新能源產(chǎn)業(yè)革命猜想

　　據(jù)了解，目前我國(guó)商業(yè)化生產(chǎn)的單晶硅、多晶硅和非晶硅電池的效率分別為11%～14%、10%～12%和4%～6%，要比發(fā)達(dá)國(guó)家低出1～2個(gè)百分點(diǎn)。目前因?yàn)槎嗑Ч韫夥姵乇葐尉Ч桦姵氐牟牧铣杀镜?，成為世界各?guó)競(jìng)相開發(fā)的重點(diǎn)。

　　而國(guó)際上現(xiàn)已開發(fā)出電池效率在15%以上、組建效率10%以上和系統(tǒng)效率8%以上、使用壽命超過15年的薄膜電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)?；衔锾?yáng)電池（如銅銦鎵硒）也以其轉(zhuǎn)換效率高、成本低、弱光性好及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為新一代光伏電池發(fā)展的方向。

　　如果你欣賞了第三屆國(guó)際太陽(yáng)能光伏大會(huì)上的新技術(shù)就不會(huì)驚異于以上的成績(jī)了，在這次亞洲最大的光伏展上可以目睹世界上光伏領(lǐng)域的前沿技術(shù)：美國(guó)一家公司推出的全球第一條也是唯一一條在2.2×2.6米的超大玻璃基板上制造薄膜硅太陽(yáng)能電池組件的生產(chǎn)線的雙結(jié)膜技術(shù)，其面積是目前太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中所使用的最大基板的4倍。

　　而由林洋新能源光伏研發(fā)中心成功研制出長(zhǎng)壽命低衰減晶體硅太陽(yáng)能電池也吸引了眾多人的眼球，這款電池10年內(nèi)衰減僅為5%，正處在中試線試驗(yàn)生產(chǎn)階段，如果能大規(guī)模應(yīng)用，其技術(shù)將創(chuàng)世界之最。

　　另外一個(gè)讓人頗為感興趣的是由臺(tái)灣宇通推出的可捕捉紅光降低成本的“端對(duì)端微晶硅疊層”技術(shù)。這是一種獨(dú)特的工藝，屬于獨(dú)有的微晶硅疊層工藝。也就是要在非晶硅層上增加第二個(gè)微晶硅的吸收層，因?yàn)槟軌蛭展庾V中的紅光和近紅外線的光能，將能大大提高太陽(yáng)光能的利用率，最終使得光電轉(zhuǎn)換效率比單純的非晶硅電池高出50%之多。

　　僅僅這些還不夠，中國(guó)現(xiàn)已研發(fā)出便宜高效染料太陽(yáng)能電池，技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵是一個(gè)新的有機(jī)染料分子，有機(jī)染料比釕化合物更豐富更便宜得到，因此減少了制造電池的成本，這些都是目前能看得見的技術(shù)。不斷出新，人類實(shí)現(xiàn)“太陽(yáng)城”的愿望也越來越近。

光伏電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本核心部件

　　讓太陽(yáng)無處不在

　　你相信電可以在空氣中傳導(dǎo)嗎？這已不僅僅是個(gè)構(gòu)想。一位曾供職美宇航局的科學(xué)家約翰曼金斯利用無線電波，將太陽(yáng)能在夏威夷兩個(gè)島嶼之間傳輸了148公里的距離。他宣稱，實(shí)驗(yàn)成果證明這一技術(shù)可以將太陽(yáng)能從衛(wèi)星傳回地球。

　　也許是由于島上的接收站太小，只有千分之一的能量被接收到。盡管接收站接收的能量極為有限，但曼金斯認(rèn)為地面實(shí)驗(yàn)證明通過大氣層傳輸太陽(yáng)能是可行的，而快速、經(jīng)濟(jì)有效地傳輸太陽(yáng)能也是可能的。

　　至于何時(shí)要把實(shí)驗(yàn)室里電在空氣中傳導(dǎo)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)化可能還是一個(gè)未知數(shù)，但是世界上最大的太陽(yáng)能發(fā)電站卻要在不久的將來問世。據(jù)稱澳大利亞將建世界上最大的太陽(yáng)能發(fā)電站，它的規(guī)模相當(dāng)于目前世界上最大的太陽(yáng)能發(fā)電站的3倍，而屆時(shí)澳大利亞將形成一個(gè)覆蓋全國(guó)的太陽(yáng)能能源網(wǎng)絡(luò)，成為世界上首屈一指的清潔能源國(guó)家。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電要想大規(guī)模應(yīng)用，趙爭(zhēng)鳴認(rèn)為需要解決光伏電池提高光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本這兩大難題。

　　“而且光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換效率要大大高于獨(dú)立系統(tǒng)，成為光伏發(fā)電的最合理的發(fā)展方向?！壁w爭(zhēng)鳴認(rèn)為，未來十年的研究趨勢(shì)是構(gòu)建簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的小規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用十分有利。

　　而在中國(guó)可再生能源常務(wù)理事崔容強(qiáng)的眼里，人類未來理想的太陽(yáng)能供電模式是可以滿足任何地區(qū)能源需求的分布式供電網(wǎng)。

　　為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，各國(guó)都在提升采用新技術(shù)電池的生產(chǎn)能力。日本夏普公司正擬建1GW的硅薄膜電池生產(chǎn)線；美國(guó)Fist Solar擬建1GW碲化鎘電池生產(chǎn)廠。而世界光伏業(yè)著名雜志《光子世界》預(yù)計(jì)2011年全球光伏電池的產(chǎn)量將達(dá)到20.5GW,2010年晶體硅光伏組件的成本可以降到1.0～1.59美元/W。

