新能源技术发展调研报告

能源技术进展调研报告本报告主要分为三局部，第一局部为对全世界能源现状的综述，争论能源开发与利用的紧迫性与可行性；其次局部为对各种能源技术的校为具体的介绍，其中有进展较为成熟的技术，也有刚处于进展初期的能源技术，通过对其原理〔能量转化机制〕的了解对其优越性与面临问题〔进展瓶颈〕进展介绍：第三局部为对各技术的可持续开发与污染掌握前景进展讨论，对并种能源技术进展概扌舌总结。一.世界能源问题进呈现状能源是产生能量的物质根底，是人类生存与进展的物质根底，人类历史的进展，文明的飞跃无不与对兴能源的成熟利用息息相关，对火的利用，开C了人类主动猎取利用自然界能源的序幕，通过对自然能源的能最转换与利用，人类开头了工业革命，从石油的利用引发内燃机的大规模应用，到电能的利用促成了电器的进展，人们通过对能源的进一步开发，创适了前所未有的文明成果。56.8%：天然气和煤炭储最最多是欧洲，各占54.6%45%。亚洲大洋洲除煤炭稍多〔占18%〕5%0迄今为止，人类生活生产大局部倚仗化石能源。但世界能源消耗仍在増长，但化石能源的不行再生性打算了要保证文明的可持续进展，必需要查找能源，清洁，可再生，适于大范W应用20402060II的不断増加，能源紧缺的时期将会提前來。传统能源的紧缺性与分布的不平衡性极大的制约着世界各地的进展，现今已引发了一系列的地方性危机，随着情形随着时间推移进一步恶化，必将产生更大的问题。因此，21世纪能源的开发与利用，已不再是一个将來的话题，而是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件人事。M们对氢〔氢能利用技术：制氢技术、氢提纯技术、氢储存与输运技术〕，核能〔核裂变、核聚变〕，化学电源〔化学电能技术〕，生物质能〔生物质气化技术、生物质固化技术、生物质热解技术、生物质液化技术、沼气技术〕，风，海洋，地热能〔风力发电、潮汐能发电技术、地热发电〕等能源技术作较为具体的介绍并对其利弗进展分析•二.•能源介绍氢久邑氢能是一种型二次能源，所谓二次能源，是指联系一次能源和用户的中间纽带。二次能源又町分为“过程性能源”和“含能体能源”。电能足当前应用最广的“过程性能源”。目前“过程性能源”尚不能大量地S接储存•氢能和电能将一起成为将来能源体系的两大支柱。氢具有的性质和特点氢的制IR水制氢；⑥其他制氢技术：⑦氢气的提纯前儿种技术较为传统，需要消耗较多的传统能源，本文主要介绍生物制氢技术及太阳能比解技术。1生物及生物质制氢①生物制氢的机制及争论现状②生物制氢生物制氢的机制及硏究现状能够产氢的微生物主要有两个类群：光介生物和发酵细菌。在这些微生物体内存在着特别的氢代谢系统，其中固氮酶和氢酶发挥了歪要作用.生物制氢技术制氢技术有多种，生物制氢的想法由Lewisi-1966年提出。3种方法：①光合生物产氢从长远和战略的角度来看，以水为原料利用光能通过生物体制取a气是0能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类。状芽杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等.③光合生物与发酵细菌的混合培育产氮光合生物与发酵型细繭町利用的底物在工业有机废水和城市垃圾中大量存在。降低生物制氢本钱的仃效方法是应用廉价的原料，常用的冇富含冇机物的有机废水，城市垃R能够改善自然界的物质循环,很好地保护生态环境。舌高等植物、农作物及秸秆、鴻类及水生植物等•生物质制氢包ffi两种方法：①生物转化制氢法：②生物质热化学转换法；太阳能光解制氮光解水能否有用化瑕中将取决于能量转化效率。5学系统。①光化学系统纯水只能吸取太阳能量的辐射中能量很低的红外局部，不町能引起任何光化学反响，因此任何光解水的光化学反响都需要光敏化剂，也就是说，需要某种分子或半导体吸取太阳能以进展光化学反响，生成氢气。在这个多分子的系统中，不同的功能是分别由不同类的分子完成的。1、光敏化剂PS吸取可见光产生受激的几有氧化复原特性的产物PS*2R在受激的PS*发生电子转移反响形成电荷对PS+和R-，R被复原3nCat叮以用来收集和转移电子。②半导体光催化半导体光解水原理：水是一种格外稳定的化合物，为了进展水的光电解反响，必需满足以下条件：①禁帯宽度应当人于水屮氢和氧的化学势之差：②光的量子能量应大于禁带宽度：③n型半导体的平带电势应比析氢电位更负，而P型半导体则应比析氧电位正：半导体催化剂的争论现状半导体催化剂主要包括TiO2多相催化体系、a半导体催化剂，③混合系统混合系统是将吸取光了•的光敏化剂吸附在半导体上,扩展了半导体吸取太阳光波长的范同样,也有报道将叶绿素应用于光化学电池的电解质中，或假设将它们吸附在电池电极匕但冃前还没有能够觉察高效率的“光能f氢的储存液化储氢压缩氢气储存金属氢化物储氢配位氢化物储氢物理吸附储氢有机物储氢玻璃微球储a地下储存总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两人类。