能源與環(huán)保

能源與環(huán)保

美國(guó)利用鈣鈦礦組合材料提升太陽(yáng)能電池效率

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）的研究人員開(kāi)發(fā)出了由不同鈣鈦礦材料制成的多層混合光伏電池，實(shí)現(xiàn)了18.4%～21.7%的平均穩(wěn)態(tài)效率，峰值效率達(dá)26%，刷新了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，計(jì)劃于2017年上市。

據(jù)悉，該太陽(yáng)能電池采用雜化有機(jī)-無(wú)機(jī)礫巖鈣鈦礦，以與常規(guī)硅基太陽(yáng)能電池類似的方式捕獲光子，將能量轉(zhuǎn)換為電流，但其采用的鈣鈦礦光伏器件成本更低，而且更容易制造。其能夠非常方便地噴涂到柔性表面，制作出可彎曲、高效率的太陽(yáng)能電池板。分析表明，該太陽(yáng)能電池的高效率歸功于由單原子厚的六方氮化硼層分離的兩種類型鈣鈦礦夾層，每個(gè)鈣鈦礦層設(shè)計(jì)為分級(jí)帶隙層，具有低電阻和高增益，能夠吸收不同波長(zhǎng)的光。這種組合可有效地將大部分光譜上的光子收集和轉(zhuǎn)換成電能。

該太陽(yáng)能電池有望成為市場(chǎng)上成本最低的光伏發(fā)電設(shè)備，可方便地接入商業(yè)設(shè)備和家用太陽(yáng)能系統(tǒng)中。 (楠綜)

中科院多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)利用研究獲進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所的研究人員在太陽(yáng)能與化石燃料等多能源互補(bǔ)利用的機(jī)理、系統(tǒng)集成及技術(shù)驗(yàn)證等理論與應(yīng)用研究方面取得了新進(jìn)展。

研究人員探索了太陽(yáng)能與燃料熱化學(xué)互補(bǔ)過(guò)程中不可逆性減少的能量的品位匹配規(guī)律，以反應(yīng)化學(xué)能潛力利用為切入點(diǎn)，重新認(rèn)知了聚光太陽(yáng)能、燃料化學(xué)能、反應(yīng)Gibbs自由能、熱力循環(huán)熱能的最大作功能力及品位的相互關(guān)系，建立了聚光太陽(yáng)能與化石燃料熱化學(xué)互補(bǔ)的品位耦合本征方程，揭示了燃料化學(xué)能燃燒釋放品位降低、聚光太陽(yáng)能集熱品位提升的能量釋放機(jī)理；構(gòu)建和完善了中低溫太陽(yáng)能熱化學(xué)利用吸收反應(yīng)器設(shè)計(jì)方法，建立了太陽(yáng)能吸收/反應(yīng)器多物理場(chǎng)耦合模型，開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)模擬平臺(tái)（PCT-HES），揭示了太陽(yáng)能吸收/反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)分布和熱化學(xué)反應(yīng)、熱應(yīng)力等耦合規(guī)律；提出了“源頭節(jié)能”與“源頭蓄能”的中低溫太陽(yáng)能與燃料熱化學(xué)互補(bǔ)新方法，研制了20kW、百千瓦系列太陽(yáng)能熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)證。

此外，研究人員還研制了聚光太陽(yáng)能互補(bǔ)利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能資源測(cè)量、聚光系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)測(cè)定、吸收/反應(yīng)器傳熱和反應(yīng)耦合關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量和評(píng)價(jià)等功能；提出了聚光太陽(yáng)能熱利用性能測(cè)試與調(diào)控新方法，發(fā)明了槽式太陽(yáng)能集熱器光學(xué)效率測(cè)試方法等技術(shù)；提出了太陽(yáng)能與生物質(zhì)能熱化學(xué)互補(bǔ)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放，并開(kāi)展了原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 (科苑)

俄羅斯研發(fā)出連續(xù)100年不斷電的小型核電池

俄羅斯薩馬拉科羅廖夫大學(xué)的研究人員正在研制一種連續(xù)使用期可達(dá)100年的小型核能電池，計(jì)劃于2016年制造出該核電池的試驗(yàn)樣機(jī)。

該核電池利用多孔碳化硅結(jié)構(gòu)保護(hù)放射性元素，能夠在保證安全的同時(shí)，延長(zhǎng)電池的壽命。其以特殊元素碳-14作為放射源，半衰期為5700年，輻射非常弱，甚至可被一張紙阻擋，放射源設(shè)置在電池金屬盒中，可完全隔絕輻射，無(wú)害、無(wú)毒、廉價(jià)。

該核電池應(yīng)用范圍廣泛：首先，其結(jié)構(gòu)緊湊，適用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器，可對(duì)石油或天然氣管道等進(jìn)行不間斷監(jiān)控。其次，其可用于為心臟起搏器等體內(nèi)植入醫(yī)療器械供能，也可用作無(wú)人機(jī)的輕質(zhì)、高功率電池。此外，由于碳化硅材料耐高低溫性能優(yōu)異，因此，裝有這種核電池的傳感器在機(jī)械制造領(lǐng)域也極具應(yīng)用價(jià)值。其還可應(yīng)用于為微處理器供能，可使信息保存數(shù)千年之久。 (KJ.1018)

“輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電技術(shù)研究與試驗(yàn)”項(xiàng)