　　業(yè)內(nèi)的很多專家認(rèn)為在現(xiàn)階段給太陽(yáng)能發(fā)電高價(jià)補(bǔ)貼不如把更多的錢投入到技術(shù)研發(fā)上，爭(zhēng)取技術(shù)上的突破，另外技術(shù)研發(fā)的高價(jià)補(bǔ)貼有利于引導(dǎo)企業(yè)向技術(shù)密集型方向發(fā)展。如果技術(shù)難關(guān)攻克，等成本降下來的那一天，你或許就能看到太陽(yáng)能電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)汽車滿世界跑，哪怕是陰天也一樣能自由行駛。

　　業(yè)界展望

　　想象終歸是美好的，現(xiàn)實(shí)中太陽(yáng)能技術(shù)也取得了不小的成績(jī)，“最近兩年光伏電池進(jìn)步主要集中在高效率、大面積、薄片化、大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，以及薄膜光伏電池的產(chǎn)業(yè)化等方面?！?中國(guó)可再生能源常務(wù)理事崔容強(qiáng)認(rèn)為。

　　技術(shù)盡管在不斷地進(jìn)步，“但是短期之內(nèi)新能源代替不了傳統(tǒng)能源，這需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程?！敝腥A全國(guó)工商業(yè)聯(lián)合會(huì)新能源商會(huì)副秘書長(zhǎng)賈德琴告訴記者。

　　國(guó)際能源組織（IEA）曾對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的未來發(fā)展做出了如下預(yù)測(cè)：2020年世界光伏發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的1%，2040年占總發(fā)電量的20%。作為一種環(huán)境友好并能有效提高生活標(biāo)準(zhǔn)的新型發(fā)電方式，太陽(yáng)能光伏發(fā)電看來是寄予了人們深厚的期望，讓這個(gè)時(shí)代來得盡可能早些吧！

    新能源是媒體關(guān)注的焦點(diǎn)，而核電則是焦點(diǎn)中的焦點(diǎn)，國(guó)家正式確立的2020年4000萬千瓦的核電裝機(jī)容量預(yù)示著這個(gè)產(chǎn)業(yè)巨大的發(fā)展空間。然而，核電揮之不去的神秘色彩，又讓這場(chǎng)巨大的能源變革遠(yuǎn)離了公眾的視線。在不為人關(guān)注的核世界中，諸多的技術(shù)流派你追我趕。或許，這場(chǎng)象牙塔里的風(fēng)暴能夠在20年后帶給人類像原子彈般劃時(shí)代的劇變，徹底終結(jié)人類能源的緊缺問題。

　　終極能源——核聚變

　　地球的生命來自于太陽(yáng)，太陽(yáng)的能量來自于核聚變，這就是可控核聚變被喻為“人類終極能源解決方案”的原因。每克氘聚變時(shí)所釋放的能量為5.8×108kJ，大于每克鈾235裂變時(shí)的8.2×107kJ。另外，核聚變沒有放射性污染，沒有難以處理的廢料，并且海水中的氘非常豐富且容易提煉。但是，從理論上講，克服氘核間的巨大斥力需要數(shù)億度的高溫，以及足夠高的粒子密度和持續(xù)時(shí)間，這就是可控核聚變最關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。

　　由于實(shí)現(xiàn)可控聚變的條件十分可觀。因此，聚變能源的開發(fā)和應(yīng)用，被認(rèn)為是人類科學(xué)技術(shù)史上遇到的最具挑戰(zhàn)性的特大科學(xué)工程。為此，1985年，美蘇首腦在日內(nèi)瓦峰會(huì)上提出建造國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER，International Thermo-nuclear Experiment Reactor），該提議經(jīng)過多年的演進(jìn)，如今成為由中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本、俄羅斯、韓國(guó)和印度七國(guó)組成的國(guó)際組織。與此同時(shí)，各國(guó)也在獨(dú)立研發(fā)核聚變，力爭(zhēng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。

　　ITER計(jì)劃預(yù)計(jì)耗資100億美元，設(shè)計(jì)聚變功率50萬千瓦，等離子體持續(xù)時(shí)間大于500秒。ITER將綜合演示聚變堆的工程可行性、進(jìn)行長(zhǎng)脈沖或穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的高參數(shù)等離子體物理實(shí)驗(yàn)。各國(guó)科學(xué)家寄希望于這座核聚變堆在受控核聚變攻關(guān)中實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，證實(shí)受控核聚變能的開發(fā)在技術(shù)上和工程上的現(xiàn)實(shí)性。如果實(shí)驗(yàn)堆ITER如期建成，則一座電功率為百萬千瓦級(jí)的示范核聚變電站可望在2025年前后建成，并于2050年左右實(shí)現(xiàn)商用化。

　　據(jù)核工業(yè)西南物理研究院的馮開明介紹，在典型的托卡馬克裝置上，聚變?nèi)剂弦芽杀患訜岬?～4億度的高溫，表征聚變反應(yīng)率最重要參數(shù)（聚變?nèi)朔e）已達(dá)到115×1021keV/m3s，人類已經(jīng)看到了實(shí)現(xiàn)聚變能源的曙光。

