新能源技术总结周杭超

新能源发展的前沿技术

211302120 周杭超

这一学期以来，通过学习新能源技术这门课程，我了解到了很多东西。面对当前日益枯竭的化石资源，面向日益紧迫的能源危机，目前有多种新能源不断被利用开发。新能源一般包括太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物质能和氢能等，其中以太阳能和风能最为热门。1）太阳能技术

太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源。太阳能的转换和利用方式有：光－热转换、光－电转换和光－化学转换。

①太阳能热利用和热发电技术。太阳能热利用是太阳辐射能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用，它可分低温（100—300℃）：工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（300℃以上）：热发电、材料高温处理等。

太阳能节能建筑分主动式或被动式两种。前者与常规能源采暖系统基本相同，仅以太阳能集热器作为热源代替传统锅炉。后者是利用建筑本身的结构，吸收和储存太阳能，达到取暖的目的。

太阳能热发电技术是利用太阳能产生热能，再转换成机械能的发电过程。发电系统主要同集热系统、热传输系统、蓄热器、热交换器以及汽轮发电机系统等组成。2009年7月13日，以慕尼黑再保险公司和西门子公司为首的12家大公司打出重拳，决定成立“沙漠技术工业倡议公司”（Desertec Industrial Initiative,简称DII），投资约4000亿欧元，在非洲撒哈拉大沙漠建造功率达2亿千瓦的太阳能热电站，同时淡化海水。美国LUZ公司已建了9个电站，总装机容量为35万千瓦，平均效率达14％，电价约8美分／千瓦时。太阳能热发电技术涉及光学、传热学、材料科学、自动化等学科，是一门综合性交叉性很强的高新技术，也是太阳能开发和研究领域的难点。太阳能热发电技术的关键问题是太阳能的光辐射吸收和高效传热技术。

②太阳能光电转换技术。太阳电池类型很多，如单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化电池、化电池等。美国、德国、日本都将太阳能光电技术列为新源首位，制造和发电成本已在特殊应用场合有一定竞争能力。当前发展主要障碍是光电池成本高。我国已能生产，年产达1000千瓦，能量转换率达14％。多晶硅电池采用熔化浇铸，定向凝固方法制造，有可能在现有基础上降低成本30％，向实用化推进一步，但要使成数量级下降，需改变制造工艺，制造硅膜太阳能电池和发电系统，需大力加强基础研究。

③光化学转换技术。光化学是研究光和物质相互作用引起的化学反应的一个化学分支。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢的电池。

2）风能技术

风能作为一种无污染和可再生的能源，有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿、交通不便的边远山区、地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为高效清洁的新能源也日益受到重视。美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。

瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙等国也根据各自的情况制定了相应的风力发电计划。

意大利科学家对一种新型的风筝风力发电机寄予厚望，它看上去就像一个不起眼的晾衣架，却具有成本低，发电量大的优点，其发电能力有可能与传统核电站相媲比。

美专利商标局公布了风力发电机结构方面的重要发明专利：“一个共轴多叶轮的风力发电机”；

英国Quietrevolution公司研制出了垂直型民用风力发电机QR5，适用于风速低、风向变化频繁的地区。

美麻省理工大学研究人员最新设计出一种新型风力涡轮机，可固定在离海岸较远的漂浮平台上，使得海上漂浮风车发电成为可能。

我国风力提水虽有悠久的历史，但直至20世纪70年代后，在风力提水机组的研制和应用方面才得以成熟的发展，并用于农田灌溉、海水制盐、海水养殖、滩涂改造、人畜饮水、草场改良等提水作业，取得了较好的经济效益和社会效应。我国已研制的风力提水机组大致可以分为两大类：一类是低扬尘（小于5m）大流量（大于20t/h）型，用于南方提地表水；另一类是高扬尘（大于10m）小流量（小于8.5t/h）型，用于北方抽提地下水。我国广州中科恒源能源科技有限公司自主研制的全永磁悬浮风力发电机顺利实现了产业化，使得微风发电成为可能。另外，与风力提水机配套的泵，国内都能自行研制和生产。我国在风力提水技术方面的进步得到了国际同行的重视。

我国风力发电起步较晚，但发展较快。小型风力发电机组得到推广应用，大型风力发电机组开始进入商业化，风电场已在风力发电行业中占有一席之地。风力发电在解决边远地区生活用电和缓解部分地区生产用电紧张方面已取得较好的社会效益、环境效益和经济效益。我国已研制的风力发电机组主要是水平轴风力发电机组。

3）生物质能

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电等。

生物质能源利用技术主要包括“两步法生物质气化发电技术循环法化床生物质气化技术，生物质热化学转换制氢技术，生物质气化合成二甲醚技术，生物质制取燃料乙醇，生物质快速热解制取液体燃料，生物柴油技术生物质成型技术，燃气净化系统技术”。

目前，我国生物质能源的开发和利用仍然以传统的燃烧技术为主，现在，逐步发展了生物质气化、液化和发电等技术。气化以厌氧发酵技术的推广和应用为主，同时发展生物质能源的直接气化技术，目前，全国已经建成小型户用沼气池1200多万口，大中型沼气工程1500多座，年产沼气50多亿立方米。在生物质能源液化技术方面中国尚处于探索和试验的阶段，目前主要开发和利用的技术是乙醇燃料技术和生物油技术，全国已经建成南北两大乙醇燃料生产基地，形成了100多万吨的生产能力，生物油产量已经达到5万吨左右。生物质能源发电技术主要集中在糖厂的热电联产和稻壳发电，其装机约200万千瓦，其他形式的生物质能源发电，例如气化发电、混合燃料发电技术的应用还不具备规模。

以上介绍的三种新能源都是可再生能源，这些年来，可再生能源在世界范围内得到迅速发展，一些可再生能源技术的市场应用和产业，如光伏发电、风电等年增长速度都在20%以上，可再生能源已成为实现能源多样化、应付气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。可再生能源丰富、清洁，可永续利用。加强可再生能源开发利用，向多能源结构的过渡，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。