中國新能源工業(yè)概述

新能源工業(yè)一、能源的分類一次能源：在自然界中可直接取得不必改變其基本形態(tài)的能源。二次能源：由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品。常規(guī)能源：即傳統(tǒng)能源，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。新能源：以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)的能源。常見的能源太陽能化石能源水能風能潮汐能：海水潮流運動的能量海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、溫差能地熱能：地球內(nèi)部釋放到地表的能量生物質(zhì)：燃燒植物體放出熱能核能（原子能）氫能可再生能源：水力、風力、太陽能、生物質(zhì)能、熱地等。二、化石能源三、氫能源大氣中二氧化碳逐年增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災(zāi)害頻發(fā)，造成的損失逐年增加。化石能源儲量有限，消耗加快。能源結(jié)構(gòu)單一，過渡依賴化石能源。經(jīng)濟增長、環(huán)境保護和社會發(fā)展的壓力。氫：儲量大，分布廣，清潔無污染氫能的利用

（1）直接燃燒（2）燃料電池氫氣作為能源遇到的兩個問題

氫氣的制備氫氣的儲存（一）氫氣的制備（１）熱化學(xué)工藝制氫熱化學(xué)工藝主要是將碳水化合物(煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等)輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器，生成由H2、CO、CO2

和

CH4

等組成的合成氣體，然后進行重整和水氣置換反應(yīng)來提高氫的產(chǎn)量，最后將氫氣分離提純得到可以用做交通燃料的氫氣。甲烷重整制氫:CH4+H2O=3H2+CO

這個反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，需要外部輸入熱量，反應(yīng)溫度大約700℃～850℃，反應(yīng)壓力為3×105Pa～2.5×105Pa。反應(yīng)產(chǎn)物合合成氣被輸輸入到下一一級水氣置置換反應(yīng)器器，經(jīng)過過水氣置換換反應(yīng)，將將CO轉(zhuǎn)化為H2，提高了氫氫的產(chǎn)量。。CO+H2O=H2+CO2重整制氫的的能量轉(zhuǎn)換換效率可以以達到75%～80%，經(jīng)濟有效效，如果將將余熱回收收利用，效效率可達85%以上部分氧化制制氫是將碳碳氫化合物物部分氧化化生成CO和氫的工藝藝。2CH4+O2=4H2+2CO加入催化劑劑，系統(tǒng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化效率會會大大提高高。反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物合成氣氣也和重整整制氫一樣樣，需要進進行水氣置置換反應(yīng)，，以提高H2的產(chǎn)量。最最后再經(jīng)過過分離提純純，得到可可以用于交交通工具的的燃料。由由于這個生生產(chǎn)過程中中也有CO2的排放，所所以也是通通向環(huán)保制制氫的過渡渡。利用煤和生生物質(zhì)等氣氣化制氫是是將這些物物質(zhì)在高溫溫下裂解成成合成氣后后進行水氣氣轉(zhuǎn)換等過過程，提高高氫的成分分，最后經(jīng)經(jīng)過凈化處處理得到燃燃料氫。其其中煤的氣氣化制氫是是目前廣泛泛使用的制制氫技術(shù)。。（2）電解水制制氫工藝該反應(yīng)只要要對電解槽槽通入直流流電即可進進行，操作作簡單，效效率較高，，現(xiàn)在已已經(jīng)發(fā)展了了多種電解解槽，如堿堿性電解槽槽、質(zhì)子交交換膜電解解槽和固體體氧化物電電解槽等。。用太陽能電電池產(chǎn)生的的電能電解解水是制氫氫的一條具具有十分誘誘人前景的的途徑。人工光合作作用的研究究為太陽能能制氫提供供了另外一一條途徑。。光合作用用的核心是是由太陽光光驅(qū)動將水水分子裂解解為氧氣、、氫離子和和電子。植植物通過還還原碳元素素的形式將將太陽能固固定下來，，能否不要要將太陽能能固定在碳碳元素中得得到利用呢呢？人工光光合作用將將使這種想想法成為可可能，它完完全拋棄了了植物載體體，只利用用光合作用用的原理，，通過光裂裂解水分子子，直接提提取氫氣。。氫氣的儲存存類型典型技術(shù)體積密度重量密度備注物理方法液態(tài)氫71g/l~5wt%20K,能耗大高壓氫39

g/l~3.3wt%RT,70MPa大比表吸附劑~1wt%80K納米碳管<2wt%可逆存放量化學(xué)方法金屬氫化物>100g/l<2wt%可實用速度吸\放氫量有機液體~50g/l~7wt%苯理論量其他含氫物質(zhì)63