由中國(guó)科學(xué)院電工研究所承擔(dān)，浙江海洋大學(xué)、中科院力學(xué)研究所、合肥工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、安陽(yáng)斯普機(jī)械有限公司、舟山海聯(lián)液壓機(jī)械有限公司等單位共同參與完成的“輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電技術(shù)研究與試驗(yàn)”項(xiàng)目通過(guò)自驗(yàn)收。該項(xiàng)目突破了潮流能輪緣發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、功率變換與控制系統(tǒng)、導(dǎo)流罩能量捕獲等關(guān)鍵技術(shù)，為利用潮流能發(fā)電提供了一種切實(shí)可行的新型技術(shù)，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

所謂輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電技術(shù)，就是將導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)及葉輪集成于一體，利用海洋潮流來(lái)發(fā)電的技術(shù)。該項(xiàng)目研發(fā)出了開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的潮流能發(fā)電機(jī)，能夠在各種惡劣海況下穩(wěn)定發(fā)電，性能優(yōu)于目前的液壓式、變速箱式、垂直軸式等結(jié)構(gòu)的潮流發(fā)電設(shè)備。該項(xiàng)目在浙江舟山西閃島附近海域投放了一個(gè)海洋能綜合利用平臺(tái)——中科海電一號(hào)，目前該平臺(tái)總裝機(jī)容量為15kW，包括2臺(tái)2.5kW的輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電機(jī)、2臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和2組光伏組件。自7月17日投放海試以來(lái)，該平臺(tái)已安全運(yùn)行超過(guò)100天，起動(dòng)流速0.35m/s，每天發(fā)電11h～13h，共計(jì)發(fā)電量近目通過(guò)自驗(yàn)收300kWh，且未出現(xiàn)任何故障，基本實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決偏遠(yuǎn)海島的生產(chǎn)生活用電問(wèn)題，節(jié)約柴油等燃料的消耗。同時(shí)作為零污染的產(chǎn)能技術(shù)，其還能夠有效保護(hù)海島的生態(tài)環(huán)境。下一步，研究人員將進(jìn)一步優(yōu)化輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電機(jī)，為該項(xiàng)目技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (刊綜)

我國(guó)推出“吶思系統(tǒng)” 軍民攜手精準(zhǔn)治霾

由中國(guó)人民解放軍防化學(xué)院牽頭，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所、北京大學(xué)、國(guó)家氣象中心和北京眾藍(lán)科技有限公司等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“全國(guó)空氣質(zhì)量高分辨率預(yù)報(bào)和污染控制決策支持系統(tǒng)”（NARS，簡(jiǎn)稱“吶思系統(tǒng)”）發(fā)布，有望為我國(guó)軍民融合發(fā)展樹(shù)立一個(gè)典范。

據(jù)悉，“吶思”系統(tǒng)的研發(fā)是相關(guān)單位探索軍民融合發(fā)展路子的有效嘗試，其將核生化危害預(yù)測(cè)與控制理論、方法和技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)治霾技術(shù)體系，采用伴隨方法，結(jié)合反向軌跡法、臭氧源分?jǐn)偧夹g(shù)和顆粒物源分?jǐn)偧夹g(shù)，以及采樣源解析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大氣污染的精準(zhǔn)溯源，可精確計(jì)算出不同區(qū)域、不同時(shí)段每個(gè)污染源對(duì)污染物濃度的貢獻(xiàn)率，分辨率高達(dá)1km～3km，部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，監(jiān)管部門(mén)可對(duì)重排企業(yè)和主要污染源采取交叉式、間歇性減排或限排措施，彌補(bǔ)了當(dāng)前研究中控制目標(biāo)局限且尚未并行尋優(yōu)的缺陷，提供了優(yōu)化減/限排方案，解決了非法排放源識(shí)別和突發(fā)大氣污染事故源不清或難以確定的難題，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急控制代價(jià)和事故損失整體最優(yōu)，在保證空氣質(zhì)量安全的同時(shí)，也兼顧了社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。(新周)

中科院工程熱物理所壓氣機(jī)氣動(dòng)性能研究獲進(jìn)展

角區(qū)分離是軸流壓氣機(jī)中普遍存在的一種流動(dòng)結(jié)構(gòu)，尤其是在非設(shè)計(jì)工況下，角區(qū)分離會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)效率降低，增壓能力下降。針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所的研究人員采用平面葉柵實(shí)驗(yàn)與三維CFD（計(jì)算流體力學(xué)）數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)壓氣機(jī)典型工況下的角區(qū)分離流動(dòng)結(jié)構(gòu)，以及損失特性進(jìn)行了深入研究。

實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，三維CFD程序具有較好的可信度。在設(shè)計(jì)工況下，發(fā)生了輕微的角區(qū)分離，柵后損失也較?。辉诮菂^(qū)失速工況下，角區(qū)分離占據(jù)了更大的展向和弦向范圍，柵后高損失區(qū)域明顯增大。上述研究結(jié)果表明，不同工況下壓氣機(jī)角區(qū)分離流動(dòng)結(jié)構(gòu)和損失有所不同，隨著來(lái)流攻角增大，角區(qū)分離影響范圍擴(kuò)大，損失也增加。研究人員將進(jìn)一步研究軸流壓氣機(jī)角區(qū)分離的影響因素，從而探索更有效的壓氣機(jī)角區(qū)分離控制手段。 (科苑)