　　目前，國(guó)內(nèi)的核聚變研究以核工業(yè)西南物理研究院和中科院等離子體所為主，分別進(jìn)行固態(tài)和液態(tài)ITER-TBM的設(shè)計(jì)與前期技術(shù)研發(fā)工作，正在為發(fā)展聚變示范堆DEMO奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。以正在運(yùn)行的中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A (HL2A)和即將建成的EAST兩個(gè)聚變裝置為代表，我國(guó)磁約束核聚變研究已經(jīng)躋身于世界中等規(guī)模實(shí)驗(yàn)裝置的行列，綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)達(dá)到和接近了國(guó)際水平，大大提高了中國(guó)聚變研究在國(guó)際上的地位。

    三代方興四代又起

　　中國(guó)的核電中長(zhǎng)期規(guī)劃雄心勃勃，不僅要實(shí)現(xiàn)龐大的裝機(jī)容量，而且還要率先采用第三代核電技術(shù)中的AP1000技術(shù)。AP1000的引入，給緩慢發(fā)展的中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)帶來了顯著的影響，一方面有關(guān)二代加和三代核電技術(shù)的技術(shù)路線爭(zhēng)議還未停歇，另一方面核電產(chǎn)業(yè)格局也因AP1000與國(guó)核技的出現(xiàn)發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化。

　　實(shí)際上，越過這場(chǎng)爭(zhēng)論與變化，世界核能利用技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國(guó)內(nèi)公眾的認(rèn)識(shí)，三代核電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化剛剛興起，四代核電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化就已經(jīng)提上了國(guó)際業(yè)界的議事日程。

　　1999年11月召開的美國(guó)核學(xué)會(huì)冬季年會(huì)上，美國(guó)能源部d明確提出第四代核能系統(tǒng)的設(shè)想。根據(jù)這個(gè)設(shè)想，世界上第一批商業(yè)應(yīng)用的原型核電廠為第一代，如Shipingport等；60年代至80年代世界上大批建造的核電廠為第二代；80年代開始發(fā)展90年代投入市場(chǎng)的先進(jìn)輕水堆核電廠，如ABWR，System80+，AP600和EPR為第三代。美國(guó)將在2020年或之前，向市場(chǎng)提供經(jīng)過驗(yàn)證的成熟的第四代核電廠，以替代美國(guó)退役的核電容量。

　　據(jù)核電專家李爾康介紹，目前有關(guān)各界對(duì)第四代核電的認(rèn)識(shí)較為一致，主要的關(guān)注和要求如下：

　?。?）基礎(chǔ)電力成本必須具有與其他電力資源相競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

　?。?）新建投資從現(xiàn)在的1500～2000美元/kWh 減至1000美元/kWh，時(shí)間為3～4年。

　?。?）針對(duì)公眾對(duì)核電站和核燃料循環(huán)的安全顧慮，必須繼續(xù)確保足夠的可靠性。

　?。?）必須從最初開始就對(duì)從采礦到反應(yīng)堆運(yùn)行、廢物處理，再到反應(yīng)堆解體等所有過程加以考慮，尤其是在所有廢物的流程中，應(yīng)有徹底解決的方案。

　?。?）利用反應(yīng)堆本身特性，將來自核燃料循環(huán)的回收物質(zhì)用于核武器之路完全堵死。

　　具有國(guó)際權(quán)威的第四代堆國(guó)際論壇（GIF，Generation IV International Forum）在2002年7月巴西Rio de Janeiro的GIF會(huì)議上，確定了6種第四代堆概念，以滿足對(duì)第四代核電的要求。這些堆型包括：

　?。?）超臨界壓力輕水堆（SCWR，Supercritical-Water-Cooled Reactor System）

　?。?）鈉冷卻快堆（SFR，Sodium-Cooled Reactor System）

　?。?）鉛合金冷卻快堆（LFR，Lead-Cooled Fast Reactor System）

　?。?）超高溫氣冷堆（VHTR，Very-High-Temperature Reactor System）

　　（5）氣冷快堆（GFR，Gas-Cooled Fast Reactor System）

　　（6）熔鹽堆（MSR，Molten Salt Reactor System）

　　除了這6種堆型之外，GIF還在這次會(huì)議上確定了5種國(guó)際短期推廣堆（INTD）以滿足短期核電市場(chǎng)的需求。

　　單純從發(fā)電效率的角度來看，第四代核電的冷卻劑出口溫度都超過了700℃，高溫氣冷堆甚至能夠達(dá)到950℃，這將極大地提升核電站常規(guī)島機(jī)組的發(fā)電效率。中國(guó)在第四代核電技術(shù)研發(fā)上，已經(jīng)建立了清華大學(xué)10MW高溫氣冷堆并于2003年1月7日實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，是世界首座投入運(yùn)行的模塊式球床高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。

    安全無止境

　　在中國(guó)，核電仍然是神秘的，在公眾心目中它始終與原子彈、蘑菇云脫不了干系。實(shí)際上，從核電技術(shù)誕生之初，人類就將安全性放在超越一切的首要地位，并通過不斷的改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)更高的安全性。未來的核電系統(tǒng)的安全性，將更加值得信賴。

　　核電的安全性主要涉及反應(yīng)堆熔化、主設(shè)備維護(hù)和乏燃料處理三部分。

　　歷史上曾經(jīng)發(fā)生的切爾諾貝利核電站事故和三里島事故，都是反應(yīng)堆堆芯熔化引發(fā)的。從那以后，無論是二代加還是三代核電技術(shù)，在設(shè)計(jì)之初就考慮了增加安全裕量、更堅(jiān)固的安全殼、“非能動(dòng)系統(tǒng)”等強(qiáng)化的安全系統(tǒng)、先進(jìn)的人機(jī)接口等因素，大幅降低了堆芯熔化的頻率。