g/l>4wt%30%NaBH4溶液硼氫化合物物熱分解制氫氫——NH3BH3、LiBH4等水分解制氫氫——NaBH4（SBH）等BN納米結(jié)構(gòu)材材料硼促進貯氫氫材料含硼貯氫材材料硼氫化物氫含量wt%研究者formulareactionLiBH418.213.5Zuteletal.NaBH410.510.8MillenniumCelletal.NH3BH319.519.5Wolfetal.NH4BH424.524.5Unstable>-20℃Al(BH4)316.8PotentialchemicalsubstanceforH2storageMg(BH4)214.8LiAlH2(BH4)215.2硼氫化合物物貯氫Prof.A.Zuttel,SwitzerlandUnivFribourg450℃左右可以獲獲得13.5wt%H2LiBH4分解制氫強放熱反應(yīng)應(yīng)可以以獲得13.6wt%H2LiBH4分解制氫120℃-300℃℃19.6wt%H2不足:NH3BH3制備成本偏偏高NH3BN3分解制氫B99N99C186nanotubesAtomicstructuremodelsBN納米結(jié)構(gòu)貯貯氫近年來，大大量的研究究集中在納納米碳管儲儲氫方面，，主要是人人們認為納納米碳管的的儲氫容量量高，理論論上可達10%。太陽能即太太陽輻射能能，它是太太陽內(nèi)部連連續(xù)不斷的的核聚變反反應(yīng)過程產(chǎn)產(chǎn)生的能量量。四、太陽能能地球軌道上上的平均太太陽輻射強強度為1367kw/m2。地球赤道道的周長為為40000km，從而可計計算出，地地球獲得的的能量可達達172,500TW。也就是說說太陽每秒秒鐘照射到到地球上的的能量就相相當于500萬噸煤。目前人類所所能夠使用用的能源形形式（一）對太太陽能的間間接利用（二）太陽輻輻射能的直直接利用與其他能源源相比，太太陽能具有有獨特的優(yōu)優(yōu)點：（1）它沒有一一般煤炭、、石油等礦礦物燃料產(chǎn)產(chǎn)生的有害害氣體和廢廢渣，因而而不污染環(huán)環(huán)境，被稱稱作“干凈凈能源”。。（2）到處都可可以得到太太陽能，使使用方便、、安全。（3）成本低廉廉，可以再再生。1、對太陽能能直接利用用的形式（1）對可見光光的利用主要的利用用途徑是光光電轉(zhuǎn)換，，即把太陽陽能直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電能能。這是人人們目前對對太陽能利利用的主要要方式之一一。太陽能能電池就屬屬于這種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換方式。。傳統(tǒng)的太太陽能電池池利用太陽陽光中高達達九成以上上的可見光光。太陽能電池太陽能電池主主要以半導(dǎo)體體材料為基礎(chǔ)礎(chǔ)，利用光照照產(chǎn)生電子空空穴對，在PN結(jié)上可以產(chǎn)生生光電流、光光電壓的現(xiàn)象象（光伏效應(yīng)應(yīng)），實現(xiàn)光光電轉(zhuǎn)換。硅硅是最合適最最理想的太陽陽能電池材料料。推進艙軌道艙附加艙通訊艙太陽能電池太陽能電池按照所用材料料的不同：硅太陽能電池池(單晶硅、多晶晶硅、非晶硅硅）（光電轉(zhuǎn)化效效率高，成本本高，制備工工藝復(fù)雜?。┮詿o機鹽如砷砷化鎵、硫化化鎘、銅銦硒硒等多元化合合物為材料的的電池（鎘：劇毒。。銦、硒：稀稀有元素）功能高分子材材料制備的大大陽能電池（處于研發(fā)初初期、轉(zhuǎn)化效效率低、使用用壽命短）染料敏化納米米晶體太陽能能電池（正在研發(fā)））太陽能電池的的發(fā)展方向材料與器件結(jié)結(jié)構(gòu)的研究與與開發(fā)各種太陽能電電池材料研究究雜質(zhì)與缺陷的的轉(zhuǎn)換效率及及穩(wěn)定性影響響使用薄膜技術(shù)術(shù)和剝離技術(shù)術(shù)。