一、新能源技術(shù)概述
新能源技術(shù)是高技術(shù)的支柱,包括核能技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)、燃煤、磁流體發(fā)電技術(shù)、地熱能技術(shù)、海洋能技術(shù)等。其中核能技術(shù)與太陽(yáng)能技術(shù)是新能源技術(shù)的主要標志,通過(guò)對核能、太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用,打破了以石油、煤炭為主體的傳統能源觀(guān)念,開(kāi)創(chuàng )了能源的新時(shí)代。
二、新能源種類(lèi)
1、潔凈煤
采用先進(jìn)的燃燒和污染處理技術(shù)和高效清潔的煤炭利用途徑(如煤的氣化與液化),減少燃煤的污染物排放,提高煤炭利用率,已成為我國乃至全世界的一項重要的戰略性任務(wù)。
2、太陽(yáng)能
太陽(yáng)向宇宙空間輻射能量極大,而地球所接受的只是其中極其微小的一部分。因地理位置以及季節和氣候條件的不同,不同地點(diǎn)和在不同時(shí)間里所接受到的太陽(yáng)能有所差異,地面所接受到的太陽(yáng)能平均值大致是:北歐地區約為每天每一平方米2千瓦/小時(shí),大部分沙漠地帶和大部分熱帶地區以及陽(yáng)光充足的干旱地區約為每平方米6千瓦/小時(shí)。目前人類(lèi)所利用的太陽(yáng)能尚不及能源總消耗量的1%。
3、地熱能
據測算,在地球的大部分地區,從地表向下每深人100米溫度就約升高3℃,地面下35公里處的溫度約為1100℃一1300℃,地核的溫度則更高達2000℃以上。估計每年從地球內部傳到地球表面的熱量,約相當于燃燒370億噸煤所釋放的熱量。如果只計算地下熱水和地下蒸汽的總熱量,就是地球上全部煤炭所儲藏的熱量的1700萬(wàn)倍。
現在地熱能主要用來(lái)發(fā)電,不過(guò)非電應用的途徑也十分廣闊。世界_L第一座利用地熱發(fā)電的試驗電站于1904年在意大利運行。地熱資源受到普遍重視是本世紀60年代以后的事。目前世界上許多國家都在積極地研究地熱資源的開(kāi)發(fā)和利用。地熱能主要用來(lái)發(fā)電,地熱發(fā)電的裝機總容量已達數百萬(wàn)千瓦。
我國地熱資源也比較豐富,高溫地熱資源主要分布在西藏、云南西部和臺灣等地。
4、核能
核能與傳統能源相比,其優(yōu)越性極為明顯。1公斤鈾235裂變所產(chǎn)生的能量大約相當于2500噸標準煤燃燒所釋放的熱量。現代一座裝機容量為100萬(wàn)千瓦的火力發(fā)電站每年約需200一300萬(wàn)噸原煤,大約是每天8列火車(chē)的運量。同樣規模的核電站每年僅需含鈾235百分之三的濃縮鈾28噸或天然鈾燃料150噸。所以,即使不計算把節省下來(lái)的煤用作化工原料所帶來(lái)的經(jīng)濟效益,只是從燃料的運輸、儲存上來(lái)考慮就便利得多和節省得多。據測算,地殼里有經(jīng)濟開(kāi)采價(jià)值的鈾礦不超過(guò)400萬(wàn)噸,所能釋放的能量與石油資源的能量大致相當。如按目前速度消耗,充其量也只能用幾十年。不過(guò),在鈾235裂變時(shí)除產(chǎn)生熱能之外還產(chǎn)生多余的中子,這些中子的一部分可與鈾238發(fā)生核反應,經(jīng)過(guò)一系列變化之后能夠得到懷239,而懷239也可以作為核燃料。運用這些方法就能大大擴展寶貴的鈾235資源。
目前,核反應堆還只是利用核的裂變反應,如果可控熱核反應發(fā)電的設想得以實(shí)現,其效益必將極其可觀(guān)。核能利用的一大問(wèn)題是安全問(wèn)題。核電站正常運行時(shí)不可避免地會(huì )有少量放射性物質(zhì)隨廢氣、廢水排放到周?chē)h(huán)境,必須加以嚴格的控制。現在有不少人擔心核電站的放射物會(huì )造成危害,其實(shí)在人類(lèi)生活的環(huán)境中自古以來(lái)就存在著(zhù)放射性。數據表明,即使人們居住在核電站附近,它所增加的放射性照射劑量也是微不足道的。事實(shí)證明,只要認真對待,措施周密,核電站的危害遠小于火電站。據專(zhuān)家估計,相對于同等發(fā)電量的電站來(lái)說(shuō),燃煤電站所引起的癌癥致死人數比核電站高出50一1000倍,遺傳效應也要高出100倍。
5、海洋能
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水溫差能等,這些都是可再生能源。
海水的潮汐運動(dòng)是月球和太陽(yáng)的引力所造成的,經(jīng)計算可知,在日月的共同作用下,潮汐的最大漲落為0.8米左右。由于近岸地帶地形等因素的影響,某些海岸的實(shí)際潮汐漲落還會(huì )大大超過(guò)一般數值,例如我國杭州灣的最大潮差為8一9米。潮汐的漲落蘊藏著(zhù)很可觀(guān)的能量,據測算全世界可利用的潮汐能約109千瓦,大部集中在比較淺窄的海面上。潮汐能發(fā)電是從上世紀50年代才開(kāi)始的,現已建成的最大的潮汐發(fā)電站是法國朗斯河口發(fā)電站,它的總裝機容量為24萬(wàn)千瓦,年發(fā)電量5億度。我國從50年代末開(kāi)始興建了一批潮汐發(fā)電站,目前規模最大的是1974年建成的廣東省順德縣甘竹灘發(fā)電站,裝機容量為500。千瓦。浙江和福建沿海是我國建設大型潮汐發(fā)電站的比較理想的地區,專(zhuān)家們已經(jīng)作了大量調研和論證工作,一旦條件成熟便可大規模開(kāi)發(fā)。