　　以高溫氣冷堆為代表的先進(jìn)反應(yīng)堆，能夠?qū)崿F(xiàn)“自動(dòng)冷卻”，即在冷卻劑完全流失、主傳熱系統(tǒng)功能喪失的條件下，仍能保證堆芯燃料的最高溫度低于1600℃的設(shè)計(jì)限值，從而基本上排除堆芯熔化的可能性。其他先進(jìn)核電技術(shù)，也基本上采用了“質(zhì)變替代量變”的設(shè)計(jì)思路。

　　利用核能發(fā)電的歷史已經(jīng)超過40年，早期核電站由于設(shè)計(jì)和材料工藝等的局限，部分設(shè)備和材料需要及時(shí)維護(hù)，即使蒸發(fā)器這樣數(shù)百噸的大家伙也不例外。這種維護(hù)需要經(jīng)驗(yàn)豐富的無損檢測(cè)人員，以及相應(yīng)的專業(yè)化設(shè)備。在這方面，國(guó)內(nèi)無損檢測(cè)人員數(shù)量不足，隊(duì)伍不穩(wěn)定，且缺乏相當(dāng)?shù)摹皩?shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)”。隨著核電站數(shù)量的增長(zhǎng)，這方面的工作遲早要成為中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)之一。

　　乏燃料是燃燒過的核燃料，其中含有裂變產(chǎn)生的放射性同位素，其中有很多元素的半衰期長(zhǎng)達(dá)十萬年至百萬年，按照常規(guī)的處理方式，除了密封深埋沒有別的辦法?，F(xiàn)在，已經(jīng)有能夠增殖核燃料的快中子反應(yīng)堆和加速器反應(yīng)堆等技術(shù)路線，有效緩解了乏燃料的處理問題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，通過分離-嬗變將核廢物轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠派湫晕镔|(zhì)則是核廢物最終處置的根本途徑。

　　目前，全球核能伙伴計(jì)劃（GNEP）在處理乏燃料，遏止核擴(kuò)散方面已經(jīng)有成形的國(guó)際框架，更多地從政治角度幫助解決核能利用的安全問題。

　　全世界的核電

　　核電技術(shù)的進(jìn)步有一個(gè)鮮明的特點(diǎn)，就是國(guó)際合作。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IEAE）、全球核能伙伴計(jì)劃（GNEP）、第四代堆國(guó)際論壇（GIF）等國(guó)際組織的興起，表明核電技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與傳統(tǒng)高科技有本質(zhì)的不同，其核心宗旨之一就是國(guó)際合作，從全人類的高度關(guān)注和解決發(fā)展中的問題。

　　以安全為例，關(guān)起門來搞核電的觀念在國(guó)際核電界是不受歡迎的，因?yàn)楹税踩玛P(guān)人類整體的利益，任何國(guó)家和民族都沒有能力單獨(dú)承擔(dān)核安全的責(zé)任，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)對(duì)世界各國(guó)核機(jī)構(gòu)的監(jiān)管正體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

　　現(xiàn)階段，核電仍然是象牙塔里的風(fēng)暴，公眾的影響力仍然有限。20年后的未來，世界各國(guó)公眾對(duì)核電更廣泛的參與，必將促使這一產(chǎn)業(yè)健康地發(fā)展。

運(yùn)用波浪能的紅色海蛇

　　越來越多的企業(yè)關(guān)注海工裝備，這也預(yù)示著人類終于把眼光放在了占地球面積70%的海洋上，并且開始行動(dòng)了。海洋工程在人們的腦海里第一印象可能是，深海石油，海底電纜，跨海橋梁等等，其實(shí)海洋是一個(gè)巨大的能源寶庫(kù)，除了可燃冰、深海石油等化石能源或者氘氚類的核能，海水本身所蘊(yùn)含的能量也是非?？捎^的。

　　試想一下，如果把海水每天吸收的熱量，每次運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能都收集起來，那會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生怎樣的影響？根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織1981年出版物的估計(jì)數(shù)字，海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2010年，電力裝機(jī)容量最大的中國(guó)的裝機(jī)容量還不足10億千瓦。所以，海洋依然蘊(yùn)藏著巨大的能量，等待人類的開發(fā)。

　　鹽差能

　　海水中鹽的平均含量是3.5%左右，但在不同的海域這個(gè)數(shù)值是不同的，因此有人想到了利用海水含鹽量不同所產(chǎn)生的能量——鹽差能。

　　鹽差能是一種利用兩種海水之間含鹽濃度不同的化學(xué)電位差的能量，在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差，一般海水含鹽度為3.5%時(shí)，其與河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240米水位落差的能量密度。如果將這個(gè)壓力差利用起來發(fā)電的話，從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發(fā)0.65千瓦時(shí)的電。有科學(xué)家估算，全球海洋鹽差能的輸出功率可達(dá)到35億千瓦。而且，大部分海水在循環(huán)中會(huì)得到不斷的更新和補(bǔ)充。在鹽度高的海域，如死海，蘊(yùn)藏的鹽差能更大。

　　鹽差能雖然無窮無盡，但捕捉實(shí)施起來非常困難。一種利用方法是，在海水與淡水之間設(shè)一層只能通過水而不能通過鹽分的半透膜，利用半透膜兩邊的滲透壓帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電。另外一種鹽差能利用方式為蒸氣壓式鹽差能發(fā)電系統(tǒng)。在同樣的溫度下，淡水比海水蒸氣發(fā)得快。因此，海水一邊的蒸氣壓力要比淡水一邊低得多，于是，在空室內(nèi)，水蒸氣會(huì)很快從淡水上方流向海水上方。只要裝上發(fā)電機(jī)，就可以利用鹽差能進(jìn)行工作。

