气象条件有关 发电成本高 光伏板制造过程中不环保 光伏发电摘自 太阳能光伏电池工作效率低 制约了光伏发电的广泛应用 值得庆幸的是麻省理工学院和浙江大学科学家在光流控制方面取得了重大突破 新材料让光只沿某一特定方向传播 新华社华盛顿2014年3月27日电 记者林小春 中美研究人员27日报告说 他们在根据光线的传播方向控制光流方面取得重要突破 这一成果将有望推动光伏电池 光学探测系统等领域的发展 摘自 科技日报华盛顿10月16日电 记者何屹 美国几所大学的研究人员合作开发出一种热光电系统 有望将太阳能电池的转换效率提高到80 该研究成果发表在10月16日出版的 自然 通讯 杂志上 传统太阳能电池的硅半导体只吸收红外光 而高能量光波 包括大部分的可见光光谱 都以热能形式被浪费掉 虽然在理论上 传统太阳能电池的转换效率可达34 但由于能量浪费 尽管其工艺不断完善和进步 其转换效率依然停滞在15 20 为突破太阳能电池受制于转换效率的困境 美国斯坦福大学 伊利诺斯大学和北卡州立大学的研究人员着手开发出一种全新的热光电系统 据斯坦福大学电气工程系的范汕洄教授介绍 既然能让太阳能电池有效发电的热辐射光谱很窄 如果能够将太阳光压缩成为让太阳能电池有效发电的单色光 从理论上来说 太阳能电池的转换效率就能提高到80 的水平 摘自 生物能 生物质燃烧技术获突破可替代常规化石能源 2014年4月8日 科技日报讯 记者张晔 燃煤排放是公认的产生雾霾的 元凶 秸秆焚烧又加速了空气污染 能否变废为宝 用秸秆替代煤炭资源化应用 近日 随着大功率抗结渣生物质固气复合燃烧技术及装置通过专家组鉴定 这标志着我国在根治雾霾 元凶 方面获得重大技术突破 这套生物质固气复合燃烧技术及装置由江苏东工环保科技股份有限公司联合天津大学和东南大学研发而成 独创了生物质成型燃料 BMF 抗结焦添加剂 解决了秸秆富含钾钠 灰熔点低 容易结焦的难题 开发了固气复合燃烧技术 克服了生物质气化过程中易产生焦油的缺点 开发了BMF双层连锁投料装置 有效解决了传统投料装置会产生回火 倒烟的问题 具有操作简单 使用可靠 单机功率大等优点 可广泛应用于石化 建材 冶金 热电等行业 摘自 干热岩摘自 经过两年钻探验证 青海省共和县恰卜恰镇中深层地热能勘查 项目日前取得重大突破 盆地中北部地下2230米处勘查到埋藏浅 温度高的干热岩 这是我国首次发现的可大规模利用的干热岩资源 干热岩通常埋藏在地表3000至10000米以下 是没有水或蒸汽的 致密不渗透的热岩体 温度在150 至650 之间 是一种可用于高温发电的清洁资源 核聚变 热核聚变 原理 热核聚变是指由质量小的原子 主要是指氘或氚 在一定条件下 如超高温和高压 发生原子核互相聚合作用 生成新的质量更重的原子核 并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式 原子核中蕴藏巨大的能量 原子核的变化 从一种原子核变化为另外一种原子核 往往伴随着能量的释放 摘自 热核聚变 即轻原子核 例如氘和氚 结合成较重原子核 例如氦 时放出巨大能量 第一代 聚变是氘氚聚变 优点是燃料便宜 缺点是有中子 氢弹 第二代 聚变是氘和氦3反应 这个反应本身不产生中子 但其中既然有氘 氘氘反应也会产生中子 可是总量非常非常少 如果第一代电站必须远离闹市区 第二代估计可以直接放在市中心 第三代 聚变是让氦3跟氦3反应 这种聚变完全不会产生中子 这个反应堪称终极聚变 缺点 需要来高温 超过一亿摄氏度 高压的约束装置托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器 它的名字Tokamak来源于环形 toroidal 真空室 kamera 磁 magnit 线圈 kotushka 最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的 托卡马克的中央是一个环形的真空室 外面缠绕着线圈 在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场 将其中的等离子体加热到很高的温度 以达到核聚变的目的 托卡马克磁约束装置 国际热核聚变实验堆计划 热核聚变的研究 国际热核聚变实验堆 ITER 计划 是目前全球规模最大 影响最深远的国际科研合作项目之一 建造约需10年 耗资50亿美元 