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牛!新能源:6公分核燃料小球,能量超过1.5吨煤

2017-11-13 团员(仮) 以太汽车 以太汽车

最近,媒体曝光了我国生产的核燃料元件效率惊人,一个直径6公分的小球,内部装载了12000个二氧化铀颗粒,它们燃烧放出的能量相当于1.5吨上好的原煤!

上面的小球蕴藏的核能,其实就是新能源的一种。

近年来,与能源相关的环境、生态问题成为世界各国普遍关注的焦点,以化石能源为主的能源消费模式已经难以满足可持续发展的需求。在此背景下, 发展对环境友好、地域分布相对均衡且潜力无限的新能源成为各国共识。

除了核能,新能源的种类还有有太阳能、风能、海洋能、生物质能和地热能等等。

核能

主要分成核裂变能和核聚变能两种。相比核裂变能,核聚变能产生的能量更多,安全性也更高,同时其所使用的燃料也近乎无限。

目前世界上投入使用的核电站都是核裂变能发电,核聚变能发电仍在研究阶段。2006年11月,中国、美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本和印度等7方启动了国际热核聚变实验反应堆(ITER)科研项目。该项目共投资100亿欧元,主要目的是集中各方的财力和技术联合研发受控核聚变发电技术。如果进展顺利,2035年左右将建成示范堆,2055年前后将有可能实现商业化发电。

 太阳能

说到新能源很多人最先想到的就是太阳能。太阳能主要有4种利用方式:光伏发电、光热发电、太阳能热水器和太阳能温室。后两种技术都已经成熟并产业化,前两种的发展前景则要更加广阔。

 光伏发电是利用太阳能电池技术,有光子使电子跃迁,形成电位差,光能直接就转变为电能,产生直流电,其发电装置就是我们在城市中经常见到的太阳能电池板。太阳能光热发电是将光能转变为热能,然后再通过传统的热力循环做功发电的技术。

太阳能光热发电产生的是和传统的火电一样的交流电,与传统发电方式和现有电网的匹配性更好,可直接接入电网。两者之间最为重要的差别,在于各自在能量储存方式上的差异。而储能对于弥补太阳能发电的间歇性,以及对电网的调峰能力,具有非常重要的意义。

由于光伏发电是由光能直接转换为电能,因此其多余的能量只能采用电池储存,其技术难度和造价远比太阳能光热发电中仅需储热要大得多。因此,易于对多余的能量进行储存,以实现连续稳定的发电和调峰发电,是太阳能热发电相对于光伏发电的一个最为重要和明显的优势。

另外,光热发电规模比较大,而光伏则相对较小,成本略低,适合家庭、居民小区等,包括与建筑相结合,因此,两者应用范围并不完全一样。

 关于太阳能发电还有一点不得不提的就是其受天气因素的影响,虽可以在日照充足的沙漠地带建造发电站,在夜间并不能发电,因而有很大的局限性。所以未来的发展发向是宇宙太阳能发电技术:将太阳能发电卫星发射到空间轨道,然后把产生的电力通过微波传输回地面。据国际宇航科学院发布的报告显示,有望在未来30年内将此项技术实用化。

 风能

风力发电同样是人们最容易想到的一种新能源。我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站陆地上离地10米高度资料进行估算,全国平均风功率密度为100w/m2,风能资源总量约32.26亿kw,可开发利用陆地风能约2.53亿kw;近海可开发利用风能约7.5亿kw,共计约10亿kw,仅次于俄罗斯和美国,居世界第三位。

但是,在风能的实际应用过程中依然有一些技术上的问题,由于风速、风向不够稳定,变化比较频繁,容易产生电能幅值和相位不稳定的现象,如果接入到电网中会对整个系统的稳定性造成威胁,影响电网的正常运转。