物理储存方法主要包扌舌液氢储存、高圧氤气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地卞岩洞储存等。化学储存方法有金属氢化物储存、有机液态氮化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。核能核能是除化冇能源外目前人类利用量最大的能源，我们最为生疏的是核裂变发电，但由于核原料储最有限，按目前的进展速度，百年之内，己知的核原料便会枯竭，W此，对于核聚变的争论是核能应用的主要进展方向。对于核裂变，最应注盘的是核原料的利用率问题。核电站的心脏是反响堆，它是供给热能的1%〜2%。因此，人们又开头争论开发利用率更高的快中子增殖堆。核电技术：1•核裂变反响堆：原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子2〜3235原子核，引起的裂变。如此持续进展就是裂变的链式反响。核反响堆的介理构造应当是核燃料+慢化剂+热載体+掌握设施+防护装置。2.核聚变装置：核聚变反响根本原理物质在低温状态下是固态，随着温度的升奇会消灭液态、气态，气态的物质被连续加热会消灭等离子状态，即在几万摄氏度以上时，气体将全部发生电离，变成带正电的离子和带负电的自由电子。这种等离子体被约束在托卡马克装置的环形室腔体内不断与腔壁接触，加热电流连续在这一坏形室中流淌，与电流方向全都的强大外磁场保证了等离子体的稳定。当等离了体被加热到108°C以上，满足nr>10I4研充说明，承受等离子体最有期望实现核聚变反响・该力法是用几十万安培的强电流向气体笊放电，形成儿百万至「万摄氏度的髙温，使笊分别成带正电和带负电的粒子，即通常所说的等离子体。把等离子体加热到点火温度，釆用肯定的装置和方法来掌握反响物的密度利维持此密度的时间。目前，人们使用得旳支多的是应用磁约束和惯性约束。核聚变反响堆是一种满足核聚变条件从而利用K2种方法：一种是使用托卡马克装置实现，托卡马克是一种坏形装置，通过约束电磁波驱动，制造亂、亂实现聚变的坏境和超高温，实现对聚变反响的掌握：另一种方式足通过高能激光的方式实现。第一种方式己于2090其为热核反响。化学电源化学电源是一种将化学能转化为电能的装置，也称电池。化学电源的种类：①一次电池〔电池本身不行逆〕②二次电池〔町贡a充放电循坏使用的电池〕③燃料电池〔连续电池〕活性物质可从电池外部连续不断地输人电池，连续放电④储藏电池〔激活电池〕电池的正负级和电解质在贮存期不直接接触，使用前釆取激活于•段，电池便进人放电状态。生物质能生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮诚在生物体内的能量。生物质能的特点：〔1〕属町再生能源，町保证能源的永续利用生物质能由于通过植物的光合作用町以再生，35%,位居种类多而分布广，便于就地利用，利用形式多样柑关技术己成熟，可贮存性好〔4〕节能、环保效果好，对改善人气酸雨环境，削减大气中二氯化碳含量，从而减轻温室效应都冇极人的好处。生物质能分类100亿吨：4500亿吨：③粪便类牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上：④林业生物质薪柴、枝丫、树皮、树根、落叶、木們、刨花等：⑤农业废弃物秸tf、果壳、果核、玉米芯、甜莱渣、蔗潢等：⑥水生tt^；^类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等：⑦能源植物生长快速生物质利用的主要技术〔1〕化学转换技术生物质化学转换包扌舌直接燃烧、液化、气化、热解等方法，其中，%支简洁的利用方法足直接燃烧。〔2〕粉碎烘干分级处理，放入成型挤压机，在肯定的温度和压力下形成牧高密度的固体燃料一一压块细密成型技术。〔3〕生物化学转换技术该技术主要是利用生物质厌氧发酵生成沼气和在微生物作用下生成酒精等能源产品。包括厌氧发酵制収沼”〔、微生物制取酒精、生物制氢、生物柴汕等。风能概述r1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为能源的一局部才ffl有了长足的进展。风能作为一种无污染和町再生的能源有着巨大的进展潜力，特别是对沿海交通不便的遥远山区，地广人桶的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以到达的农村、边疆，作海洋能海洋能作为一种特别的能源，它的能最主要来自潮汐、涌流和波涛的冲击力，温度差及海水中溶解的化学成分。