　　雖然從1977年起就有科學(xué)機(jī)構(gòu)開始研究，ABB、阿爾斯通也曾經(jīng)投資過，但是一直沒有太大進(jìn)展，原因就是成本太高，行進(jìn)困難。

　　溫差能

　　海洋是個(gè)巨大的容器，得到太陽(yáng)照射的海水表面溫度可到30攝氏度，與海底深處閉不見光的海水溫差可達(dá)到20多攝氏度。早在1881年，就有科學(xué)家提出利用海水上下層溫差的理論。1930年和1935年Georges Claude在古巴和巴西建了兩個(gè)溫差能電廠，但都被臺(tái)風(fēng)和暴雨摧毀。之后，1974年成立的美國(guó)夏威夷自然能源實(shí)驗(yàn)室是目前全球溫差能的前沿領(lǐng)袖。

　　溫差能能通過海洋熱能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生能量，是利用熱泵的原理來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換的。溫差能實(shí)施通過低壓容器使海水蒸發(fā)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，或者利用海水使低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。前者在開放系統(tǒng)中完成：水從海洋中來，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換過程再流回海洋。后者在封閉系統(tǒng)中完成，工質(zhì)循環(huán)使用，不流入大?！，F(xiàn)在還有機(jī)構(gòu)研究混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，海水先通過低壓容器蒸發(fā)，再轉(zhuǎn)換到裝有低沸點(diǎn)液體的容器內(nèi)使其蒸發(fā)，最終驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。

　　1999年，美國(guó)夏威夷自然能源實(shí)驗(yàn)室研制的250千瓦的溫差能封閉式循環(huán)電廠通過測(cè)試，并投入使用。1993年5月，在夏威夷的Keahole Point，一個(gè)50千瓦的開放式溫差能電廠通過實(shí)驗(yàn)。

　　洋流能

　　潮漲潮落，海水在不斷運(yùn)動(dòng)，川流不息中產(chǎn)生了巨大能量，這就是洋流能。洋流能的能量是因水體溫度差以及地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。當(dāng)潮汐在經(jīng)過島嶼或者是狹長(zhǎng)水道的時(shí)候也會(huì)形成流速較高的洋流，這類洋流又稱為潮汐流。洋流能與潮汐流能產(chǎn)生原因不同，周期不同，但是利用方式基本相同。

　　洋流能與潮汐流能在現(xiàn)階段是經(jīng)常被提起的。ICB Energy Service公司技術(shù)總監(jiān)說：“潮汐流能或者叫洋流能，應(yīng)該能夠解決中國(guó)現(xiàn)在沿海一些地區(qū)的能源緊張情況，因?yàn)橹袊?guó)的沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，并且他們擁有別的地區(qū)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)——就在海邊。”相關(guān)人士表示，潮汐流能可以受益于現(xiàn)在的風(fēng)能產(chǎn)業(yè)，因?yàn)閺哪撤N意義上講，潮汐流能設(shè)備就是風(fēng)電站的海洋版。

　　其中Sea Generation公司的Seagen設(shè)備最為成熟，已經(jīng)在英國(guó)的海邊建立了他們的第一臺(tái)MW級(jí)設(shè)備。這里要提到的是，可能由于英國(guó)島國(guó)的性質(zhì)，英國(guó)歷來都對(duì)海洋情有獨(dú)鐘，所以世界上較為成熟的技術(shù)現(xiàn)在基本都掌握在英國(guó)人的手中。或許在未來海洋強(qiáng)國(guó)又要回來了。

　　挪威在上個(gè)世紀(jì)末就已經(jīng)建立了世界上第一個(gè)并網(wǎng)的潮汐流能發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備就是在一個(gè)金屬四面體的頂端加載了一類似風(fēng)電透平的裝置來捕獲能量，但是這個(gè)設(shè)備的主要問題在于維修時(shí)比較困難。

　　潮汐流類產(chǎn)品基本可以分為樁式以及錨式兩種，從各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)看來，現(xiàn)在的主要問題集中在如何把發(fā)電設(shè)備固定在海洋里。例如，TIDL是一種小型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它通過類似于錨的系統(tǒng)固定在海床上，發(fā)電端類似于氣球一樣漂浮在海水里，這樣設(shè)計(jì)的好處是，該設(shè)備可以應(yīng)用在較深的海水里，同時(shí)維修的時(shí)候較為方便。同樣理念也應(yīng)用在ICB Energy Serivce公司的產(chǎn)品里，Seapower也是一種采用懸浮理念的產(chǎn)品，吸收了中國(guó)風(fēng)箏的原理的一種應(yīng)用，這樣該產(chǎn)品就可以較為簡(jiǎn)單地應(yīng)用現(xiàn)在的海洋固定系統(tǒng)的設(shè)備。

　　波浪能

　　海洋動(dòng)能的另一種表現(xiàn)形式是波浪，波浪能是水體表面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量。人類對(duì)波浪的關(guān)注已經(jīng)有2個(gè)世紀(jì)了，到1960年代日本利用波浪發(fā)電引起了廣泛注意，之后挪威和英國(guó)都開始研究波浪能發(fā)電。

　　波浪能發(fā)電需要將波浪的動(dòng)能捕捉，然后再轉(zhuǎn)換成電能。利用波浪能的設(shè)備有很多種設(shè)計(jì)理念，但是都要通過一種中間工質(zhì)將低密度的波浪能轉(zhuǎn)化為可以被渦輪轉(zhuǎn)化的能量。其中一種叫“海蛇”的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較有特點(diǎn)。

