各种新能源技术开发和应用

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 今 日世界 人类历史上曾长时期以人力、 畜力和柴草等可再生能源为动力及燃料 , 直到 世纪中叶 , 煤炭逐渐取代柴草等传统能源 , 蒸汽机成为主要的动力机 械 , 这是人类历史上第一次能源结构体系的重大转变 , 它推动了工业革命的 发展 其后 , 石油和天然气的利用 日趋增加 , 到 世纪中叶 , 世界上石油和 天然气的消费已超过了煤炭 , 成为主要能源 , 实现了能源体系的第二次转变 , 它对第二次世界大战后世界经济的发展和繁荣起了重要作用 世界能源结构开始新的转变 目前 , 世界能源结构正开始经历一次新的转变 , 即由矿物燃料向干净的 可再生能源休系的过渡 起始于 年代初的石油危机 , 当时石油价格的飞涨 向世界能源结构提出了一次严峻的挑战 , 它明支持世界经济发展 , 特别是 工业发达国家经济繁荣的石油并不是可以廉价 、 无节制消费的能源 接着 , 年代全球环境问题向世界能源结构提出了又一次挑战 造成全球气候变暖 温室效应的因素有一半以上来自于世界能源的消费体系 , 它每年除向大气层 排放 。亿吨的二氧化碳之外 , 还大量排放其它两种温室气体 甲烷和氧化 亚氮 。 造成全球区域性的酸雨危害也是来源于矿物能源的消费 , 矿物嫌料燃 烧产生和排放的大量二氧化硫 、 氮氧化物形成广泛的环境酸化 。 因此 , 年 代和 年代世界能源结构面临的这两种挑战 , 正在迫使世界能源结构经历 一 次新的转变 。 年代初世界石油危机之后 , 主要在西方工业化国家进行了一场看来很 平常 、 但是卓有成效的 “ 节能革命 ” 年以来 , 世界通过提高效率而节 约的能源 , 要比从所有新来源所获得的能源多得多 。 不仅如此 , 它对世界经 济产生意义深远的影响 , 促使世界经济由资源消费型向资源节约型方向发展 。 吴宗鑫 发展 “ 清洁能源体系 ” 近年来世界能源的需求量持续以每年 的速度增长 今后即使采取各 种节能政策 , 能源需求仍将继续增长 。 特别是发展中国家 , 为了实现其社会 发展和工业化的目标 , 将不可避免地要增加能源消费 据预计 , 今后几十年 内世界能源需求仍将约以 的速度增长 。 因此 , 要保护大气 , 防止全球气 候变化 , 控制污染 , 发展 “ 环境相宜的清洁能源体系” 是今后世界能源发展 战略重点考虑的目标之一 , 是建立可持续发展的社会经济的先决条件 。 济资源和技术实力 , 发挥其在这个地区的主导作用 。 日本将在放慢国防现代化发展的同时 , 加速并扩大同 亚太国家的经济合作 , 在亚太地区建立包括区域外国 家在内的更广泛的合作体系 。 日本认为 , 经济合作对 于地区安全和稳定具有重要的政治影响力 。 中国 平等相待 , 和平共处 中国代表 、 外交政策研究室主任杨成绪认为 , 维 护亚太地区的和平与稳定必须保证所有国家平等相 待 、 和平共处 , 各国有选择适合自己国情的社会 和经济政策的权利 中国是亚太地区的一个大国 。 它 在致力于保持国内稳定 、 推动经济发展的同时 , 一直 努力促进与亚太各国 、 特别是与周边国家的友好睦邻 关系 建立国际新秩序应该以和平共处五项原则为基 础 , 其根本目的就是维护和平 , 促进发展 , 消除贫困 , 缩小南北差距 , 保护人类环境 。 中国代表认为 , 美苏在亚太事务中采取较前现实 的姿态 , 从严重对抗走向对话 中苏关系通过三大障 碍的消除已经实现了正常化 , 并呈现新的发展势头 中 美关系存在的哲时困难正在逐步得到克服 东盟成员 国经济实力日增 , 成为本地区维护和平和解决热点问 题的重要力量 中国将致力于发展同东盟的全方位合 作 。 