在上述能源中，目前仅有潮汐能彼人规模利用。潮汐能发电：潮汐发电与水力发电的原理基木相像,它是利用潮水涨落产生的水位所貝有势能來发电的，也就是把海水涨、落潮的能最变为机械能，再把机械能转变为电能的过程。只体说来，潮汐发电就是在海湾或右•潮汐的河H建一拦水堤坝，将海湾或河II与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝波浪能发电：波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。当波浪上升时将空气室中的空气顶上去，被压空气穿过正压水阀室进入正压气缸并驱动发电机轴伸端上的空气透平使发电机发电，当波浪落下时，空气室内形成负压，使大气中的空气被吸人汽缸并驰动发电机另一轴伸端上的空气透平使发电机发电，其旋转方向不变。温差能发电；25〜30・C,400〜70om5〜10C,20〜24C,这就为发电供给了一个总量巨大且比较稳定的能源，据估量发电最可达10TW。■1.盐差能发电当两种不同盐度的海水被一层只能通过水分而不能通过盐分的半透膜相分割时，两边的海水就会产生渗透压，促使水扒浓度低抑「侧向另一侧渗透，使浓度高的一侧水位上升，直至般两侧的含盐量相等为止。地热能地热能系储存于地球内部的热量，一方面來源于地球深处的高温融溶体；另一方面源于放射4种类型：①水热型，即地球浅处〔400〜4500m〕,所见到的热水或水热蒸汽：②地圧地热能，W在某些犬型沉积〔或含油气〕盆地深处〔3〜6kg〕存在着的髙温高压流体，其中含冇人量甲烷气体；③才能将其热能取出：④岩浆热能，即储存在高温〔700〜i2〔xrc〕熔融岩浆体中的巨人热能，但如何开发利用41类水热型地热资源已到达商业开发利用阶段。可燃冰外观像冰。甲烷水合物由水分子和甲烷组成，在海底深处接近o*c的低温条件下稳定存在，溶化后变成甲烷气体和水。自然气水介物极易燃烧，它燃烧产生的能量比同等条件下的煤、石油、自然”(都要多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物。呵燃冰的开釆钻孔取心技术测井方法化学试剂法减压法三.能源的进展前最综合以上各种替代能源的的特点，可对其进展评述。对于氢能，K显著的特点是其清洁性，其产物只有为水，町以说对环境无任何危害，但要对其进展规模化的应用，首要的问题是其储存与运输的难点，氢的密度最小，难以将其进行高密度的储存，徐种材料的觉察，是解决这一问题的最大希筆。此外，氢的安全性也应朝更稳定的方向进展，对于氢，其安全性表现在：1.泄露性；2.氢脆：3.氢的集中：4•叮燃性：5.爆炸性。貝体说，氢是域轻的元素，比液体燃料和其他”(体燃料更简洁从小孔中泄漏。氢的体积液漏率总是大于自然气；锈钢、總钢以及其也高强度钢简洁发生氢脆，进而发生危险。但其干净性与来源广的显著优点保证了它是格外貝有进展前景的型能源。对于441360GW商用核电站在运行。如此大规模的商用核电站每年都要卸出大量的乏元件，这些乏元件中含有大量杯和钢系核素以及长卷命裂变产物。伴随这些核废物的是大最的辐射和衰变热，假设处理不当就会造成水、人气、土壤的污染，对自然生态环境适成破坏并间接或直接的影响人类的生存。1万吨，而核废物枳累总量己超过20万吨-目EfL对这些核废物处理的技术要求柑当高，假设处理不当就会造成安全隐患。W而核废物的安全处理成为制约核能进展的主要因素，是现今核能进展的主要议题之一。最近的太平洋地贯引发口本海啸对口本核电站造成破坏，核辐射超标无不拨动人们脆弱的神经，核能的潜在危急性使其对人类的进展具有双面性，只有成功的解决核废料与核污染问題，才能到达可持续进展的要求。核废物处理的主要途径：后处理：后处理的主要任务是分别乏燃料中的铀和杯，将猎取的高纯铀、杯进人燃料再循坏.illtiWo隔离开来•

固化：固化工艺是用适当的材料将放射性废物包裹起来，以防止放射性核素 的地质处置地质处置是利用自然屏障和人工屏障，将放射性废物与人类的生存环境娼变对于长寿命的钢系元素只有通过核裂变才能使其转换为短卷命或稳定的超临界流体处理技术化学电源主要应用在：①在尖端技术领域：宇宙飞船、人造卫星、火箭、遥测遥控等②在军^^领域：潜艇、、、无线电通讯、无线电定位和武器等③在生活领域的：飞机、汽车、移动通讯、计算机、家用电器和照明等电池的污染是最为人众熟知的坏境问题Z—，对于传统的电池对地下水，土壞，及生物体的严巫危害是当今环保宜传的巫点之一，但其处理却不尽人盘，型的化学电源应更易进展无害化处理，效率更高，具冇更好的