大規(guī)模生產(chǎn)技技術(shù)的開發(fā)跟蹤與聚光儲電及并網(wǎng)發(fā)電結(jié)合合并網(wǎng)發(fā)電已占占50%以建成多個兆兆瓦級的電站站，~100MW規(guī)模VS太陽能熱發(fā)電電站與建筑物結(jié)合合架設(shè)太陽電池池組件日本：1994-2000年2萬套屋頂光伏伏系統(tǒng)185MW；七萬屋頂計計劃280M美國：1997~2010年百萬屋頂頂計劃3025MW發(fā)電成本6美分集成在建筑材材料上曲線形屋頂瓦瓦、垂直幕墻墻、窗用玻璃璃太陽能發(fā)電站站太陽能光伏發(fā)發(fā)電系統(tǒng)主要要由太陽電池陣列列、貯能蓄電電池、防反充充二極管、充充電控制器及及逆變器、測測量設(shè)備等組成。太太陽能發(fā)電站站一旦建成，，不需要運行行投資即能運運用,但初期投資較較高。加利福尼亞一一家太陽能發(fā)發(fā)電站中的太太陽能反射裝裝置（2）對紅外線的的利用主要的利用途途徑是光熱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，即把太太陽能直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成熱能。。太陽能熱利用用可分為：低低溫熱利用、、中溫熱利用用和高溫熱利利用。低溫熱利用：：地膜、塑料大大棚以及干燥器、、蒸餾、供暖暖、太陽能熱熱水系統(tǒng)中溫熱利用：：空調(diào)制冷、制制鹽以及其它工業(yè)用熱熱高溫熱利用：：聚焦形太陽灶灶、焊接機和高溫爐（3）對紫外線的的利用紫外線具有殺殺菌功效。波波長為300nm的紫外光的光光子所具有的的能量約為399kJ/mol，它比細菌的的蛋白質(zhì)分子子中重要的化化學(xué)鍵C-C（347kJ/mol）、C-N（305kJ/mol）和C-S（259kJ/mol）鍵的鍵能大，，因此紫外光光的能量足以以使這些化學(xué)學(xué)鍵斷裂，從從而破壞細菌菌的蛋白質(zhì)分分子，達到殺殺菌的目的。。（一）核裂變變能使一個重原子子核分裂成為為兩個或兩個個以上中等質(zhì)質(zhì)量原子核的的過程，稱為為核裂變。核核裂變是取得得核能的重要要途徑之一。。只有一些質(zhì)量量非常大的原原子核，像鈾鈾、釷等才能能發(fā)生核裂變變。原子核在在發(fā)生核裂變變時，釋放出出巨大的能量量，1克235U完全發(fā)生核裂裂變后放出的的能量相當于于燃燒2.5噸煤所產(chǎn)生的的能量。五、核能1、放射性廢料料的危害核廢料是指含含有α、β和γ輻射的不穩(wěn)定定元素并伴隨隨有熱產(chǎn)生的的無用材料，，核廢料進入入環(huán)境后會造造成水、大氣氣、土壤的污污染，并通過過各種途徑進進入人體，當當放射性輻射射超過一定水水平，就能殺殺死生物體的的細胞，妨礙礙正常細胞分分裂和再生，，引起細胞內(nèi)內(nèi)遺傳信息的的突變。核裂變能的利利用帶來的問問題地球上有多少少钚？據(jù)資料報道，，6000克钚可制造成成一枚原子彈彈，而其中僅僅有1克钚消失了，，是它導(dǎo)演出出了令人望而而生畏的蘑菇菇云，按照愛愛因斯坦質(zhì)能能公式，這1克钚轉(zhuǎn)化成核核爆炸所需的的全部能量。。其能量之巨巨大，與2萬噸三硝基炸炸藥（TNT）相當。非常常不幸的是，，钚彈爆炸時時，有95%的放射性钚都都氣化擴散到到大自然中。。人類在20世紀50—70年代進行大氣氣層核試驗產(chǎn)產(chǎn)生的钚，至至今仍殘存在在我們生活的的環(huán)境中。在在核試驗最頻頻繁的美國，，尤其嚴重。。2、放射性核廢廢料的處理與核能相關(guān)的的一個最困難難的問題就是是在開采、燃燃料生產(chǎn)以及及反應(yīng)堆的運運行過程中產(chǎn)產(chǎn)生的核廢料料的處理，如如何處理這些些廢料可能將將是最終核能能使用的最大大障礙。目前前，核廢料的的處理有“天天葬”、“水水葬”和“火火葬”三種方方法。切爾諾貝利核核電站核廢料的存放放到目前為止，，我們?nèi)晕凑艺业桨踩幚砝砗藦U料的萬萬全之策，目目前世界各國國通用的做法法仍是用混凝凝土或金屬容容器封裝好核核廢料，再深深埋到100m左右的地下巖巖洞、廢氣礦礦井或海底巖巖洞等核廢料料場中。按有有關(guān)國際規(guī)定定，這樣的核核廢料場應(yīng)有有300年的安全期，，但這仍遠遠遠小于钚—239的半衰期（2萬多年）。令人不安的是是，當今世界界上存在的19萬噸含钚—239的核廢料正在在衰變過程中中，正以15千米/秒的高速度放放射α粒子和其他放放射線，污染染著環(huán)境，危危害著人類健健康?？