新能源技术介绍

燃 料 电 池 汽 车
上汽集团展示的第四代氢燃料950插
驶时排放物只有水，实现了
二氧化碳污染物零排放。
奥迪与德国燃料电池Sunfire合 作生产车用新型燃料“e-燃油”， 它由水、二氧化碳和氢气制成。 2 008 年至今，车载燃料电池系统的成本下降 和汽油这类化石燃料不同，奥迪 的这种合成燃料不会增加任何碳 排放，因为原料来自大气中现成
2 013 年
油气当量。 中国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯
2 017 年
度天然气水合物样品，并通过钻探获得了可观的控制储量。 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
开采技术上不成熟
开采技术层面尚未找到一个适合我国现状
燃料电池
R U E L CE LL
燃料电池是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化
学反应直接转变为电能的装置。其是由正负极、电解 液及催化剂组成。燃料电池具有高效率和排放低等特 点。而且对燃料的选择性非常高，包括纯氢气、甲醇、 乙醇、天然气等都可以作为燃料电池燃料。另外燃料 电池的反应物不是储存在电池内部，而是外设装备提 供燃料和氧化剂。
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
1999 年
据估算，我国可燃冰 总资源量约为84万亿立方 米，其中东海、南海海域 分别约为3.4万亿立方米和 65万亿立方米，陆地上青 藏高原、东北冻土带分别 为12.5万亿立方米和2.8万 亿立方米。
我 国 可 燃 冰 发 展 状 况
中国地质勘查局科技人员首次在南海西沙海槽发现了显示天然气水合
石墨烯是一种由碳原子以 sp2 杂化方式形成的蜂窝状平
面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所
以又叫做单原子层石墨。石墨烯是构建多种碳同素异形 体的基本单元。通俗的讲如果将石墨比作一本书的话，
那么单层石墨烯就是其中的一张纸。
石墨烯
G R AP H E N E
力学性质
已知强度最高的 材料之一，具有很好的韧性，比世界
产品 质量
分子结构较 为完整 薄片不容易 与SiC分离 分子结构较 容易被破坏 结构完整、 质量较好
制造 成本
较低 较高 较低 较高
是否适合 产业化
否 小规模生 产 适合规模 生产 适合规模 生产
石墨烯
G R AP H E N E
全球石墨烯技术专利地区分布图
中国石墨烯薄膜专利分布图
中国在石墨烯研究处于世界领先位置。根据中华人民共和 国知识产权局、Wind数据库资料，2015年中国专利申请数 量达7925个，居全球第一。而从专利布局来看，企业和学 校总占比达80%以上，公司占比低于学校，但产业化进程提 速有限。
声波核聚变。其中利用磁约束聚变装置中的 模块式仿星器已经接
近 商 业 堆 的 规 模 。 我 国 也 有 了 HT—7 、 E AS T 、 HL—2 A 、 J— 模块式仿星器 TE X T、S U N I S T等聚变装置。部分核聚变技术走在了世界前列。
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
发 展
5 0% 以上，性能已能满足整车要求。2 014 年，
现代途胜燃料电池汽车和丰田新款燃料电池汽
电式混合动力轿车加氢3-5分钟，能
行驶400千米，时速可达160千米。
车M irai上市；2 015 年开始，本田、通用、福特、 的二氧化碳。 奔驰等都将在3 年内推出量产车型。
石墨烯
G R AP H E N E
01
布的地理位置，也导致了开采的困 难。如果不能满足低温高压的条件，
02
温度
一般要求温度低于0℃~10℃
可燃冰就会分解
资源
丰富的天然气和适量的水
03
CH4·8H2O
加压或降温
CH4＋8H2O
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
1m 3 可燃冰相当于3 口之家 能量高 半年的天然气使用需求。 海洋中可燃冰储藏的碳含
石墨烯粉体存在着制应用难、原始创新少等问题急需解决。 但与粉体相比，薄膜领域的研究进展和取得成果相对比较 成熟集中，不像粉体那样有比较多的企业拥有技术和产线。 正是由于目前石墨烯薄膜的相关技术拥有者较少，所以产 能投放规模也相对较少，目前国内已建成的石墨烯薄膜生 产线主要有4条。
