新能源技术发展调研报告

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1、新能源技术进展调研报告本报告主要分为三局部，第一局部为对全世界能源现状的综述，争辩新能源开发与利用 的紧迫性与可行性；其次局部为对各种新能源技术的校为具体的介绍，其中有进展较为成熟 的技术， 也有刚处于进展初期的能源技术，通过对其原理能量转化机制的了解对其优越性 与面临问题进展瓶颈进展介绍：第三局部为对各技术的可持续开发与污染把握前景进展讨 论，对并种新能源技术进展概扌舌总结。一.世界能源问题进呈现状能源是产生能量的物质根底，是人类生存与进展的物质根底，人类历史的进展，文明的 飞跃无不与对新兴能源的成熟利用息息相关，对火的利用，开C 了人类主动猎取利用自然界 能源的序幕，通过对自然能源的能最转

2、换与利用，人类开头了工业革命，从石油的利用引发 内燃机的大规模应用，到电能的利用促成了电器的进展，人们通过对能源的进一步开发，创 适了前所未有的文明成果。世界能源分布有其鲜亮的特点，世界能源储量分布是不平衡的。石油中东占 56. 8%：天 然气和煤炭储最最多是欧洲，各占54.6%和 45%。亚洲大洋洲除煤炭稍多占18%以外， 石油、自然“都只有 5%多一点 0迄今为止，人类生活生产大局部倚仗化石能源。但世界能源消耗仍在増长，但化石能源 的不行再生性打算了要保证文明的可持续进展，必需要查找新能源，清洁，可再生，适于大 范W 应用的替代能源。到 2040 年，首先石油将消灭枯竭；到 2060 年，

3、核能及自然气也将终 结。地球的能源已经无法供给地球人口的能源需求。而随着世界人 II 的不断増加，能源紧缺 的时期将会提前來。传统能源的紧缺性与分布的不平衡性极大的制约着世界各地的进展，现今已引发了一系 列的地方性危机，随着情形随着时间推移进一步恶化，必将产生更大的问题。因此，21 世纪新能源的开发与利用，已不再是一个将來的话题，而是关系人类子孙后 代命运，刻不容缓的一件人事。各种新能源有自己独特的优势，但也面临希污染与大范 M 普及的瓶颈，下文中我们对氢 能氢能利用技术：制氢技术、氢提纯技术、氢储存与输运技术，核能核裂变、核聚变， 化学电源化学电能技术，生物质能生物质气化技术、生物质固化技术

4、、生物质热解技术、 生物质液化技术、沼气技术，风，海洋，地热能风力发电、潮汐能发电技术、地热发电 等新能源技术作较为具体的介绍并对其利弗进展分析二.新能源介绍氢久邑氢能是一种新型二次能源，所谓二次能源，是指联系一次能源和用户的中间纽带。二次 能源又町分为“过程性能源”和“含能体能源”。电能足当前应用最广的“过程性能源”。目 前“过程性能源”尚不能大量地S 接储存氢能和电能将一起成为将来能源体系的两大支柱。1. 氢具有的性质和特点 来源广；燃烧热值高：清洁：燃烧稳定性好：存在形式多：2. 氢的制IR 化冇燃料制氯技术：电解水制氢；生物及生物质制氢：太阳能光解制氢热化学分 解水制氢；其他制氢技术：

5、氢气的提纯前儿种技术较为传统，需要消耗较多的传统能源，本文主要介绍生物制氢技术及太阳能 比解技术。2. 1 生物及生物质制氢 生物制氢的机制及争辩现状 生物制氢生物制氢的机制及硏究现状(1) 能够产氢的微生物主要有两个类群：光介生物和发酵细菌。在这些微生物体内存 在着特别的氢代谢系统，其中固氮酶和氢酶发挥了歪要作用.(2) 生物制氢技术制氢技术有多种，生物制氢的想法由Lewis i- 1966 年提出。目前生物制氢冇 3 种方法： 光合生物产氢从长远和战略的角度来看，以水为原料利用光能通过生物体制取a 气是敲有前途的方法 0 能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类。 发酵细菌产氢能够发酵右机物产

