新能源技術(shù)介紹

新能源技術(shù)2018NewEnergyTechnology文案/常龍/匯報/常龍SYNOPSIS提要

“對新能源、新技術(shù)一概排斥，不重視，不愿意投入精力研究，更不愿意以戰(zhàn)略決心和優(yōu)勢資源投入，就會自己打敗自己，自己封殺自己的明天?！薄拔覀儽仨毸茉烊A信新的能力，從原來資源、資本密集型公司，向“知識技術(shù)密集型”企業(yè)升級。形成人人善于學(xué)習(xí)和思考的氛圍，讓善于學(xué)習(xí)成為華信新的企業(yè)文化特征，成為“學(xué)習(xí)型組織”。”CONTENTS目錄可燃冰02燃料電池03核聚變反應(yīng)01地?zé)崮?6超導(dǎo)風(fēng)機05石墨烯04NUCLEARFUSION

REACTION核聚變反應(yīng)質(zhì)能方程的提出揭示了質(zhì)量與能量的關(guān)系，為核能源奠定了理論基礎(chǔ)。1千克物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為能量，大約產(chǎn)生250億度電012016年，我國發(fā)電總量6萬億度，理論上只需要240公斤物質(zhì)就能滿足我國一年的用電需求。02核裂變中大約1‰、核聚變中大約7‰的物質(zhì)變成了能量。03NUCLEARFUSION

REACTION核聚變反應(yīng)原理：輕原子核（例如氘和氚）結(jié)合成較重原子核（例如氦）時放出巨大能量。第一代：氘氚聚變反應(yīng)第二代：氘和氦3聚變反應(yīng)第三代：氦3和氦3聚變反應(yīng)NUCLEARFUSION

REACTION核聚變反應(yīng)核聚變釋放的能量比核裂變更大無高端核廢料，可不對環(huán)境構(gòu)成大的污染燃料供應(yīng)充足，地球上重氫有10萬億噸反應(yīng)要求與技術(shù)要求極高優(yōu)劣勢NUCLEARFUSION

REACTION核聚變反應(yīng)模塊式仿星器目前，人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。在可控制核聚變方面也取得了重大進展。主要的幾種可控核聚變方式有：磁約束核聚變(托卡馬克)、激光約束(慣性約束)核聚變、超聲波核聚變。其中利用磁約束聚變裝置中的模塊式仿星器已經(jīng)接近商業(yè)堆的規(guī)模。我國也有了HT—7、EAST、HL—2A、J—TEXT、SUNIST等聚變裝置。部分核聚變技術(shù)走在了世界前列。NATURALGASHYDRATE可燃冰可燃冰，分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。其資源密度高，全球分布廣泛，具有極高的資源價值?？茖W(xué)家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。NATURALGASHYDRATE可燃冰01高壓形成壓力一般要高于10Mpa02溫度一般要求溫度低于0℃~10℃03資源豐富的天然氣和適量的水可燃冰的三個條件決定了可燃冰分布的地理位置，也導(dǎo)致了開采的困難。如果不能滿足低溫高壓的條件，可燃冰就會分解CH4·8H2OCH4＋8H2O加壓或降溫NATURALGASHYDRATE可燃冰能量高分布廣埋藏淺規(guī)模大1m3可燃冰相當(dāng)于3口之家半年的天然氣使用需求。海洋中可燃冰儲藏的碳含量約為1.2萬億噸，陸地上已探明儲量約有0.5萬億噸，相當(dāng)于所有探明化石能源碳總和的2倍。海底可燃冰分布約4000萬平方公里。我國主要在東海、南海、青藏高原以及東北凍土帶。NATURALGASHYDRATE可燃冰對可燃冰層進行加熱，使可燃冰分解成水和天然氣。但是這種方法尚未解決熱能利用率低下的問題，而且只能進行局部加熱，有待進一步完善。熱激發(fā)開采法利用降低壓力促使可燃冰分解。這種方法成本低，適合大面積開采，但是它對可燃冰礦藏的性質(zhì)有要求，只有在可燃冰藏于溫壓平衡邊界附近時，減壓開采法才經(jīng)濟可行。減壓開采法在儲層注入抑制劑（甲醇、乙二醇、氯化鈣等）以打破水合物平衡，造成部分可燃冰的分解化學(xué)試劑法利用溫度相對較高的海水由高壓泵通過注入井注入水合物儲層，在加熱水合物儲層的同時還是其產(chǎn)生人工裂縫，為分解氣體提供通道，而達到開采的目的，是強化的熱激發(fā)和減壓開采結(jié)合的方法。水力壓裂法01020403NATURALGASHYDRATE可燃冰1999年中國地質(zhì)勘查局科技人員首次在南海西沙海槽發(fā)現(xiàn)了顯示天然氣水合物存在的地震異常信息2005年中國首次發(fā)現(xiàn)世界上規(guī)模最大被稱做為“可燃冰”存在重要證據(jù)的“冷泉”碳酸鹽巖分布區(qū)，面積約430平方公里。2007年中國在南海北部首次采樣成功，證實了在中國南海蘊藏著豐富的“可燃冰”資源，標(biāo)志著中國可燃冰研究進入世界先進行列。2009年在青藏高原發(fā)現(xiàn)了可燃冰，初略的估算，遠景資源量至少有350億噸油氣當(dāng)量。2013年中國海洋地質(zhì)科技人員在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度天然氣水合物樣品，并通過鉆探獲得了可觀的控制儲量。2017年中國首次海域天然氣水合物（可燃冰）試采成功我國可燃冰發(fā)展?fàn)顩r

