太陽(yáng)電池 solar cell 將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。普通太陽(yáng)電池由兩種不同導(dǎo)電類(n型和p型)的半導(dǎo)體構(gòu)成。當(dāng)它們互接觸時(shí)便在交界面即p-n結(jié)附近形內(nèi)建電場(chǎng),太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)電池上時(shí)吸收一定能量的光子;使半導(dǎo)體原子釋放電子,相應(yīng)出現(xiàn)空穴,產(chǎn)生電子-空穴對(duì)(光生載流子),這些電性相反的光生載流子被內(nèi)建電場(chǎng)分離而被太陽(yáng)電池的上下電極收集,便在外電路中形成電流。
風(fēng)能 wind energy 太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式,由于太陽(yáng)輻射造成地球各部分受熱不均勻,引起大氣層中的壓力分布不平衡,在水平氣壓梯度力的作用下,使空氣在水平方向運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),這種空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量稱為風(fēng)能。風(fēng)能屬于一種自然能源,具有總儲(chǔ)量大、可以再生、分布廣泛、不需運(yùn)輸、對(duì)環(huán)境沒有污染、不破壞生態(tài)平衡依次照亮了里昂、日內(nèi)瓦、伯爾尼、慕尼黑和白俄羅斯。
新概念型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) innovative wind energy conversion system 區(qū)別于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是通過(guò)較小的風(fēng)輪掃掠面積來(lái)收集較多的風(fēng)能,以提高有效的風(fēng)功率密度。目前新概念型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)尚處在研究階段,主要有可變幾何型直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)、環(huán)量控制型直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)、擴(kuò)壓型風(fēng)能裝置、擴(kuò)壓-引射型風(fēng)能裝置、旋風(fēng)型風(fēng)能裝置等。
生物質(zhì) biomass 一切直接或間接利用綠色植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì),包括植物、動(dòng)物和微生物及其排泄與代謝物。各種生物之間存在著相互依賴和相互作用的關(guān)系。生物質(zhì)對(duì)人類有著廣泛而重要的用途:(1)作為食物;(2)作為工業(yè)原料;(3)作為生物質(zhì)能;(4)草木、森林能改善環(huán)境,調(diào)節(jié)氣候,保持生態(tài)平衡。它具有可再生性,取之不盡,用之不竭。據(jù)估計(jì)。每年通過(guò)光合作用所形成的生物質(zhì)能,十倍于全世界總的能源用量,其中只有1%~2%被人類所利用。科學(xué)界提出了各種各樣的利用生物質(zhì)能源作為常規(guī)燃料代用品的設(shè)想。
生物質(zhì)能 biomass energy 生物質(zhì)能是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量,是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。煤、石油、天然氣等化石能源也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的,只是古老的積存罷了?,F(xiàn)代生物質(zhì)能主要包括:(1)木材及森林工業(yè)廢棄物;(2)農(nóng)業(yè)廢棄物;(3)水生植物;(4)油料作物;(5)城市及工業(yè)有機(jī)廢棄物;(6)動(dòng)物糞便。