　　顧名思義，“海蛇”是由象蛇一樣連接的數(shù)個(gè)漂浮物連接在一起，浮體在波浪的作用下相互之間會(huì)有彎折的動(dòng)作，那么隱藏在兩個(gè)浮體之間的連接機(jī)構(gòu)通過這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓油，高壓的液壓油再驅(qū)動(dòng)發(fā)電設(shè)備來發(fā)電。還有一種岸基的波浪能發(fā)電裝置，就是利用波浪的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)來壓縮或者稀釋空氣，再由空氣壓力差的變化，推動(dòng)活塞或者是透平來發(fā)電的模式。

　　總體而言，無論哪種海洋能利用方法都還在襁褓之中，距離商業(yè)化利用還有很遠(yuǎn)的距離。100多年前就有科學(xué)家對(duì)溫差能和鹽差能躍躍欲試，可成果微乎其微。也有環(huán)保人士提出，溫差能、鹽差能這類海洋化學(xué)能的大范圍推廣會(huì)對(duì)海洋大環(huán)境產(chǎn)生影響，不宜過度開發(fā)。相對(duì)而言，海洋動(dòng)能現(xiàn)在更加受到重視，進(jìn)展很快。因?yàn)閷?duì)于洋流能以及潮汐能的利用與風(fēng)電的原理類似，相當(dāng)于“海洋版”的風(fēng)機(jī)。

生物質(zhì)能：未來石油農(nóng)場(chǎng)

　　在國(guó)內(nèi)，相比其他被炒作得炙手可熱的新能源，生物質(zhì)能應(yīng)用仍舊不溫不火?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能應(yīng)用的主要目的是縮小城鄉(xiāng)差距，應(yīng)用方式仍以傳統(tǒng)的沼氣和秸稈燃燒為主。在時(shí)髦的生物燃料方面，研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展都難與美國(guó)、巴西等相比。

　　盡管如此，生物質(zhì)能應(yīng)用仍然充滿了活力，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)或許能夠給這一領(lǐng)域的開拓者們帶來光明的未來。

　　能源農(nóng)場(chǎng)

　　石油是遠(yuǎn)古時(shí)期生物遺骸經(jīng)過數(shù)百萬年形成的，如果這一時(shí)間縮短到幾年甚至更短，那將對(duì)現(xiàn)有能源體系產(chǎn)生難以估量的影響。有幸的是，科學(xué)家正在不斷取得令人驚喜的成就?；蛟S在未來，人們就能夠像種莊稼一樣，在自家的農(nóng)場(chǎng)里種出替代石油燃料。

　　巴西熱帶雨林有一種叫做“香膠樹”的植物，只要在樹上挖個(gè)洞，油就會(huì)流出來，每日出油量高達(dá)25千克。美國(guó)的“黃鼠草”及西海岸的巨型藻、澳大利亞的叢粒藻等也都能提煉出石油，且產(chǎn)量不低。中國(guó)同樣不乏石油植物，如海南的油楠樹，每日能產(chǎn)“柴油”10～15千克。

　　在學(xué)術(shù)界，把這些植物統(tǒng)稱石油植物。嚴(yán)格地說，它們產(chǎn)生的并非真正的石油，而是替代燃料。利用生物技術(shù)的進(jìn)步，人類不斷提升著石油植物產(chǎn)油的效率。以美國(guó)為例，可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（NREL）制成的一種“工程小環(huán)藻”，在實(shí)驗(yàn)室條件下脂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)60%以上，每英畝可年產(chǎn)約6400～16000升柴油。在國(guó)內(nèi)，中科院上海植物生理生態(tài)所、廣州能源所、華南植物園等也在積極研發(fā)耐鹽抗旱的石油植物。

　　垃圾終結(jié)者

　　巨大的、散發(fā)著臭味的垃圾填埋場(chǎng)，是現(xiàn)代人類文明的標(biāo)志之一。在中國(guó)，城市垃圾年產(chǎn)量超過1億噸，且以每年8%的速度增長(zhǎng)。全國(guó)660座城市當(dāng)中，1/3被垃圾包圍。在首都北京，每年都會(huì)再造一座占地36公頃、高40米的垃圾山。

　　生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，為解決這一難題提供了有效的解決方案。垃圾發(fā)電已經(jīng)有60年的歷史，主要通過垃圾分類處理和專門的焚燒凈化設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)垃圾的充分燃燒和高度的環(huán)保性。

　　由于垃圾燃料具有一定腐蝕性、水分大、熱值不穩(wěn)定的特點(diǎn)，使得垃圾鍋爐及其燃燒設(shè)備在設(shè)計(jì)上有一定特殊性。目前，垃圾鍋爐已經(jīng)應(yīng)用到了流化床、旋轉(zhuǎn)燃燒等先進(jìn)的燃燒技術(shù)。其中，流化床技術(shù)以其對(duì)燃料的高度適應(yīng)性，以及能完全燃燒各類城市垃圾或有機(jī)的工業(yè)垃圾的優(yōu)點(diǎn)備受青睞。

　　在廢氣處理方面，更先進(jìn)的燃燒設(shè)備、硫化物、氮化物和堿性吸附劑等的應(yīng)用，都大大抑制了以二惡英為主的垃圾焚燒廢氣。在英國(guó)，1999年垃圾發(fā)電排放的二惡英已經(jīng)減少到總排放量的1%以下，遠(yuǎn)低于農(nóng)作物秸稈露天焚燒和家庭生活用火等燃燒過程。