1998年值 ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克 俗称 人造太阳 国际热核聚变实验堆计划参与各方2005年6月28日在莫斯科作出决定 世界第一个热核聚变实验堆将在法国建造 调整为 项目期限1985年 2030年 总投资100亿美元 网站 中国热核聚变的发展 1985年 由美苏首脑提出了设计和建造国际热核聚变实验堆ITER的倡议 1988年 通过国际合作 美 苏 欧 日四方开始ITER的设计 1990年 完成了ITER概念设计 CDA 1998年 美 俄 欧 日四方共同完成了工程设计 EDA 及部分技术预研 2003年2月18日 中国正式加入该计划 6月 形成延续至今的共建格局 2005年6月28日 中国 日本 韩国 俄罗斯 美国和欧盟6方在莫斯科作出决定 ITER定址法国的卡达拉舍 2007年8月30日 十届全国人大常委会第二十九次会议正式审议通过 联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定 网站 中国科学院等离子体物理研究所 主要承担我国的热核聚变研究 尽管还有很多技术上和理论上的困难 也还有不少意见分歧 但科学家们估计 到2025年以后 核聚变发电厂有可能投入商业运营 2050年前后 受控核聚变发电将广泛造福人类 摘自网站 冷核聚变 冷核聚变是指在接近常温常压和相对简单的设备条件下发生核聚变反应 核聚变反应中 多个氢原子核被强行聚合形成一个重原子核 并伴随能量释放 也称为低能量核反应 lowenergynuclearreactions LENR 有关冷核聚变最著名的事件是1989年的弗莱西曼 庞斯实验 由于这个当时引起轰动的实验没能够重现 20年来一直被视作科学研究的反面典型之一 世界各地1000多个实验室始终没有人成功地重复出彭斯和弗莱什曼的实验结果 最终否定了这一成果 他们俩的故事也就成了科学界几乎人人皆知的反面教材 这个科学史上的丑闻是科学发展过程中操之过急以及过度炒作的典型例证 在反对与争论中 冷核聚变的研究依然在进行 时有报道 2011年11月8日消息 意大利物理学家安德烈 罗西称 他已经设法成功实现 冷聚变 这一过程能在不产生有害辐射物的情况下 生产出大量安全核能 它有望解决全球能源危机问题 中国科技网2014年3月7日报道 据英国每日邮报报道 目前 英国一位13岁学生杰米 爱德华兹 JamieEdwards 成为全球最年轻的 核实验专家 他在英国兰开夏郡中学实验室创建核聚变反应堆 使用高能量碰撞两个氢原子制造氦 摘自 意大利物理学家安德烈 罗西 英国学生杰米 爱德华兹 JamieEdwards 冷聚变学术研究 2008年4月8 9日 中国科协学会学术部以 冷聚变 的争论 为题在北京召开了第l7期新观点新学说学术沙龙 邀请了许多专家学者就此问题进行自由讨论 会议就氢 氘气体放电实验出现的许多奇异现象 如异常x射线谱线 超热 新核素生成等 和其理论解释 如 小氢原子模型 P e P等束缚态模型 以及其他的实验现象和理论解释进行了报告 质疑和热烈的争论 国际上有许多国家在开展 冷聚变 研究 国际上已召开过13届冷聚变国际会议 第14届国际冷聚变会议已于2008年8月在美国华盛顿举行 美国物理学会年会和化学会年会都开辟了冷聚变分会场 现国际上对 冷聚变 研究比较重视的国家有 美国 日本 俄罗斯 意大利 中国 法国 以色列等 对冷聚变现象的确定性是成立的 但在理论的解释上争议很大 五 电动汽车 1 石油短缺 节能要求 减少进口依赖 2 环境恶化 减排压力 改善空气质量 3 传统汽车 技术落后 弯道超越他国 我国电动 新能源 汽车提出的原因 政府的决心 1 电动汽车于1873年由英国人RobertDavidson采用铁锌电池 一次电池 将马车改成了第一辆三轮电动车 电动车较汽车 1886年 早了13年 至今140年了 2 1999年4月李岚清副总理强调跨越性发展 提出发展电动车 1999年10月 吴邦国副总理强调 为解决环境污染和能源问题 我国政府要大力支持电动车研发和生产 3 2001年10月电动车汽车项目列入 十五863 重大专项计划 2006年10月再一次将电动车汽车项目列入 十一五863 重大专项计划 2008年6月将PLUG IN混合动力电动汽车和混合动力系统的关键部件动力耦合装置列入 十一五863 