據(jù)估算，我國可燃冰總資源量約為84萬億立方米，其中東海、南海海域分別約為3.4萬億立方米和65萬億立方米，陸地上青藏高原、東北凍土帶分別為12.5萬億立方米和2.8萬億立方米?？扇急鵑ATURALGASHYDRATE開采技術(shù)層面尚未找到一個適合我國現(xiàn)狀的高效率、低風(fēng)險方法。開采技術(shù)上不成熟資金需求巨大，企業(yè)進入門檻高。企業(yè)前期需要投入大量人力物力和財力，不是一般企業(yè)可以承受的，目前只有幾家國有企業(yè)在進行投資。行業(yè)壁壘一旦可燃冰大量開采，必然釋放大量甲烷氣體，可能造成全球溫室效應(yīng)加劇。同時，海底可燃冰的分解會導(dǎo)致海洋斜坡穩(wěn)定性降低，破壞海洋生態(tài)平衡。環(huán)境影響難以預(yù)料RUELCELL

燃料電池燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，將燃料化學(xué)能經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。其是由正負(fù)極、電解液及催化劑組成。燃料電池具有高效率和排放低等特點。而且對燃料的選擇性非常高，包括純氫氣、甲醇、乙醇、天然氣等都可以作為燃料電池燃料。另外燃料電池的反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑。燃料電池的應(yīng)用RUELCELL

燃料電池燃料電池通過氧與氫結(jié)合成水的簡單化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電AFC堿性燃料電池PEMFC質(zhì)子交換膜燃料電池PAFC磷酸燃料電池MCFC熔融碳酸燃料電池SOFC固態(tài)氧燃料電池RUELCELL

燃料電池燃料電池類型AFCPAFCMCFCSOFCPEMFC比功率（W/kg)35~105100~22030~4015~20300~1000單位面積功率（W/cm2)0.50.10.20.31~2燃料種類H2天然氣、甲醇天然氣H2、COH2氧化物種類O2空氣空氣空氣空氣發(fā)電效率（%）45~6035~6045~6050~6060啟動時間幾分鐘2~4h≧10h≧10h幾分鐘反應(yīng)溫度（℃）50~200180~220600~700750~100025~105應(yīng)用情況太空、軍事分布式發(fā)電大型發(fā)電廠大型發(fā)電廠燃料電池汽車RUELCELL