生物質(zhì)氣化技術(shù) biomass gasification technology 生物質(zhì)燃料在高溫及缺氧條件下,熱解產(chǎn)生以一氧化碳為主要成分的可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化過(guò)程。這種熱化學(xué)處理技術(shù),可將固態(tài)生物質(zhì)燃料以熱解反應(yīng)轉(zhuǎn)換成方便清潔的可燃?xì)怏w。其基本原理是將生物質(zhì)原料加熱,在熱量的作用下,使較高分子量的有機(jī)碳?xì)浠衔镦湐嗔眩兂奢^低分子量的烴類、一氧化碳和氫氣等。2003年,中國(guó)已建成秸稈集中氣化系統(tǒng)525處,年產(chǎn)燃料氣1.75億立方米,用戶10.7萬(wàn)戶。
燃料乙醇 fuel ethanol 未加變性劑的、可作為燃料的無(wú)水乙醇,俗稱酒精。其分子式為C2H5OH。是以玉米、小麥、薯類、糖蜜、甜高粱稈汁液等為原料,經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成。其物理特性為:無(wú)色透明,易燃,20℃時(shí)密度在0.7918 ~ 0.7893g/cm3范圍內(nèi)。 在國(guó)外,生物質(zhì)制乙醇技術(shù)已商業(yè)化。目前巴西年產(chǎn)1.2×1010L,美國(guó)4×109L,津巴布韋4×107L,最低成本12美分/L。 中國(guó)已開始利用陳化糧、薯類等制取燃料乙醇。吉林、河南、安徽等地已建成大型燃料乙醇廠。年產(chǎn)能力超過(guò)1Mt。2004年,開始在東北三省、河南、安徽以及湖北、山東、河北和江蘇的部分地區(qū)開展車用乙醇汽油試點(diǎn),使用燃料乙醇1.02Mt。中國(guó)已開發(fā)出甜高粱莖稈制乙醇工藝,并建成中試裝置。
生物柴油 biodiesel fuel 以動(dòng)植物油脂為原料,用甲醇或乙醇在催化劑作用下經(jīng)酯交換制成。動(dòng)植物油脂的主要成分為長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯(甘油三酸酯),與甲醇或乙醇反應(yīng),生成甘油和長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯或乙酯,長(zhǎng)鏈脂肪酸單烷基酯可用作柴油機(jī)燃料。稱為生物柴油。生物柴油可與石油柴油混用,也可單獨(dú)使用。 美國(guó)和德國(guó)已小規(guī)模生產(chǎn)生物柴油,美國(guó)主要用大豆油為原料,德國(guó)用油菜籽油和動(dòng)物脂肪等為原料。兩國(guó)并訂有生物柴油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),除了與石油柴油相同的一些項(xiàng)目指標(biāo)外,還規(guī)定了對(duì)游離甘油和總甘油量的限制。 中國(guó)對(duì)生物柴油也有研究,并開始小規(guī)模試生產(chǎn)。
能源植物 energy plant 是指含碳?xì)浠衔镙^高的植物,目前發(fā)現(xiàn)數(shù)千種這類植物,主要集中在夾竹桃科、大戟科、蘿摩科、菊科、桃金娘科以及豆科等,而且包括許多陸生植物和水生植物,如含油植物、熱帶草類、谷類、甘蔗、木薯、藻類和海草等。光合作用過(guò)程使植物將太陽(yáng)輻射能以碳?xì)浠衔锏男问絻?chǔ)存在植物體內(nèi)。因此,可把植物看成將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)能的轉(zhuǎn)換器。能源植物光合作用效率高,生產(chǎn)發(fā)育決,其能量利用和效率也較高。
地?zé)崮?geothermal energy 地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量。地球內(nèi)部的熱量以傳導(dǎo)等方式向外輸送。據(jù)估計(jì),從地球內(nèi)部每年傳到地球表面的熱量,相當(dāng)于370億噸煤當(dāng)量燃燒時(shí)發(fā)生物、市政建設(shè)和管理中產(chǎn)生的廢棄物的總和。城市垃圾不包括工業(yè)生產(chǎn)所排出的固體廢棄物。它的主要成分是食品廢棄物,紙張、灰碴、金屬、塑料、玻璃等?,F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和城市規(guī)模、人口的發(fā)展以及人的生活習(xí)慣等因素影響著城市垃圾的數(shù)量和成分。城市垃圾的處理方法有焚化法、輻射處理法、填埋法、生活降解法等。合理利用城市垃圾,可以回收部分能源。