中国期望朝鲜半岛局势进一步缓和 , 柬埔寨问题 尽早求得政治解决 , 中国愿意从双边做起 , 从建立相 互信任人手 , 通过建立适合机制 , 共同维护亚太地区 的和平与稳定 。 在这两天的研讨会上 , 代表们不但探讨了世界局 势及对亚太地区的影响 , 而且还就亚太地区经济 、 安 全合作前景 、 柬埔寨问题 、 朝鲜半岛形势和区域领土 争端问题交换了看法 。 会议是一次成功的尝试 , 然而 许多分歧依然存在 苏联倡议裁减海军 , 遭到美国反 对 , 东盟要把东南亚变成 “和平 、 自由 、 中立区 ” , 意味着美军撤出这个地区 , 这自然不符合美国的全球 战略利益 而 日本则强调美日安全体系 , 立足经济攻 势 , 这和东盟所要求于 日本的也不相吻合 。 这次 必东盟及亚太地区安全合作前景 ” 研讨会是 由菲律宾和泰国联合发起并组织的 。 “ 东盟及亚太地 区安全合作 ”第二 次研 讨会将于今年 月在 泰国 举行 。 口 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 今 日世界 “与环境相宜的清洁能源体系 ” 的发展战略包含 下面两项内容 首先是有效和合理地利用能源 , 包括提高各种用 能设施的利用效率和各种能源转换设施的能量转换效 率 。 提高能源利用效率是建立这种新型能源体系的基 本的一环 , 它不仅会带来巨大的环境效益 , 而且会带 来显著的经济效益 。 研究和实践都已表明 , 对于所有 主要的能源密集型的活动 , 都有大幅度的改进能源效 率的潜力和途径 这些活动既包括工业的原材料生产 以及汽车和航空交通运输等生产活动 , 也包括家庭的 炊事 、 照明和供暖等生活需求 。 与环境相宜的清洁能源体系 ”发展战略的长远目 标 , 是用含碳少的燃料代替煤炭 , 最终以不含碳的水 力 、太阳能 、聚变能等干净的可再生能源来代替矿物能 源 , 这将实现人类历史又一次的能源体系的转变 。 到 那时候 , 人类社会经济的发展将不以地球资源的耗尽 为仕价 , 而是与地球环境建立起良性生态循环关系 。 能源新技术的重要作用 核能 、 太阳能 、 聚变能等能源新技术在未来能源 系统中将起到重要的作用 。 核能 —是目前实际上能大规模替代矿物燃料唯一有经济竟争能力的能源 。 年代核能经历了一段高 速度发展的时期 , 之后由于发生了美国三里岛和苏联 切尔诺贝利核电站的事故 , 使核电的发展受到严重的 挫折。 但是近来由于人们对全球环境问题的关注 , 核 能的发展又一次受到重视 。 核反应堆工程技术也正在 发生重要变化 , 新一代具有固有安全性的核反应堆的 研究和设计工作已取得重大进展 。 这类核反应堆在任 何事故和误操作的情况下都不会发生堆芯熔化弓起的 放射性大皿泄漏的严重后果 。 核电站设计和建造采用 标准化 、 模块化 , 也更为简化 , 因此它比现有的核电 站更安全 , 更经济 , 更易为公众所接受 , 它为核能发 展第二个春天的到来带来了希望 。 此外 , 为环境所能 接受的核康料的处置 , 甚至是半衰期为数千万年的高 放射性废物的处置技术 , 也已达到技术上可行的程度 太阳能和采变能 —从长远来看是有效 、 持久地 解决人类面临的能源短缺和环境保护问题的根本途 径 。 太阳能是干净的 、 取之不尽的可再生能源 。 地球 陆地所接受的全部太阳辐照能 , 相当于目前世界能源 总消费 的 倍 , 但目前人类每年的总发电量中只 有 左右来自于太阳能发电 。 利用太阳能有两种 途径 光利用和热利用 。 