超导风机
S U P E R CO N TE CTI N G WI N D TU R B I NE
燃料电池的应用
燃料电池
R U E L CE LL
燃料电池通过氧与氢结合成水的简单化学反应而发电
AFC
PEMFC
PAFC
MCFC
SOFC
碱性燃料电池
质子交换膜燃料电池
磷酸燃料电池
熔融碳酸燃料电池
固态氧燃料电池
燃料电池
R U E L CE LL
燃料电池类型 比功率（W/kg) 单位面积功率（W/cm2) 燃料种类 氧化物种类 发电效率（%） 启动时间 反应温度（℃） 应用情况
10cm 10m
输电线路
尺寸 1km 100km 10000km
两极性晶 体管
运动器材 超级电容器 电极材料 显示器及太 阳能电池窗 口电极 汽车/ 飞机的 构造体等
太空电梯
石墨烯
G R AP H E N E
生产 方法
微机械剥离法 外延生长法 氧化石墨还原法 气相沉积法
产品 尺寸
中小 尺寸 大尺 寸 大尺 寸 大尺 寸
质能方程的提出揭示了质量与 能量的关系，为核能源奠定了 理论基础。
1千克物质全部转化为能量，大约产
生25 0亿度电
01
2 016 年，我国发电总量6 万亿度，理 论上只需要24 0公斤物质就能满足我
国一年的用电需求。
02
核裂变中大约1‰、核聚变中大约
7‰的物质变成了能量。
03
核聚变反应
N U CLE AR FU S I O N R E ACTI ON
“知识技术密集型”企业升级。形成人人善于学习和思考的氛围，让
善于学习成为华信新的企业文化特征，成为“学习型组织”。”
目录
CO N TE N TS
01 02
核聚变反应 石墨烯 可燃冰 超导风机
04 05
03
燃料电池
地热能
06
核聚变反应
N U CLE AR FU S I O N R E ACTI ON
可燃冰，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气
与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。其资源密
度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值。科学家估计， 海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
高压
形成压力一般要高于10M p a
可燃冰的三个条件决定了可燃冰分
是最好的钢铁高 100 倍，比钻石还坚硬。如果用石墨
热性能
具有非常好的热传导性能，是目前为止导热系数最高
的碳材料。
烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
光学特性 电子效应
石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（Vs），超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率 最高的物质锑化铟（InSb）的两倍以上。 石墨烯具有非常良好的光学特性，看上去几乎是透明 的。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性。
S O FC 15~2 0 0. 3 H 2 、CO 空气 5 0~6 0 ≧10h 75 0~ 1000 大型发电厂
P E M FC 3 00~ 1000 1~2 H2 空气 60 几分钟 25~ 105 燃料电池汽车
பைடு நூலகம்
燃料电池
R U E L CE LL
我国在燃料电池方面的最新成就
1
催化剂
清华大学科研人员研制出新型铂/ 碳 电极催化剂 长春应用化学研究所研制出纳米级高 活性电催化剂用作阳极催化剂
分布广
埋藏浅
量约为1. 2 万亿吨，陆地上 已探明储量约有0. 5 万亿吨， 相当于所有探明化石能源 碳总和的2 倍。海底可燃冰 分布约4 000万平方公里。
规模大
我国主要在东海、南海、
青藏高原以及东北冻土带。
可燃冰
N ATU R AL G AS H Y D R ATE
热激发开采法
对可燃冰层进行加热，使可燃冰分解成水 和天然气。但是这种方法尚未解决热能利 用率低下的问题，而且只能进行局部加热， 有待进一步完善。
AF C 35~ 105 0. 5 H2 O2 45~6 0 几分钟 5 0~2 00 太空、军事