海洋能 ocean energy 蘊(yùn)藏在海洋中的可再生能源,包括潮汐能、波浪能、海流及潮流能、海洋溫差能和海洋鹽度差能。除了潮汐能、潮流能來(lái)源于月球和太陽(yáng)的引力外,其他海洋能主要是直接或間接來(lái)源于太陽(yáng)輻射。潮汐能、波浪能、海流及潮流能是力能,海洋溫差能是熱能,海洋鹽度差能是滲透壓能。五種海洋能在全球的理論可再生總量約為788億千瓦,技術(shù)上可能熊量為64億千瓦。由于海洋能的存在形式不同,在技術(shù)上轉(zhuǎn)換的方法也不同。通常將海洋能轉(zhuǎn)換成電能,也可以轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。目前僅有潮汐發(fā)電技術(shù)和小型波力發(fā)電技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段,其他幾種海洋能轉(zhuǎn)換技術(shù)尚在試驗(yàn)研究階段。海洋能具有如下特點(diǎn):(1)能量密度低,單位體積、面積或長(zhǎng)度上所蘊(yùn)藏的量??;(2)有的海洋能不夠穩(wěn)定,隨時(shí)間變動(dòng)性大; (3)所有海洋能都發(fā)生在海洋環(huán)境中。上述特點(diǎn)使海洋能集能及轉(zhuǎn)換裝置體積龐大、技術(shù)復(fù)雜;有的海洋能在實(shí)用中需要配備調(diào)節(jié)和蓄能裝置;海洋能裝置需具備抗海生物附著、防海水腐蝕和抗風(fēng)暴的能力。海洋能發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)性目前一般尚不能與火電、水電電站相競(jìng)爭(zhēng)。但海洋能總蘊(yùn)藏量大、無(wú)污染,開發(fā)時(shí)對(duì)環(huán)境影響小,是一種有開發(fā)潛力的可再生能源。
潮汐能 tidal energy 由岸邊海水水位每日的升降產(chǎn)生的能。潮汐漲落是由月球和在較小程度上還有太陽(yáng)的引力作用于隨地球旋轉(zhuǎn)的海洋而造成的。周期約為12小時(shí)25分,每日兩次。最大的潮水是在月球、太陽(yáng)與地球成一線時(shí),共同的引力作用而造成的。當(dāng)相互成直角時(shí),潮水較低。海洋水位的升降伴隨著海水的橫向運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)受到陸地的阻礙,海岸線的彎曲使潮水幅度和水流發(fā)生許多局部的變化,所以各地潮差不同。如加拿大的芬地灣,最大潮差達(dá)18.5m。據(jù)估計(jì),世界潮汐能的蘊(yùn)藏量約為30億千瓦,中國(guó)的潮汐能理論蘊(yùn)藏量為1億千瓦,其中80%在浙江、福建兩省。
氫能 hydrogen energy 過(guò)去,氫主要用于化工原料。從20世紀(jì)70年代初以來(lái),研究將氫用于發(fā)電、各種機(jī)動(dòng)車和飛行器的燃料、家用燃料等。在作為能源使用時(shí),無(wú)污染物產(chǎn)生,燃燒產(chǎn)物只是水,生產(chǎn)氫的原料也是水。它的熱值高,每克液氫可達(dá)120kJ,是汽油的2.8倍。一般說(shuō),氫是一種清潔的能源。今后技術(shù)經(jīng)濟(jì)過(guò)關(guān),使用氫能可以解決因化石燃料而引起的環(huán)境、生態(tài)等嚴(yán)重問(wèn)題。由于氫能的儲(chǔ)運(yùn)性好,使用也方便,可轉(zhuǎn)化性優(yōu)于其他各類能源,安全性也與汽油相當(dāng)。太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、核能、電能等均可轉(zhuǎn)化成氫加以儲(chǔ)存,運(yùn)輸或直接應(yīng)用,氫是一種理想的載能體。隨著科技進(jìn)步,氫能的開發(fā)利用很有前途。人類將最終過(guò)渡到非化石能源時(shí)代,那時(shí),人類才能真正擺脫能源危機(jī)和環(huán)境污染等難題的困擾。
氫化物電池 hydride battery 用高容量的金屬氫化物儲(chǔ)氫材料作為鎳氫電池的陽(yáng)極,使之連續(xù)供氫,制成可充式的鎳氫電池。此類電池容量大(最高可達(dá)60W?h/kg)。