海洋能

海洋能发电包括洋上风力发电、潮汐发电、波力发电、海流发电、温差发电、盐差发电等。

其中,洋上风力和潮汐发电已实用化,有不少商用设备运行,不过由于潮汐能的品质较差加之海水腐蚀等问题,投资和发电成本难以在短时间内下降。海洋温差发电是利用表层的温海水和深海冷海水的温度差进行发电的技术。由于温度差越大效果越好,所以在赤道附近的印度、东南亚、澳大利亚南部、墨西哥、巴西、非洲中部等的海域是最适合的地区。盐差发电则是利用海水和淡水之间盐分浓度差异来发电的技术。简单来说,当淡水经过半渗透膜与海水相遇时就会产生渗透压,形成淡水不断流入海水的水流势能,进而推动水轮发电机产生电能。这些技术都还处于示范或研发阶段。

生物质能

生物质能是继煤炭、石油、天然气之后的全球第四大能源。目前可利用的生物质资源主要是传统生物质,包括农作物秸秆、薪柴、动物粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。据统计,我国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年,折合33亿吨标准煤。其中,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,可利用的约4亿吨;全国林木生物每年可获得量9亿吨,可利用的约3亿吨。

生物质能开发技术主要包括燃料乙醇技术、生物柴油技术、生物质发电技术和沼气技术。生物质能技术的未来发展方向是纤维素乙醇技术, 该技术以农林废弃物中所含的纤维素和木质素为原料, 不消耗粮食或糖类。如果纤维素乙醇的生产成本降至可接受水平, 可在很大程度上缓解人类的粮食供应和环境保护压力, 这将是生物质能技术发展史上最具意义的重大突破。

地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。

相比其它能源,它具有以下优点:

1. 稳定性好。世界地热发电平均利用系数高达80-90%,远高于光电、风电等。

2. 带动系数高。具有多种综合利用价值,可以带动包括旅游在内的相关产业发展。

3. 环境友好。如果实行合理回灌,可以基本做到零排放。

4. 成本低。瑞士信贷银行最新评估地热电成本为每千瓦小时3.6美分左右,大大低于太阳能、风能和煤电等。原因在于地热能源开发虽然早期投资高,但无燃料费用,运行费用极低。

地热的开发主要包括直接利用和地热发电两个方面。前者已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面。其中最大的份额是地源热泵技术,占地热直接利用总设备的容量的69.7%。世界地热发电也在顺利增长。

能源互联网

新能源虽然相比传统化石类能源有着诸多优点,但在现有的能源网络中的利用效率始终难以提升。

目前电能的发出和使用是同步的,电网并不具备储电能力,长距离的输电能力有限。而在新能源建设过程中主要关注资源而忽视市场,造成规模过剩,导致发电难以送出,因此弃光、弃风乃至弃核问题严重:发电机组长时间停机,浪费资源。另一方面,许多新能源的发电方式与传统电网并不匹配,无法直接并网消纳。所以开发新一代集能源的生产、收集、储存、输送、消费以及其它与能源系统相关的环节于一体的智能化电网系统势在必行。

美国著名学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中首先提出了能源互联网的愿景。里夫金预言,以新能源技术和信息技术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系,即“能源互联网”(Energy Internet)即将出现。而以能源互联网为核心的第三次工业革命将给人类社会的经济发展模式与生活方式带来深远影响。

从广义来说,可以将能源互联网理解为能源体系内外的所有组成要素透过信息通信技术予以连接的运作模式。能源互联网主要由电力系统、交通系统和天然气网络共同构成。在传统电网中能量只能以电能形式传输和使用,而在能源互联网中能量可在电能、化学能、热能等多种形式间相互转化和储存。能源互联网的发展能够显著提高能源利用效率,促进可再生能源更广泛的应用,有利于缓解甚至解决我国的能源危机,摆脱经济社会发展的困境。

总结

新能源大多存在能量密度低、资源分散、获取困难等不足, 开发成本较高。随着传统化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重,新能源的开发和应用将会成为社会发展过程中最主要的清洁能源。





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