　　截至2007年底，全國(guó)垃圾發(fā)電廠總數(shù)已達(dá)75座。盡管投資動(dòng)輒上千萬甚至數(shù)億元，隨著城市垃圾的快速增加，垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)仍然可能加速發(fā)展。

　　進(jìn)化依然漫長(zhǎng)

　　生物質(zhì)能源盡管具備種種優(yōu)勢(shì)，但受制于自然稟賦、儲(chǔ)運(yùn)手段和成本的限制，不可能像火電和水電那樣實(shí)現(xiàn)集中、穩(wěn)定的大規(guī)模應(yīng)用。另外，受石油價(jià)格波動(dòng)以及其他新能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的影響，生物質(zhì)能在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中仍然可能長(zhǎng)期保持邊緣地位。

空氣壓縮動(dòng)力車

　　電力生產(chǎn)過程通常分為采、發(fā)、輸、配、用五大環(huán)節(jié)。但近年來隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的實(shí)施，“儲(chǔ)能”這一不為人們熟悉的名詞出現(xiàn)的頻率越來越高。可以預(yù)期，儲(chǔ)能將會(huì)成為電力生產(chǎn)的第六環(huán)節(jié)。

　　儲(chǔ)能技術(shù)還有利于新能源更高效地應(yīng)用。目前，新型潔凈能源主要包括風(fēng)電、光伏發(fā)電、潮汐等。但這些能源也有著天生的缺憾，它們均具有間歇特性和不可控性，易受氣候和天氣影響，發(fā)電功率難以保證平穩(wěn)，而我們知道電力系統(tǒng)要求是供需一致，電能消耗和發(fā)電量相等，一旦這平衡遭到破壞，輕則電能質(zhì)量惡化，造成頻率和電壓不穩(wěn)，重則引發(fā)停電事故，因而直接并網(wǎng)可能會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來影響。在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電或者太陽(yáng)能熱發(fā)電等新能源發(fā)電設(shè)備中都配備有儲(chǔ)能裝置，在電力充沛時(shí)，多余電力可以儲(chǔ)存起來、在晚上、弱風(fēng)或者超大風(fēng)發(fā)電機(jī)組停運(yùn)或者停運(yùn)機(jī)組過多，發(fā)電量不足的時(shí)候釋放出來以滿足負(fù)荷需求，就有助于順利解決類似問題。

　　超級(jí)電容器儲(chǔ)能

　　超級(jí)電容器（super capacitor）又稱超大容量電容器、金電容、黃金電容、儲(chǔ)能電容，是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件。它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn)，又具有電化學(xué)電池的儲(chǔ)能機(jī)理。

　　超級(jí)電容器是建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。超級(jí)電容器與常規(guī)電容器相比，具有更高的介電常數(shù)，技術(shù)難點(diǎn)在于耐壓能力仍然不夠高，雖然說比起常規(guī)電容器，超級(jí)電容器的耐壓水平要高很多，但是仍然不夠高，目前即使是陶瓷超級(jí)電容器的耐壓水平最高也只能承受1千瓦左右。如果能解決耐壓能力這一技術(shù)難點(diǎn)，超級(jí)電容器的容量將大大提高。

　　之所以在名字里加上super（超級(jí)），就是因?yàn)檫@種電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統(tǒng)的電容器和二次電池相比，超級(jí)電容器儲(chǔ)存電荷的能力強(qiáng)，并具有充放電速度快、效率高、對(duì)環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全性高等特點(diǎn)。

　　這些特點(diǎn)讓超級(jí)電容器與氫動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的發(fā)展密切相關(guān)，與燃料電池、鋰離子電池等能量供給器件相結(jié)合，能夠滿足車輛啟動(dòng)、爬坡等條件下的瞬時(shí)高功率需求，又可延長(zhǎng)電池的循環(huán)使用壽命，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。超級(jí)電容器能起到功率調(diào)節(jié)作用，而且還可作為太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)，白天儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能，夜間提供照明等所需的能量。

　　超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能

　　“飛輪”這一儲(chǔ)能元件，已被人們利用了數(shù)千年，從古老的紡車，到工業(yè)革命時(shí)的蒸汽機(jī)，以往主要是利用它的慣性來均衡轉(zhuǎn)速和闖過“死點(diǎn)”，由于它們的工作周期都很短，每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間不足一秒鐘，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，飛輪的能耗是可以忽略的。現(xiàn)在想利用飛輪來均衡周期長(zhǎng)達(dá)12～24小時(shí)的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了，能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力。再一個(gè)問題是常規(guī)的飛輪是由鋼（或鑄鐵）制成的，儲(chǔ)能有限。例如，欲使一個(gè)發(fā)電力為100萬千瓦的電廠均衡發(fā)電，儲(chǔ)能輪需用鋼材150萬噸！另外要完成電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，還需要一套復(fù)雜的電力電子裝置，因而飛輪儲(chǔ)能方法一直未能得到廣泛的應(yīng)用。

　　為進(jìn)一步減少軸承損耗，人們?cè)鴫?mèng)想去掉軸承，用磁鐵將轉(zhuǎn)子懸浮起來，但試驗(yàn)結(jié)果是一次次失敗。后來被一位英國(guó)學(xué)者從理論上闡明物體不可能被永磁全懸?。‥arnshaw定理），頗使試驗(yàn)者心灰意冷。出乎意料的是物體全懸浮之夢(mèng)卻在超導(dǎo)技術(shù)中得以實(shí)現(xiàn)，真像是大自然對(duì)探索者的慰藉。