发展最迅速的领域是太阳能电 他 , 其重点是提高太阳能电池的光电效率和研制新型 非晶体硅薄膜 非结晶硅可用在包括塑料在内的各种 廉价基体上 , 因而其制作成本低 , 但是它的效率却不 高 然而将非结晶硅制作的不同半导体薄片构成 “ 多 结协 装置 , 全部薄片盛置在同一电池中 , 能充分吸收各 种不同波长的光 , 从而可使光电效率达到 以上 咬易不么的将来 , 太阳能热利用技术则最具有大规模应 用前景 , 这种系统将太阳能的热集中起来 , 使之达 ℃ 一 ℃ , 用于各种工业工艺热和居民的供暖等 聚变堆的探索研究起始于 年代 。 为了解决聚变 的堆芯技术 , 基本选用了两条技术途径 磁约束和惯 性约束 。 磁约束方式是利用强磁场将等离子体约束起 来达到足够的密度 , 在几千万度温度下实现点火 美 、 苏 、 西欧和 日本建造了几个大型托克马克装置 , 在科 学可行性论证方面取得了较大进展 为开展大型核聚 变装置的工程实验 , 在国际原子能机构的协调下 , 美 、 苏 、 西欧和 日本已开始联合设计 “ 国际核聚变实验 堆 ” 。 为 了实现聚变堆 , 要求聚变能量的增益因子达 到 一 , 技术难度是相当大的 人们估计 , 热核聚 变能的利用将到 世纪中叶之后 核能 、 聚变能 、 太阳能等初级能源需经过转换 、 输送分配 , 最终转变成为用能装置的有用能得到有效 利用 , 其中无效的占了大部分 。 在工业发达国家中 , 约 以 上的初级能源用于发 电 , 而发 电的效率 不到 。 因此 , 提高发电的效率是有效合理利用能 源的最重要的环节 。 加压流化床发电和联合循环发电 新技术在今后 年内可进人大规模工业应用 , 其发电 效率可比常规发电技术提高 一 , 而且进行脱硫 , 大大地减少了二氧化硫排放的污染 。 新型发电技术 , 如磁流体发电和燃料电池不同于 上述的发电技术 , 直接将热能或化学能转换成电能 , 其发电效率可达到 以上 。 燃料电池被人们称为第 四种发电方式 。 水经过电解可获得氢和氧 , 反之利用 氢和氧结合产生的化学能用来直接发电 , 这就是燃料 电池的原理 。 燃料电池以合成气 、 天然气 、 重整馏份 油为燃料和氧进行化学反应发电 , 发电反应过程只产 生水蒸汽 , 不会引起大气污染问题 水蒸汽的余热回 收后可用于供热 , 能源利用效率更高 。 此外 , 燃料电 池具有噪声小 、 可建在用户消费地点 、 设备规模根据 需要可大可小等显著优点 。 氢能 —被称为 世纪的能源 。 当下世纪世界能 源体系过渡到使用无碳燃料的时代 , 氢能将成为世界 能源的重要基础 。 氢能作为二次能源 , 可由太阳能光 电池发的电通过电解水来产生 这样可以将太阳能间 隙性能量以氢能的形式储存起来到需要时再用 , 因此 它比电力具有易储存的显著优点 。 氢能可通过管道传 送给用户 , 其输送的成本比输电的成本低 另外 , 氢 还可以替代汽油等作为交通运输机械使用的液态燃 料 , 效率更高 。 氢能是可再生的燃料 , 燃料循环与生 物圈相吻合 , 因此是一种理想的干净的能源 。 目前世 界上一些国家正在对未来制氢技术 , 储存 、 运输技术 进行实验研究 。 氢能利用的主要困难仍然是如何降低 成本 , 氢能大规模的应用也还将面临重新改革燃料和 运输系统的艰巨任务 。 发展中国家为了适应社会经济的发展目标 , 一方 面必须提高人均的能源消费水平 , 同时又必须降低产 值能耗的水平 , 达到能源合理有效的利用 。而改变能源 结构 , 加速开发天然气和水电 , 大力发展核能 ,提高能 源利用效率 、 节约能源 、 寻求能源 、 环境 、 经济综合 协调 、 合理 发展途径 , 是实现上述两个目标的先决 条件 ‘ 口 · ·