重大专项计划 4 十城千辆工程 全称为 十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程 是由科技部 财政部 发改委 工业和信息化部于2009年元月共同启动 主要内容是 通过提供财政补贴 计划用3年左右的时间 每年发展10个城市 每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行 涉及这些大中城市的公交 出租 公务 市政 邮政等领域 力争使全国新能源汽车的运营规模到2012年占到汽车市场份额的10 5 财政部 科技部 工业和信息化部 国家发展改革委关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知 财建 2013 551号 决定2013年 2015年对纯电动乘用车 插电式混合动力 含增程式 乘用车的推广应用给予财政补贴 新能源汽车分类 广义上新能源汽车包括1 燃气汽车 液化天然气 压缩天然气 2 燃料电池电动汽车 FCEV 3 纯电动汽车 BEV batteryelectricvehicle 4 插电式混合动力汽车 PHV Plug inHybridVehicle 含增程式电动汽车 5 液化石油气汽车 6 氢能源动力汽车 7 混合动力汽车 油气混合 油电混合 8 太阳能汽车和其他新能源 如高效储能器 汽车 财政部 科技部 工业和信息化部 国家发展改革委关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知 财建 2013 551号 决定2013年 2015年给予财政补贴的推广应用新能源汽车 1 纯电动乘用车2 插电式混合动力 含增程式 乘用车 今后三年政府财政补贴的新能源汽车种类 江西省政府与2014年4月10日上午8 30新能源汽车项目启动会 将在赣江宾馆美食楼四楼会议室召开 我省环鄱阳湖城市群将被列入新能源汽车试点城市 6 8米客车也将被列入补贴车型 晶马公司要加快新能源车型开发和新能源资质的获取 纯电动汽车 三电组成 电机 含变速器 电池 电子控制系统 更多请参阅 插电式混合动力汽车 更多请参阅 组成 电机 含变速器 电池 电子控制系统 电池充电与驱动发动机 增程式电动汽车 更多请参阅 组成 电机 含变速器 电池 电子控制系统 电池充电发动机 纯电动汽车 插电式混合动力 含增程式 汽车优缺点 1 能源形式 电力 少量汽柴油 2 驱动形式 用电机 或发动机在较佳的工况时 驱动车轮行驶 3 法规要求 符合道路交通 安全法规各项要求的 4 环境影响 对环境影响比传统汽车小 5 应用前景 广泛看好 6 产品技术 当前技术尚不成熟 7 财政补贴 公告 购车补贴 无线充电技术 电磁耦合 光电耦合 电磁共振 六 无线充电技术 无线充电对手机 电脑 相机等电子产品而言 只是个锦上添花的新功能 但对电动车产业 却有可能是启动整个市场的关键 电动汽车无线充电没有外露的连接器 彻底避免漏电 跑电等安全隐患 采用无线充电 可以将电源和变压器隐蔽在地下 让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电 众多企业高校正在攻克电动汽车无线充电技术难关 比亚迪公司把专利卖给犹他州州立大学能源动力学实验室 机场巴士充电 日本丰桥技术科学大学 透过20厘米厚的混凝土砖块将电力传输给汽车的道路充电装置 witricity公司 研发了能够隔空充电的电动汽车充电器 那是个放置在车库地上的半米宽的板子 汽车从上面开过去 就开始充电了 更多请参阅 七 轻质透明复合材料 201年3月12日环球网报道 辽宁大学和抚顺拜斯特复合材公司有限公司宣布 他们已经开发出一种高性能高分子复合材料 能够在满足各种力学性能要求的条件下 实现车辆 船舶 以及飞行器的轻量化 专家表示 新型高分子复合材料可用于开发战机 船舶 以及车辆 其指的有可能是航母等战舰以及新型舰载机的开发 摘自 碳纤维复合材料 更多请参阅 碳纤维成汽车轻量化时代 新宠 2014年2月24日 据路透社报道 宝马汽车公司 BMW 与汽车碳纤维生产商SGLCarbon SGL 计划投资逾1亿欧元 以将合作生产的碳纤维产量从每年3000吨提高到6000吨 这项投资将使宝马与SGL提高在德 美两国的碳纤维产量 以用来满足不断增长的宝马i系列电动汽车的市