新能源技术及发展前景介绍

新能源技术及发展前景介绍一、太阳能发电

太阳能，地球上多种形式的能源均起源于此。地球轨道上的平均太阳辐射强1367KW/m²，地球赤道周长为40000km，所以可得：地球获得的能量可达173000TW。也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于5000万吨煤。除去大气吸收、反射，最后以直射光和散射光的形式到达地面，在海平面的峰值强度为1kW/m²，地球24小时的年平均辐射强度为0.20kW/m²，相当于102000TW的能源。但从利用角度讲，太阳能能量密度低，强度收多种因素影响而不能保持常量。这些缺点也是太阳能源发展的瓶颈

太阳能发电原理通俗的讲，太阳能电池是用半导体元素（最常见的是硅)制造的，在陪必要的带隙能量轰击之前它们紧紧抓着自己的电子，当携带太阳光能量的光子以上述临界能量撞击时，它就从硅原子中挤出一个电子并使之上升到导带，留下一个被称为“空穴”的空隙。电子和空穴的电性相反，每一个电子—空穴对被称为一个激子，电子流经导带和空穴重新结合，就产生了电流。太阳能电池技术突破由于太阳能的低能量密度性和能量不稳定性，使得光伏电池需在原有基础上作出创新与变革，主要途径有三点：第一，在降低成本的同时，继续提高现有技术（主要是晶体硅电池）的效率第二，升级到可以大规模制造的廉价下一代技术，利用廉价技术制造出较大规模的光伏电池吸收箔或者纤维。第三，为质量付出额外代价，将太阳光汇聚浓缩，将其强度提高500至1000倍，让电池达到最高效率。案例美国加利福尼亚圣克莱拉的一家制造薄膜的初创公司—新光公司，利用纳米技术，将廉价的不许提纯的硅资源制造成纳米硅粉，将其溶解在墨水中(由于含有杂质而获得了适当的电学性能。纳米级的硅的物理性质发生变化，使其能在较低温度下熔化，温度已经足够低到可以打印带不锈钢薄膜上。得到的材料收获的光能的能力大大提高。并且通过改变微粒（即量子点），可以将其调整为吸收全部光谱的阳光。最引人注目的是，在产生电流过程中，虽然很多光子携带的能量足够让几个电子激化，但是对一个入射的光子光伏材料从来没能产生过一个以上的受激电子，而多余的能量都变成热耗散了。但在新光公司此次突破中，科研小组确认，量子点首次在纳米硅晶体中获得多倍受激电子，将光伏电池的发电效率提高至44%。美国能源公司认为，聚光是所有光伏电池发展可选途径中最经济的一条。聚光的光学装置，以及跟踪太阳运行的跟踪装置，都比光伏材料本身便宜的多，其最初设计叫做向日葵，微型处理器引导运动，保持透镜和光电池直接正对太阳，设计了跟踪软件和相关硬件—从塑料的化学成分到透镜的沟槽样式，以及被设计用来在很少使用铝材的情况

