新能源技術(shù)的研究綜述

張 甲，席 靜，胡久平

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

新能源又被稱為非常規(guī)能源，廣義上的新能源是包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產(chǎn)生的能量，還包括了對常規(guī)能源進(jìn)行創(chuàng)新利用而產(chǎn)生的能源[1]。這些非常規(guī)能源資源豐富、可以再生、清潔干凈，是最有前景的替代能源。

1 我國主要開發(fā)利用的新能源種類

1.1 太陽能

太陽能直接來自于太陽輻射，是一種巨大且對環(huán)境無污染的能源。中國蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊[2]。目前，中國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏。

1.2 風(fēng)能

太陽輻射的能量到地球表面約有2%會轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，風(fēng)能是地球上自然能源的一部分[3]。廣義上的風(fēng)能是空氣的動能，指風(fēng)所負(fù)載的能量，由太陽輻射提供能量，因冷熱不均產(chǎn)生氣壓差異，導(dǎo)致空氣水平運(yùn)動形成風(fēng)。風(fēng)速和空氣的密度決定風(fēng)能的大小。

1.3 水能

水能是由太陽輻射提供能量，使地球表面的水不斷蒸發(fā)，形成水蒸氣，水蒸氣在空中凝結(jié)后又以降水的形式降落在陸地上匯集成江河，江河水在重力的作用下，往低處流，勢能轉(zhuǎn)化為動能[4]。廣義的水能包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；狹義的水能指河流的水能資源。

1.4 生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是以生物為載體將太陽能以化學(xué)能的形式儲存的一種能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊(yùn)藏量極大，僅地球的植物，每年生產(chǎn)量就相當(dāng)于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中，生物質(zhì)是儲存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)，液態(tài)，和氣態(tài)燃料[5]。

1.5 地?zé)崮?/h3>

地?zé)崾莵碜缘厍騼?nèi)部的能量，以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。因?yàn)榈厍蛱幱趬涯昶冢厍騼?nèi)部的溫度高達(dá)7000℃，而在80至100公英里的深度處，溫度會降至650至1200℃[6]。嚴(yán)格地說，地?zé)崮懿皇且环N"可再生的"資源，而是像石油一樣，可開采的能源，最終的可回采量將依賴于所采用的技術(shù)。

1.6 氫能

氫能被認(rèn)為是人類最理想、最長遠(yuǎn)的能源，是通過燃燒或者是燃料電池來獲得能量[7]。氫能是人類能夠從自然界獲取的儲量最豐富且高效的能源，作為能源，氫能具有無可比擬的潛在開發(fā)價值。

新能源的利用開發(fā)技術(shù)是體現(xiàn)國家戰(zhàn)略的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，開發(fā)利用新能源有利于優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障能源安全。

2 我國新能源技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 太陽能開發(fā)利用技術(shù)

太陽能目前主要利用方式有：光-熱轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換和光-化學(xué)轉(zhuǎn)換[2]。

太陽能熱利用是太陽輻射能量通過各種集熱部件轉(zhuǎn)變成熱能后被直接利用。太陽能熱發(fā)電技術(shù)是利用太陽能產(chǎn)生熱能，再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的發(fā)電過程。

太陽電池主要有晶體硅電池、非晶硅電池、硫化電池等。美國、德國、日本都將太陽能光電技術(shù)列為首位，目前此類技術(shù)發(fā)展需要攻克的技術(shù)難題就是如何降低光電池的成本[8]。

2.2 風(fēng)能開發(fā)技術(shù)

我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。公元前數(shù)世紀(jì)我國就利用風(fēng)力提水、灌溉、用風(fēng)帆推動船舶前進(jìn)。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。近些年我國小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)開發(fā)應(yīng)用發(fā)展比較快[3]，發(fā)電機(jī)機(jī)型已成系列，性能、結(jié)構(gòu)工藝、制造質(zhì)量和可靠性已接近國外先進(jìn)水平。

2.3 水能開發(fā)利用技術(shù)

我國早在4000年前就開始興修水利，但我們現(xiàn)代直至1910年才開始在云南修建第一座水電站一石龍壩水電站，裝機(jī)472kW。水能利用技術(shù)建設(shè)工作周期長，投資大，目前資源普查、各項(xiàng)規(guī)劃、設(shè)計儲各和滾動開發(fā)機(jī)制都相對滯后[4]。

2.4 生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)

現(xiàn)階段在我國生物質(zhì)能的利用技術(shù)主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化等三種途徑[5]。其中生物質(zhì)能的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下使生物質(zhì)汽化、碳化、熱解、和催化液化，以生產(chǎn)氣燃料，液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。

2.5 地?zé)崮荛_發(fā)技術(shù)

地?zé)崮荛_發(fā)包括地?zé)岚l(fā)電技術(shù)和地?zé)嶂苯永眉夹g(shù)。地?zé)崮馨l(fā)電與火力發(fā)電大同小異，所有一切可以把熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功再轉(zhuǎn)化為電能的最實(shí)用的方法只有通過熱力循環(huán)，用熱機(jī)來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化[6]。利用不同的工質(zhì)，或不同的熱力過程，可以組成各種不同的熱力循環(huán)。

2.6 氫能開發(fā)技術(shù)

作為氫氣載體的貯氫合金的研究開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化是世界性研究的熱點(diǎn)。貯氫合金是一種特種金屬功能材料，用貯氫合金制作的鎳氫電池是一種清潔、高效的綠色能源[7]。我國鎳和稀土儲量豐富，發(fā)展貯氫合金具有資源優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景樂觀。

3 我國新能源技術(shù)開發(fā)利用中存在的主要問題和發(fā)展展望

我國發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)大部分從引進(jìn)技術(shù)開始，逐步消化吸收，部分實(shí)現(xiàn)了自主化。目前，我國的新能源門類較齊全，但與國際先進(jìn)水平相比，技術(shù)及其應(yīng)用存在較大差距。而且在開發(fā)研究過程中存在一些問題，比如：新能源技術(shù)的研究開發(fā)缺乏長期規(guī)劃和持續(xù)穩(wěn)定的支持，缺乏技術(shù)儲備，不掌握核心技術(shù)，生產(chǎn)工藝落后等。

我國新能源技術(shù)研究開發(fā)產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但在今后發(fā)展中，只要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、吸收消化國外先進(jìn)技術(shù)、制定一系列利好可再生能源發(fā)展政策等方面加大力度，并學(xué)習(xí)其他國家的一些先進(jìn)的新能源研究開發(fā)技術(shù)，相信再過幾年我國一定會發(fā)展的更好。