新能源技术与应用

1、新能源技术与应用摘要： 能源是人类生存和发展的重要物质条件。煤炭、石油、天然气等化石能源支持 了 19 和 20 世纪近 200 年来人类文明进步和经济社会发展，但煤炭、石油、天然气 等不可再生能源持续增长的大量消耗，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时更感 到了环境问题的严重威胁。可再生能源丰富、清洁，可永续利用。加强可再生能源 开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持 续发展的必由之路。关键词： 可再生能源 太阳能 风能 地热能 海洋能 生物质能 核能正文： 面对能源资源和环境问题，国际社会采取了积极的应对措施，特别是 1992 年 召开的联合国环境与发展大会

2、和 2002 年召开的可持续发展世界首脑会议， 使可持续 发展思想逐渐成为国际社会的共识。目前，提高能源利用效率、开发利用可再生能 源、保护生态环境、实现可持续发展已成为国际社会的共同行动。加强全球合作， 妥善应对能源和环境挑战，实现可持续发展，是世界各国的共同愿望，也是世界各 国的共同责任。新能源一般包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能和核能等。一、太阳能技术：太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75 >1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万

3、吨煤。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对 环境无任何污染。太阳能的转换和利用方式有：光热转换、光电转换和光化学转换。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（1 0 0 3 0 0 C）:工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（3 0 0 C以上） ：热发电、材料高温处理等。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。当前发展主要障碍是光电池成本高。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

4、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。二、风能 : 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面， 地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达 地球的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为 2.74X109MW ，其中可利用的风能为 2X107MW ，比地球上可开发利用的 水能总量还要大 10 倍。我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。全国风力资源的总储量为每年16亿kw，在世界各国排列第三，可开发利用的约为 2/10,即约3亿千瓦

5、可以 有效利用的风速范围为 3-20 米/秒. 近期可开发的约为 1.6 亿 kw ，内蒙古、青海、 黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列。风力发是技术关键是大型风力机的叶片设计 、制造和安全性技术，二是优化运 行控制方案与控制系统。三、地热能 :地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。 地热能是来自地球深处的可 再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能是指其储量比目 前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火 山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生 的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部

6、传到地面的热 能相当于lOOPWh。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。地热能的利用自古时候起人们就已将低温地热资源用于浴池和空间供热，近来还应用于温室、热力泵和某些热处理过程的供热。在商业应用方面，利用干燥的 过热蒸汽和高温水发电已有几十年的历史。利用中等温度（100 C）水通过双流体循环发电设备发电，在过去的 1 0年中已取得了明显的进展，该技术现在已经成熟。 地热热泵技术后来也取得了明显进展。 这些成熟技术通过联合国有关部门 的艰苦努 力，已成功地推广到发展中国家。四、海洋能 海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散 发能量， 这些能量以潮汐、 波

7、浪、温度差、 盐度梯度、 海流等形式存在于海洋之中。 这些不同形式的能量有的已被人类利用，有的已列入开发利用计划，但人们对海洋 能的开发利用程度至今仍十分低。 这些能量分散在广阔的地理区域， 因此实际上它 们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。 因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。全球海洋能的可再生量很大。根据联合国教科文组织 1981 年出版物的估计数 字，五种海洋能理论上可再生的总量为 766 亿千瓦。 其中温差能为 400亿千瓦， 盐 差能为 300 亿千瓦，潮汐和波浪能各为 30 亿千瓦，海流能为 6 亿千瓦。但如上所 述是难以实现把上述全部

8、能量取出， 设想只能利用较强的海流、 潮汐和波浪； 利用 大降雨量地域的盐度差， 而温差利用则受热机卡诺效率的限制。 因此， 估计技术上 允许利用功率为 64亿千瓦，其中盐差能 30 亿千瓦，温差能 20亿千瓦，波浪能 10 亿千瓦，海流能 3 亿千瓦，潮汐能 1 亿千瓦（估计数字） 。五、生物能 : 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量， 它直接或间接地来源于植物的光合作用， 在各种可再生能源中， 生物 质是独特的， 它是贮存的太阳能， 更是一种唯一可再生的碳源， 可转化成常规的固 态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x101

9、1t，含能量达3X1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当 于全世界每年耗能量的 10 倍。生物能的开发和利用具有巨大的潜力。下面的技术手段目前看来是最有前途：1、直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。2、利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长 作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇） 、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生 植物。3、生产木炭和炭。4、生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机( BIG/STIG )联合发电装置。5、对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避 免用

10、错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。六、核能 :核能用于民用 ,主要是发电 ,我国发展核电工业已经有 30 多年历史， 建立了从地 质勘察、 采矿到元件加工、 后处理的比较完整的燃料循环体系， 探明了一批有一定 储量的铀矿资源， 已经建成多种类型的核反应堆并且积累了多年安全管理和安全运 行的经验。据了解，我国已投入运行的核电厂多年来一直保持着良好的安全记录， 核电正在我国国民经济中发挥着举足轻重的作用。 1999 年大亚湾核电站完成上网 电量近 135 亿度，全年创汇 56 亿美元，上交各项税金 2 亿元人民币。秦山核电 站和大亚湾核电站输送的电力有效地缓解了华东、 广东等地电力紧张的局

11、面， 并为 香港输送了大量电力，显示了核电的巨大作用。到 21 世纪初，中国核电装机容量 将达到 850 万千瓦，占全国发电能力的 30左右。核能新技术； 1)新一代压水堆核电站具有固有安全性的核电站反应堆。 核反应堆在任何事故条件下都能自动停止运 行，而且在最严重的假想事故条件下，停堆后的堆芯乘余热能依靠自然循环机理， 导出堆外， 保持堆内芯部和燃料元件的完整， 从根本上排除堆芯深地、 放射性逸出 的可能，这种特性称为固有安全性，如改进压水堆、模块式高温气冷堆等。(2) 核燃料的增殖快中子增殖反应堆。我国0 6 3 ”计划已计划建造快中子实验堆。 快中子堆在理论上可以利用全部 铀资源，但实际上由于各种损失，约可利用铀资源达到6 0%以上。(3) 新的 供热资源低温核供热堆和高温气冷堆 低温核供热堆是压水堆型的热中子堆，但它的参数远低于核电站用的压水堆。由于参数低，设备造价低，在经济上有竞争力。我国开展低温核供热堆已有多年， 第一个5000千瓦的低温核供热试验堆已于1990年投入运行。高温气冷堆是采用石墨作慢化剂和惰性气体氦气作冷却剂的热中子堆。由于石墨耐高温，所以反应堆出口的氦气温度可以高达9 5 0 C。元远高于核电站压水堆的出口水温3 0 0 3 5 0 C，现在设计的模块型高温气冷堆不仅可以高温供热， 高效发电，而且有很好的固有安全