P AF C 100~22 0 0. 1 天然气、甲醇 空气 35~6 0 2~4h 18 0~22 0 分布式发电
M CF C 3 0~4 0 0. 2 天然气 空气 45~6 0 ≧10h 6 00~7 00 大型发电厂
的高效率、低风险方法。
环境影响难以预料
一旦可燃冰大量开采，必然释放大量甲烷
行业壁垒
资金需求巨大，企业进入门槛高。企业前 期需要投入大量人力物力和财力，不是一 般企业可以承受的，目前只有几家国有企 业在进行投资。
气体，可能造成全球温室效应加剧。同时，
海底可燃冰的分解会导致海洋斜坡稳定性 降低，破坏海洋生态平衡。
燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨
反应要求与技术要求极高
核聚变反应
N U CLE AR FU S I O N R E ACTI ON
目前，人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。在 可控制核聚变方面也取得了重大进展。主要的几种可控核聚变方 式有：磁约束核聚变(托卡马克)、激光约束(惯性约束)核聚变、超
超导技术是当前唯一可以解决发电 机过大过重的技术。超导体的零电 阻特性不仅解决了散热问题，而且 由于电流密度较传统电机提高数倍 乃至数十倍，功率密度将会大幅提 升。因此，同样功率条件下，超导
2
电极组合件
北京世纪富原燃料电池有限公司开发 出横板涂敷法 北京太阳能新技术公司研制出陶瓷型 无机复合材料厚膜电极
3
质子交换膜
清华大学研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯 乙烯磺酸P E M
4
双极板
天津电源研究所研制出实用新型 双极板
5
电解质
吉林大学研制出固体复合电解质
丰田氢燃料FV2概念车充电3 分钟可续航500千米，并且行
超导
超导是指某些物质在一定温度条件下电阻降为零的 性质。
超导 风机
超导风机就是在风力发电机中用高温超导体来代替
普通电机的铜线圈作为电机励磁绕组的电机。
特点
发电效率高、体积小、重量轻
超导风机
S U P E R CO N TE CTI N G WI N D TU R B I NE
永磁发电机带领风 电行业成功走向了 5MW级别，但兆瓦级 双馈式和直驱永磁
减压开采法
01
02
利用降低压力促使可燃冰分解。这种方法 成本低，适合大面积开采，但是它对可燃 冰矿藏的性质有要求，只有在可燃冰藏于 温压平衡边界附近时，减压开采法才经济 可行。
化学试剂法
在储层注入抑制剂（甲醇、乙二醇、氯化 钙等）以打破水合物平衡，造成部分可燃 冰的分解
04
03
水力压裂法
利用温度相对较高的海水由高压泵通过注 入井注入水合物储层，在加热水合物储层 的同时还是其产生人工裂缝，为分解气体 提供通道，而达到开采的目的，是强化的 热激发和减压开采结合的方法。
其他特性
非极性溶剂中表现出良好的溶解性；具有超疏水性和 超亲油性；具有芳烃的性质；
应用
储氢材料 超高灵敏 度传感器 大功率太赫 激光元器件 柔性晶体 管 接触面板用透 明导电薄膜 有机太阳能 电池用材料
石 墨 烯 材 料 的 一 些 应 用
1nm 100nm 10μ m
单电子晶 体管
1m m
锂电池等 负极材料
2018
新能源技术
N ew E nergy Tech nol ogy
文 案 / 常 龙 / 汇 报 / 常 龙
提要
SYN O PSI S
“对新能源、新技术一概排斥，不重视，不愿意投入精力研究，
更不愿意以战略决心和优势资源投入，就会自己打败自己，自己封杀 自己的明天。”
“我们必须塑造华信新的能力，从原来资源、资本密集型公司，向
原理：轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦）时放出巨大能量。
第一代：氘 氚聚变反应
第二代：氘 和氦3 聚变反 应
第三代：氦3 和氦3 聚变反 应
核聚变反应
N U CLE AR FU S I O N R E ACTI ON
核聚变释放的能量比核裂变更大
优 劣 势
无高端核废料，可不对环境构成大的污染
2 005 年
物存在的地震异常信息 中国首次发现世界上规模最大被称做为“可燃冰”存在重要证据的
2 007 年
“冷泉”碳酸盐岩分布区，面积约430平方公里。 中国在南海北部首次采样成功，证实了在中国南海蕴藏着丰富的“可
2 009 年
燃冰”资源，标志着中国可燃冰研究进入世界先进行列。 在青藏高原发现了可燃冰，初略的估算，远景资源量至少有350亿吨