茖W(xué)家的努力力在歐洲核子研研究中心工作作的卡洛斯?魯比亞教授提提出過一種新新型核電站方方案，它使用用的核燃料不不是钚，而是是灶，灶不僅僅燒得干凈，，而且核廢料料中不含令人人頭痛的钚—239，沒有放射性性；英國菲菲爾德德大學(xué)學(xué)地質(zhì)質(zhì)學(xué)家家弗格格斯?吉布新新提出出把核核廢料料深埋埋到的的地下下巖層層（而而非現(xiàn)現(xiàn)在的的1000m深）。。頭幾幾天，，核廢廢料將將利用用自身身的余余熱使使周圍圍巖石石融化化，幾幾個月月后冷冷卻，，從而而把核核廢料料罐完完全包包裹起起來，，形成成一個個更安安全的的核廢廢料墳墳?zāi)?。。理論論推?dǎo)導(dǎo)顯示示，5000m的深度度，應(yīng)應(yīng)該是是钚—239的最好好歸宿宿。（二））核聚聚變太陽的的中心心發(fā)生生核聚聚變，，放出出巨大大能量量。在在太陽陽內(nèi)部部，這這個天天然的的核聚聚變過過程以以及發(fā)發(fā)生了了了好好幾十十億年年了。。核聚變變的引引發(fā)和平利利用聚聚變能能實驗驗非常常困難難，因因為核核力是是一種種短程程力，，只有有當它它們之之間的的距離離接近近到大大約萬萬分之之一毫毫米時時，核核力能能才起起作用用，使使兩個個原子子核聚聚合在在一起起，放放出巨巨大的的能量量。所有的的原子子核都都帶正正電，，兩個個帶正正電的的原子子核互互相接接近時時，它它們之之間的的庫侖侖斥越越來越越大。。所以以實現(xiàn)現(xiàn)聚變變反應(yīng)應(yīng)的條條件是是反應(yīng)應(yīng)中的的原子子核必必須具具有很很高的的能量量來克克服靜靜電斥斥力，，使兩兩核之之間的的距離離進入入核力力力程程。據(jù)據(jù)測算算這樣樣的能能量將將使氘氘核的的溫度度達到到5.6×108k。我國第第一座座核電電站——浙江秦秦山核核電站站于1991年建成成發(fā)電電。核電站浙江秦秦山核核電站站廣州大大亞灣灣核電電站。。這是是我國國大陸陸第一一座大大型商商用核核電站站廣東嶺嶺澳核核電站站電池的的分類類：電池按按照其其使用用性質(zhì)質(zhì)的不不同可可以分分為干干電池池、蓄蓄電池池、儲儲備電電池和和燃料料電池池等幾幾大類類。六、化化學(xué)電電池原電池池鋅錳干干電池池：負極是鋅做做的圓圓筒，，正極是一根根探棒棒，周周圍被被二氧氧化錳錳、碳碳粉和和氯化化銨的的混合合劑包包圍。。蓄電池池蓄電池池又稱稱二次次電池池，可可以通通過充充電使使活性性物質(zhì)質(zhì)再生生。蓄蓄電池池的兩兩極均均以鉛鉛板為為骨架架，正極鉛板上上是二二氧化化鉛，，負極鉛板上上是海海綿狀狀鉛。。內(nèi)部構(gòu)構(gòu)造外部構(gòu)構(gòu)造鋰電池池鋰電池池分為為一次次電池池和二二次電電池兩兩類，，照相相機等等耗電電量較較低的的電子子產(chǎn)品品中主主要使使用不不可充充電的的一次次鋰電電池，，而攝攝像機機、數(shù)數(shù)碼相相機、、手機機及筆筆記本本電腦腦等耗耗電量量較大大的電電子產(chǎn)產(chǎn)品中中則使使用可可充放放電的的二次次鋰電電池。。鋰電電池池自自行行車車鎳氫氫電電池池（（高高壓壓鎳鎳氫氫電電池池））正極極：：Ni電極極NiO（OH）+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-負極極：：氫氫電電極極1/2H2+OH-=H2O+e-總反反應(yīng)應(yīng)：：1/2H2+NiO(OH)=Ni(OH)2電解解質(zhì)質(zhì)：：KOH電池池內(nèi)內(nèi)氫氫氣氣的的壓壓力力：：0.3-4MPa燃料料電電池池氫氧氧燃燃料料電電池池工工作作時時向向負負極極供供給給燃燃料料（（氫氫）），，向向正正極極供供給給氧氧化化劑劑（（空空氣氣或或氧氧氣氣））。。氫在在負極極解離離成成H+和電電子子，，H+進入入電電解解液液中中，，而而電電子子則則沿沿外外部部電電路路移移向向正正極極，，用用電電的的負負載載就就接接在在外外部部電電路路中中。。在正極極上，，氧氧與與電電解解液液中中的的氫氫離離子子獲獲得得經(jīng)經(jīng)外外電電路路抵抵達達正正極極上上的的電電子子而而形形成成水水。。氫氧氧燃燃料料電電池池原原理理圖圖燃料