大海里有永不停息的波浪,據估算每一平方公里海面上波浪能的功率約為10x104至20x104千瓦。70年代末我國已開(kāi)始在南海上使用以波浪能作能源的浮標航標燈。1974年日本建成的波浪能發(fā)電裝置的功率達到100千瓦。許多國家目前都在積極地進(jìn)行開(kāi)發(fā)波浪能的研究工作。
海流亦稱(chēng)洋流,它好比是海洋中的河流,有一定寬度、長(cháng)度、深度和流速,一般寬度為幾十到幾百海里之間,長(cháng)度可達數千海里,深度約幾百米,流速通常為1一2海里/小時(shí),最快的可達4?5海里/小時(shí)。太平洋上有一條名為“黑潮”的暖流,寬度在100海里左右,平均深度為400米,平均日流速30一80海里,它的流量為陸地上所有河流之總和的20倍。現在一些國家的海流發(fā)電的試驗裝置已在運行之中。
水是地球上熱容量最大的物質(zhì),到達地球的太陽(yáng)輻射能大部分都為海水所吸收,它使海水的表層維持著(zhù)較高的溫度,而深層海水的溫度基本上是恒定的,這就造成海洋表層與深層之間的溫差。依熱力學(xué)第二定律,存在著(zhù)一個(gè)高溫熱源和一個(gè)低溫熱源就可以構成熱機對外作功,海水溫差能的利用就是根據這個(gè)原理。上世紀20年代就已有人作過(guò)海水溫差能發(fā)電的試驗。1956年在西非海岸建成了一座大型試驗性海水溫差能發(fā)電站,它利用20℃的溫差發(fā)出了7500千瓦的電能。
6、超導能
超導儲能是一種無(wú)需經(jīng)過(guò)能量轉換而直接儲存電能的方式,它將電流導入電感線(xiàn)圈,由于線(xiàn)圈由超導體制成,理論上電流可以無(wú)損失地不斷循環(huán),直到導出。目前,超導線(xiàn)圈采用的材料主要有鈮鈦(NbTi)和鈮三錫(Nb3Sn)超導材料、鉍系和釔鋇銅氧(YBCO)高溫超導材料等,這些材料的共同特點(diǎn)是需要運行在液氦或液氮的低溫條件下才能保持超導特性。因此,目前一個(gè)典型的超導磁儲能裝置包括超導磁體單元、低溫恒溫以及電源轉換系統等。
超導磁儲能具有能量轉換效率高(可達95%)、毫秒級響應速度、大功率和大容量系統、壽命長(cháng)等特點(diǎn),但與其它技術(shù)相比,超導儲能系統的超導材料及維持低溫的費用較高。未來(lái)要實(shí)現超導磁儲能的大規模應用,仍需在發(fā)展適合液氮溫區運行的MJ級系統的超導體,解決高場(chǎng)磁體繞組力學(xué)支撐問(wèn)題,與柔性輸電技術(shù)結合,進(jìn)一步降低投資和運行成本,分布式超導磁儲能及其有效控制和保護策略等方面開(kāi)展研究。
三、新能源技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應用
新能源汽車(chē)是指采用非常規的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源(或使用常規的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置),綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù),形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結構的汽車(chē)。
新能源汽車(chē)包括純電動(dòng)汽車(chē)、增程式電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、氫發(fā)動(dòng)機汽車(chē)、其他新能源汽車(chē)等。
新能源汽車(chē)可使中國實(shí)現從汽車(chē)大國到汽車(chē)強國的轉變。雖然當前世界各主要發(fā)達國家和有關(guān)汽車(chē)公司均在加緊研發(fā)此種新型汽車(chē)技術(shù)并取得長(cháng)足進(jìn)展,但總體而言,中國仍基本上與之處在同一個(gè)起跑線(xiàn)上,差距不過(guò)只有3—5 年,并不像傳統內燃機技術(shù)一樣存在20年的巨大差距。在商用化和產(chǎn)業(yè)化方面更是如此,某些方面我們還有一定優(yōu)勢。
新能源汽車(chē)可繼續開(kāi)辟中國的汽車(chē)市場(chǎng)。中國的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)剛剛發(fā)展起來(lái),汽車(chē)普及率低,因而在汽車(chē)動(dòng)力系統發(fā)展戰略選擇上有更大的自由度,在新能源汽車(chē)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有比較優(yōu)勢,推廣應用新能源汽車(chē)的阻力也會(huì )小得多。