将强热导走，像呼吸器一样的被动冷却系统。这些使得光伏电池的转化效率得到进一步提升。二、新生物燃料能源首先，新生物燃料能源发展有着许多不足与阻碍。第一，生物燃料减少碳排放的优势不如光电或者太阳热电，这是一个简单的原因—植物把太阳能转化为可用能源的效率很低，不能最大化利用。就算是最顶尖的能源作物，也不及最好的太阳能电池转化效率的1%。第二，生物燃料的生产业面临着一个尴尬的问题，为了寻求无公害的动力燃料，需要更多的煤来发电。乙醇工厂要么自建煤锅炉以获得所需要的热能和压力，要么购买当地的公共事业的电能，而这大多也是建造以煤为燃料的发电厂的来的。第三，制造生物燃料需要付出代价，包括食物资源减少，消耗水资源，影响生物多样性，占用土地资源而冲击地方经济。联合国预言，本世纪中期，全球的食物和燃料需求是现在的两倍。在巴西，数百万平民面临贫困与饥饿，而一般粮食已被拿去做燃料。因而在伦理上而言，生物燃料发展面临着困境生物燃料的发展糖是能转化为燃料的最简单的生物材料：它能直接发酵为乙醇。第二容易转化的植物原料是淀粉，廉价的酶可以很容易的实现淀粉到糖的转化。较难转化但是有很大发展前景的便是纤维素。纤维素是碳源在自然界中最普遍的存在形式，而且他正好合适作生物燃料—因为它不是食物，而且其能量转化率极高。但是，纤维素组成植物生长的组织结构，并防范潜在摄食者，因而形成难以消化的组织结构是一个有效途径，这也给生物能源的发展带来困难目前国际上已经开发出两类用非粮食类生物质中的木质纤维制乙醇和甲醇的新工艺，一类便是发酵法，另一类是热化学法，即在一定温度，压力和时间控制条件下将生物质能转化为气态和液态燃料。但是就实用和工业化发展角度讲，第二种要求的技术水平更高，难度也更大。科学家便在发酵法中寻找突破。发酵法制生物燃料发酵法技术的重点与难点便是对于将纤维素分解的酶的寻找。数十年来，科学家们跋涉到地球上最极限的环境，包括深海沟，肯尼亚的碱湖，西伯利亚火山以及亚马逊流域的雨林等。它们不断进化一忍受极端高温，高压和酸碱性，能够消化几乎所有物质。英国某研究小组研究出一种用稻草生产乙醇的技术，他们用一种叫做嗜脂肪芽孢杆菌使稻草分解为乙醇，同时产生热量，使发酵温度大致保持在70℃左右，这个温度产生的乙醇可以挥发，只需简单的收集装置就可分离。三、重新考虑煤炭资源煤炭是所有矿物燃料中来源最充足，却最脏的燃料。仍然埋藏于地下的可采的煤炭储量可以近百年时间里继续为全世界提供电力。在不采取现代的污染控制措施时，在传统方式燃烧的煤炭会排放出汞，二氧化硫，氮的氧化物以及颗粒物。在如今科技下，对于污染物的处理已不是技术问题，但是煤炭的长期统治地位受到挑战仍有一个重要因素，便是二氧化碳的排放量煤炭使用方式的革命1：煤的气化的新发展煤炭直接燃烧的热利用效率一般为15%至18%，而通过煤炭气化这一过程将煤变成可燃烧的煤气之后，热利用效率可达55%至60%。如今煤的气化技术已较为成熟，使得煤炭的污染和利用率问题都得到改进。煤的气化的新技术：(1)煤的热核气化技术.（2）煤气化联合循环发电（3）燃煤磁流体发电技术。下面简单介绍一下磁流体发电技术：磁流体发电技术是一种直接将热能转化为电能的发电方式，基本原理与传统发电机相同，即导体切割磁感线产生感应电动势，所不同的是磁流体发电机中导电流气体或者液体取代了金属流体。

磁流体发电机的工质温度可高达3000℃，拥有极高温度并高度电离的气体以高速流经强磁场，直接发电。通常实际操作中常在燃烧后的高温气体中加入钾盐等物质，一方面使导电能力增强，另一方面与煤中的硫反应，降低污染物排放。从磁流体中出来的高温气体仍保持2000摄氏度的高温，将气体送入常规锅炉，形成蒸汽驱动汽轮机发电，与蒸汽发电装置组成高效率的联合循环。其中一级磁流体发电装置效率可到20%,二级蒸汽部分效率可达35%，整体效率在50%左右。地下煤炭气化技术和二氧化碳的封存该技术的原理如下：首先，要钻两个深入煤层，相隔数百米的孔，并且钻孔要从距离发电厂最近的煤层部分开始，然后在第一个洞内点火，根据希望的产物按比例充入空气，氧气或者蒸汽。当其煤炭开始燃烧时，高温就会将面的固体煤炭变为气体，进而在煤层内挖出一个通道（煤是唯一可燃物质，因此燃烧沿着煤层进行）。该反应实际上是以地球本身为反应器。通过进出气体的调节来控制反应。

二氧化碳封存是指从电厂或者其他大型排放源中回收二氧化碳，运输至存埋地。适宜的封存结构包括贫化的油气田，枯竭气田，地下盐水层深煤层和海洋等。是应对气候变化的有效方案。四、核能的利用与发展

核裂变技术原理：核能的大规模利用需要依靠诱发裂变。由于中子不带电，与和之间没有库伦力，极易进入原子核使原子核发生裂变。轰击重核，其裂变后变为两个中等核，伴随多个中子的发射，又诱发其他重核裂变，产生链式反应，释放出大量能量。核聚变技术原理：核聚变堆是以轻核的聚变反应为基础，例如氢的同位素氘、氚在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核，由于发射质量亏损而释放出中子和大量能量。常见的和裂变装置结构世界上应用比较普遍的核裂变反应堆主要有：压水堆（PWR)，沸水堆（BWR），重水堆（PHWR），