太陽(yáng)能-氫能系統(tǒng) solar-hydrogen system 人類理想的無(wú)污染能源系統(tǒng)。太陽(yáng)內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng),它穩(wěn)定地每秒向其周圍空間發(fā)射3.826×1026J的輻射能。盡管地球上所獲得的太陽(yáng)輻射能僅有20億分之一,但地球表面一年中仍可得到7.034×1024J的能量,這約相當(dāng)于燃燒200萬(wàn)億噸煙煤所發(fā)生的巨大能量。可見投射到地球上的太陽(yáng)能比全世界人口所需要的能量大得多。 太陽(yáng)能的主要缺點(diǎn)是能量密庫(kù)低,且受天氣和時(shí)間等因索的影響能量不穩(wěn)定。因此給人類利用太陽(yáng)能帶來(lái)了的很大困難。由于太陽(yáng)能使用的對(duì)象及其條件不同,太陽(yáng)能儲(chǔ)存的方式不同,主要有熱能、生物質(zhì)能、機(jī)械能、電能、化學(xué)能等方式:其中,化學(xué)能儲(chǔ)存是利用太陽(yáng)能嚴(yán)生的氫氣而加以利用,是一種很有價(jià)值的方法,即“太陽(yáng)能-氫能系統(tǒng)”。 為了進(jìn)一步開發(fā)太陽(yáng)能-氫能動(dòng)力系統(tǒng),必須開發(fā)先進(jìn)的燃?xì)鋭?dòng)力裝置,以便高效、清潔地利用能源。氫在空氣中燃燒中,其產(chǎn)物中含有會(huì)污染環(huán)境的氮氧化物;而燃料電池以氫為燃燒時(shí),其產(chǎn)物僅僅是水,對(duì)環(huán)境沒有影響,所以發(fā)展氫燃料電池最為理想。 太陽(yáng)能-燃料電池聯(lián)合使用實(shí)際上是太陽(yáng)能-氫能-燃料電池-電能-用戶的能量輸送鏈。其中燃料電池起到關(guān)鍵作用。 德國(guó)巴伐利亞電力公司于1986年西門子公司、BMW、INTEC公司和Linde公司成立了一個(gè)巴伐利亞太陽(yáng)-氫聯(lián)合公司,進(jìn)行為期15年的太陽(yáng)一氫技術(shù)示范工程。太陽(yáng)一氫技術(shù)示范工程選在巴伐利亞州的納恩堡市。示范工程用光電池總功率為276.6kW,兩個(gè)電解水槽分別為100kW和111kW,以獲得氫和氧。工程采用兩種燃料電池,一種是鹼性燃料電池,在航天工業(yè)中廣為應(yīng)用。其效率高于60%,功率為7kW,每小時(shí)燃用氫氣3.5m3。另一種是磷酸鹽燃料電池,電池最大輸出電功率80kW,熱功率60 kW。 德國(guó)氫技術(shù)(H-Tech)公司推出一種太陽(yáng)能一氫技術(shù)教學(xué)用的教具。整個(gè)教具由太陽(yáng)能光電池組、質(zhì)子交換膜電解水池、洗氣瓶、質(zhì)子交換膜燃料電池及電風(fēng)扇組成。當(dāng)陽(yáng)光或電燈光照射到光電池時(shí),產(chǎn)生的電流經(jīng)電解池電解水而分別得到氫氣和氧氣,氣體經(jīng)洗氣瓶進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電,最終驅(qū)動(dòng)電風(fēng)扇運(yùn)行。全系統(tǒng)形象地再現(xiàn)了太陽(yáng)能一氫的轉(zhuǎn)換過(guò)程,其中燃料電池起了電解水制氫氧,又起到將氫氧化合成水和生成電的關(guān)鍵作用。
光明工程 Brightness Program 中國(guó)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)負(fù)責(zé)制訂并實(shí)施的大規(guī)模農(nóng)村可再生能源離網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃。目標(biāo)是利用風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源技術(shù),用10年左右時(shí)間解決3200萬(wàn)戶邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電人口的用電問(wèn)題。第一期5年,建立投資渠道、銷售服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和市場(chǎng)機(jī)制以及產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍和培訓(xùn)體系,推廣178萬(wàn)套戶用系統(tǒng),2000套村落系統(tǒng),200套站用系統(tǒng)。項(xiàng)目總投資約需100億元。先導(dǎo)項(xiàng)目1993年在內(nèi)蒙古、甘肅和西藏啟動(dòng),新疆、青海、云南等地2001年啟動(dòng)。它是世界同類項(xiàng)目占規(guī)模最大的項(xiàng)目之一,得到日本、德國(guó)、荷蘭、美國(guó)等國(guó)的支持。