6、氢的细菌包扌舌专性厌氧菌和加性厌氧菌，如酸 梭状芽杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等. 光合生物与发酵细菌的混合培育产氮光合生物与发酵型细繭町利用的底物在工业有 机废水和城市垃圾中大量存在。降低生物制氢本钱的仃效方法是应用廉价的原料，常用的冇富含冇机物的有机废水，城 市垃圾等，利用生物质制氢同样能够人大降低生产本钱，而 R 能够改善自然界的物质循环, 很好地保护生态环境。在生物技术领域，生物质又称生物量，是指全部通过光合作用转化太阳能生长的有机物, 包扌舌高等植物、农作物及秸秆、鴻类及水生植物等生物质制氢包ffi 两种方法：生物转化制氢法：生物质热化学转换法；

7、2.2 太阳能光解制氮光解水能否有用化瑕中将取决于能量转化效率。太阳能转化系统町以分为 5 大类：光化学系统(太阳能被溶液中的分子吸取)、半导体 系统(太阳能被半导体或溶液中的悬浮颗粒等吸取)、光生物系统、混合系统(以上三种系 统的复合)和热化学系统。 光化学系统纯水只能吸取太阳能量的辐射中能量很低的红外局部，不町能引起任何光化学反响，因 此任何光解水的光化学反响都需要光敏化剂，也就是说，需要某种分子或半导体吸取太阳能 以进展光化学反响，生成氢气。在这个多分子的系统中，不同的功能是分别由不同类的分子完成的。1、 光敏化剂PS 吸取可见光产生受激的几有氧化复原特性的产物PS*2、 化合物R 在受

8、激的PS*发生电子转移反响形成电荷对PS+和R-，R 被复原3、第三局部化合物能收集电子，并 n 促进和水呻申子交换。一些平别的氧化译原催化 剂Cat 叮以用来收集和转移电子。 半导体光催化(1) 半导体光解水原理：水是一种格外稳定的化合物，为了进展水的光电解反响，必需满足以下条件： 禁帯宽度应当人于水中氢和氧的化学势之差： 光的量子能量应大于禁带宽度： n 型半导体的平带电势应比析氢电位更负，而P 型半导体那么应比析氧电位正： 电子、空穴的费米能级到达析出氢、氧的电比学势级。此条件一般通过外加电压实 现。(2) 半导体催化剂的争辩现状半导体催化剂主要包括TiO2 多相催化体系、a 合半导体、

9、层状金属氧化物和组装的 纳米半导体催化剂， 混合系统混合系统是将吸取光了的光敏化剂吸附在半导体上,扩展了半导体吸取太阳光波长的范 同样, 也有报道将叶绿素应用于光化学电池的电解质中，或假设将它们吸附在电池电极匕 但冃前还没有能够觉察高效率的“光能f 氢能”转化系统。3. 氢的储存1. 液化储氢2. 压缩氢气储存3. 金属氢化物储氢4. 配位氢化物储氢5. 物理吸附储氢6. 有机物储氢7. 玻璃微球储a8. 地下储存总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两人类。物理储存方法主要包扌舌液氢储存、 高圧氤气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地卞岩洞储存等。 化学储存方法有金属

10、氢化物储存、有机液态氮化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。核能核能是除化冇能源外目前人类利用量最大的能源，我们最为生疏的是核裂变发电，但由 于核原料储最有限，按目前的进展速度，百年之内，己知的核原料便会枯竭，W 此，对于核 聚变的争辩是核能应用的主要进展方向。对于核裂变，最应注盘的是核原料的利用率问题。核电站的心脏是反响堆，它是供给热 能的地方，相当于常规火电站的锅炉。热堆最困扰人类的问题是不能充分利用核资源，利用 率仅达 1 %2%。因此，人们又开头争辩开发利用率更高的快中子增殖堆。核电技术：1核裂变反响堆：原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235 的原子核受到外来