　　超導(dǎo)磁懸浮原理是這樣的：當(dāng)我們將一塊永磁體的一個(gè)極對(duì)準(zhǔn)超導(dǎo)體，并接近超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體上便產(chǎn)生了感應(yīng)電流。該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)剛好與永磁的磁場(chǎng)相反，于是二者便產(chǎn)生了斥力。由于超導(dǎo)體的電阻為零，感生電流強(qiáng)度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導(dǎo)體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對(duì)上下左右的干擾都產(chǎn)生抗力，干擾力消除后仍能回到原來位置，從而形成穩(wěn)定的磁懸浮。若將下面的超導(dǎo)體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產(chǎn)生斥力，故永磁懸浮是不穩(wěn)定的。

　　利用超導(dǎo)這一特性，我們可以把具有一定質(zhì)量的飛輪放在永磁體上邊，飛輪兼作電機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)給電機(jī)充電時(shí)，飛輪增速儲(chǔ)能，變電能為機(jī)械能；飛輪降速時(shí)放能，變機(jī)械能為電能。

　　氫儲(chǔ)能

　　氫儲(chǔ)能在電力供過于求的時(shí)候采用電解水的方式獲得氫，然后低溫液態(tài)存儲(chǔ)起來，在需要的時(shí)候通過燃燒產(chǎn)生能量，氫也是燃料電池的主要燃料之一。目前氫能的生產(chǎn)成本是汽油的4～6倍，其運(yùn)輸、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化過程的成本也都較化石能源高。有人提出利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能發(fā)電電解水，真正實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)生新能源，并達(dá)到儲(chǔ)存能量效果，真正實(shí)現(xiàn)“清潔能源的可持續(xù)利用”。

　　這種儲(chǔ)能系統(tǒng)需與燃料電池聯(lián)合應(yīng)用。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)負(fù)荷減小或發(fā)電容量增加時(shí)，將多余的電能用來電解水，使氫和氧分離，作為燃料電池的燃料送入燃料電池中存儲(chǔ)起來；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)或發(fā)電容量不足時(shí)，使存儲(chǔ)在燃料電池中的氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，繼續(xù)向負(fù)荷供電，從而保證供電的連續(xù)性。

　　雖然作為一種能量載體，氫運(yùn)送最終能源的效率只相當(dāng)于電力的一半。報(bào)告的有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，利用氫傳送能量，能源量損耗率達(dá)到54.55%，只有45.55%原始能量被保留下來；而利用電力運(yùn)送能量，能量損耗率僅為8%，會(huì)保留92%的原始能量。而且氫儲(chǔ)備能量后再釋放能量的效率，即儲(chǔ)能回報(bào)率也不及其他能源載體。氫儲(chǔ)能回報(bào)率為47%，而先進(jìn)的電池儲(chǔ)能回報(bào)率為75～85%。但是它無法否認(rèn)氫能源仍是“來源廣泛的”、“清潔的”新能源。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能

　　壓縮空氣儲(chǔ)能的功能類似于一個(gè)大容量的蓄電池。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮進(jìn)一個(gè)特定的地下空間存儲(chǔ)。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪機(jī)，釋放地下的壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電。雖然燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行仍然需要天然氣或其他石化燃料來作為動(dòng)力，但是這種技術(shù)卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發(fā)電方法，將比正常的發(fā)電技術(shù)節(jié)省一半的能源燃料。

　　盡管這種“壓縮氣體能源儲(chǔ)備”的概念已經(jīng)提出了30多年，但目前全世界僅有兩家壓縮空氣發(fā)電廠。美國(guó)阿拉巴馬州的壓縮空氣發(fā)電廠創(chuàng)建于18年前，而德國(guó)的壓縮空氣發(fā)電廠則已有30年歷史。目前，兩家壓縮空氣發(fā)電廠都運(yùn)營(yíng)正常。

　　壓縮空氣發(fā)電廠建設(shè)的首要任務(wù)之一，就是找到一個(gè)支持空氣壓縮存儲(chǔ)的地質(zhì)空間。但是大規(guī)模地儲(chǔ)藏壓縮空氣需要占用大面積土地。研究者們使用特殊材料制成一個(gè)50米寬，80米高的巨型風(fēng)袋，將其置于600米以下的深水中，根據(jù)計(jì)算，這樣一個(gè)容積的袋子中，每立方米容積內(nèi)可以儲(chǔ)存25兆焦耳的能量。在CAES的儲(chǔ)存中，水下是關(guān)鍵，只有深水巨大的壓力才能使能源的儲(chǔ)量增大。盡管在準(zhǔn)備相關(guān)設(shè)施的時(shí)候產(chǎn)生很多費(fèi)用，但是科學(xué)家還是認(rèn)為這種形式的儲(chǔ)存模式比制造電池便宜得多。另外，在使這些壓縮空氣產(chǎn)生動(dòng)力時(shí)，普通大小的風(fēng)機(jī)難以滿足其要求，所以更大更牢固的葉片需要被應(yīng)用在這種技術(shù)中。

　　現(xiàn)在，一般的渦輪機(jī)使用于40米深的水下，如何才能制造出可以在600米以下的深水處運(yùn)行的渦輪呢？科學(xué)家指出，在法國(guó)、葡萄牙等地的大陸架上可以安裝渦輪，這些大陸架進(jìn)入海洋深處，完全可以在那里形成能源轉(zhuǎn)換。海水中的儲(chǔ)風(fēng)袋讓風(fēng)能成為當(dāng)今更加時(shí)尚和引人注目的能源。

（轉(zhuǎn)載）