乘風(fēng)計(jì)劃 Ride Wind Program 中國(guó)國(guó)家計(jì)委及有關(guān)部門部署的大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的一項(xiàng)計(jì)劃。通過(guò)招標(biāo)方式選定國(guó)內(nèi)大型風(fēng)力機(jī)總裝廠家,結(jié)合引進(jìn)技術(shù)消化吸收,促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,以適應(yīng)發(fā)展風(fēng)電場(chǎng)的需要。參與該計(jì)劃的有西安、洛陽(yáng)、北京、上海、杭州、南京等一批機(jī)械研制單位,并有德國(guó)、西班牙等外國(guó)廠商?,F(xiàn)已開始生產(chǎn)250kW、500~600kw風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
日本陽(yáng)光計(jì)劃 Sunshine Project of Japan 日本政府為發(fā)展新能源和可再生能源,而制定的一項(xiàng)國(guó)家能源計(jì)劃。1973年出現(xiàn)的世界石油危機(jī),對(duì)能源主要依靠進(jìn)口的日本影響很大。為了減輕這種沖擊,日本政府于1974年7月公布了“陽(yáng)光計(jì)劃”,旨在擴(kuò)大開發(fā)利用太陽(yáng)能等新能源,尋找可以替代石油的燃料,并緩解化石能源對(duì)環(huán)境的污染。該計(jì)劃包括:開發(fā)太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能、海洋能和生物質(zhì)能等,進(jìn)行煤的氣化、液化和制氫等研究。技術(shù)重點(diǎn)是對(duì)上述能源的采集、輸送、儲(chǔ)存和利用。為執(zhí)行此項(xiàng)計(jì)劃,日本組建了新能源綜合機(jī)構(gòu)和新能源財(cái)團(tuán)。1993年又開始實(shí)施“新陽(yáng)光計(jì)劃”,到2020年研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)將達(dá)15500億日元。其目標(biāo)為到2030年能源減少1/3,二氧化碳排放量降低1/2。 巴西乙醇燃料計(jì)劃 Brazilian Fuel-Alcohol Programme 巴西國(guó)家乙醇計(jì)劃是世界規(guī)模最大的生物燃料計(jì)劃。20世紀(jì)90年代末,全國(guó)有485座甘蔗制乙醇廠,年產(chǎn)車用燃料乙醇137億升,純乙醇汽車年銷售量達(dá)450萬(wàn)輛。2000年,巴西1/4的汽車用純乙醇,其余汽車用摻24%乙醇的混合燃料。巴西發(fā)展甘蔗制乙醇的目的,主要是減少石油進(jìn)口,為農(nóng)村地區(qū)提供就業(yè)機(jī)會(huì)。目前,這一行業(yè)的從業(yè)人員達(dá)135萬(wàn)人。為促進(jìn)甘蔗制乙醇的發(fā)展,政府給予補(bǔ)貼。1999年4月,由于庫(kù)存多,生產(chǎn)成本下降,加油站乙醇價(jià)格比汽油低得多。同年11月取消價(jià)格補(bǔ)貼。用乙醇替代汽油,可以減少CQ2排放,因?yàn)楦收崾强稍偕纳镔|(zhì)能,不會(huì)增加碳的凈排放。此外,生產(chǎn)乙醇獲得的能源與消耗的能源之比超過(guò)9:1,大于其他生物燃料。
多能互補(bǔ) to adopt a balanced energy mix 按照不同資源條件和用能對(duì)象,采取多種能源互相補(bǔ)充,以緩解能源供需矛盾,合理保護(hù)和利用自然資源,同時(shí)獲得較好的環(huán)境效益的一項(xiàng)國(guó)家政策措施。在世界石油危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下,許多國(guó)家都感到單一依賴某種化石能源是不明智的,為確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)盡早使能源多樣化。特別是要加大可再生能源的開發(fā)利用,發(fā)展清潔的新能源。 |