11、 中子轰击时，一个原子核会吸取一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出 23 中 子。裂变产生的中子又去轰击另外的铀 235 原子核，引起新的裂变。如此持续进展就是裂变 的链式反响。核反响堆的介理构造应当是核燃料+慢化剂+热載体+把握设施+防护装置。2.核聚变装置：核聚变反响根本原理物质在低温状态下是固态，随着温度的升奇会消灭液态、气态，气态的物质被连续加热 会消灭等离子状态，即在几万摄氏度以上时，气体将全部发生电离，变成带正电的离子和带 负电的自由电子。这种等离子体被约束在托卡马克装置的环形室腔体内不断与腔壁接触，加 热电流连续在这一坏形室中流淌，与电流方向全都的强大外磁场保证了等离子体

12、的稳定。当 等离了体被加热到108C 以上，满足nr 1 0 I 4 时，就会发生轻原了核转为巫原子核的 垓聚变。研充说明，承受等离子体最有期望实现核聚变反响该力法是用几十万安培的强电流向 气体笊放电，形成儿百万至万摄氏度的髙温，使笊分别成带正电和带负电的粒子，即通常所说的等离子体。把等离子体加热到点火温度，釆用肯定的装置和方法来把握反响物的密度 利维持此密度的时间。目前，人们使用得旳支多的是应用磁约束和惯性约束。核聚变反响堆是一种满足核聚变条件从而利用K 能量的装置。从目前看实现核聚变冇 2 种方法：一种是使用托卡马克装置实现，托卡马克是一种坏形装置，通过约束电磁波驱动，制造 亂、亂实现聚变

13、的坏境和超高温，实现对聚变反响的把握：另一种方式足通过高能激光的方式实现。第一种方式己于20 世纪 90 年月初实现，目前 正在进展工程设计：其次种方式己接近突破的边缘。由于核聚变是在极高的温度下完成的, 所以又常称其为热核反响。化学电源化学电源是一种将化学能转化为电能的装置，也称电池。化学电源的种类： 一次电池电池本身不行逆 二次电池町贡a 充放电循坏使用的电池 燃料电池连续电池活性物质可从电池外部连续不断地输人电池，连续放电 储藏电池激活电池电池的正负级和电解质在贮存期不直接接触，使用前釆取激活 于 段，电池便进人放电状态。生物质能生物质能那么是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳

14、能转化为化学能后固定 和贮诚在生物体内的能量。生物质能的特点：1属町再生能源，町保证能源的永续利用生物质能由于通过植物的光合作用町以再 生， 与风能、太阳能等同属町再生能源，资源丰富。其中生物质能占 35%,位居种类多而分布广，便于就地利用，利用形式多样柑关技术己成熟，可贮存性好4节能、环保效果好，对改善人气酸雨环境，削减大气中二氯化碳含量，从而减轻温室效应都冇极人的好处。生物质能分类城市垃圾匚业、生活和商业垃圾，全球毎年排放约 100 亿吨： 右机废水工业废水和生活污水，全球每年排放约 4500 亿吨： 粪便类牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上： 林业生物质薪柴、枝丫、树皮、树

15、根、落叶、木們、刨花等： 农业废弃物秸tf、果壳、果核、玉米芯、甜莱渣、蔗潢等： 水生tt 物；类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等： 能源植物生长快速 生物质利用的主要技术1化学转换技术生物质化学转换包扌舌直接燃烧、液化、气化、热解等方法，其中， %支简洁的利用方法足直接燃烧。2生物质物理转换技术生物质热解技术主要指生物质压制成型技术。将农林剩余物 进展粉碎烘干分级处理，放入成型挤压机，在肯定的温度和压力下形成牧高密度的固体燃料 一一压块细密成型技术。3生物化学转换技术该技术主要是利用生物质厌氧发酵生成沼气和在微生物作用 下生成酒精等能源产品。包括厌氧发酵制収沼”、微生物制取酒精、生物制氢、生物柴汕等。风能概述数 r 年來，风能技术进展缓慢，也没有引起人们足够的巫视。但自 1973 年世界石油危 机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一局部才ffl 新有了长足的进展。风能作为一种无污染和町再生的新能源有着巨大的进展潜力，特别是对 沿海交通不便的遥远山区