燃料電池清華大學(xué)科研人員研制出新型鉑/碳電極催化劑長春應(yīng)用化學(xué)研究所研制出納米級高活性電催化劑用作陽極催化劑1北京世紀(jì)富原燃料電池有限公司開發(fā)出橫板涂敷法北京太陽能新技術(shù)公司研制出陶瓷型無機復(fù)合材料厚膜電極2清華大學(xué)研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸PEM3天津電源研究所研制出實用新型雙極板4吉林大學(xué)研制出固體復(fù)合電解質(zhì)5催化劑電極組合件質(zhì)子交換膜雙極板電解質(zhì)我國在燃料電池方面的最新成就豐田氫燃料FV2概念車充電3分鐘可續(xù)航500千米，并且行駛時排放物只有水，實現(xiàn)了二氧化碳污染物零排放。2008年至今，車載燃料電池系統(tǒng)的成本下降50%以上，性能已能滿足整車要求。2014年，現(xiàn)代途勝燃料電池汽車和豐田新款燃料電池汽車Mirai上市；2015年開始，本田、通用、福特、奔馳等都將在3年內(nèi)推出量產(chǎn)車型。奧迪與德國燃料電池Sunfire合作生產(chǎn)車用新型燃料“e-燃油”，它由水、二氧化碳和氫氣制成。和汽油這類化石燃料不同，奧迪的這種合成燃料不會增加任何碳排放，因為原料來自大氣中現(xiàn)成的二氧化碳。上汽集團展示的第四代氫燃料950插電式混合動力轎車加氫3-5分鐘，能行駛400千米，時速可達160千米。燃料電池汽車發(fā)展GRAPHENE石墨烯石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。石墨烯是構(gòu)建多種碳同素異形體的基本單元。通俗的講如果將石墨比作一本書的話，那么單層石墨烯就是其中的一張紙。GRAPHENE石墨烯力學(xué)性質(zhì)已知強度最高的材料之一，具有很好的韌性，比世界是最好的鋼鐵高100倍，比鉆石還堅硬。如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能承受大約兩噸重的物品。光學(xué)特性石墨烯具有非常良好的光學(xué)特性，看上去幾乎是透明的。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優(yōu)異的光學(xué)特性。其他特性非極性溶劑中表現(xiàn)出良好的溶解性；具有超疏水性和超親油性；具有芳烴的性質(zhì)；電子效應(yīng)石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/（V-s），超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦（InSb）的兩倍以上。熱性能具有非常好的熱傳導(dǎo)性能，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料。石墨烯材料的一些應(yīng)用1nm100nm10μm1mm10cm10m1km100km10000km尺寸應(yīng)用單電子晶體管兩極性晶體管大功率太赫激光元器件柔性晶體管超高靈敏度傳感器鋰電池等負(fù)極材料有機太陽能電池用材料接觸面板用透明導(dǎo)電薄膜運動器材超級電容器電極材料顯示器及太陽能電池窗口電極汽車/飛機的構(gòu)造體等輸電線路太空電梯儲氫材料GRAPHENE石墨烯生產(chǎn)方法產(chǎn)品尺寸產(chǎn)品質(zhì)量制造成本是否適合產(chǎn)業(yè)化微機械剝離法中小尺寸分子結(jié)構(gòu)較為完整較低否外延生長法大尺寸薄片不容易與SiC分離較高小規(guī)模生產(chǎn)氧化石墨還原法大尺寸分子結(jié)構(gòu)較容易被破壞較低適合規(guī)模生產(chǎn)氣相沉積法大尺寸結(jié)構(gòu)完整、質(zhì)量較好較高適合規(guī)模生產(chǎn)GRAPHENE石墨烯中國石墨烯薄膜專利分布圖全球石墨烯技術(shù)專利地區(qū)分布圖中國在石墨烯研究處于世界領(lǐng)先位置。根據(jù)中華人民共和國知識產(chǎn)權(quán)局、Wind數(shù)據(jù)庫資料，2015年中國專利申請數(shù)量達7925個，居全球第一。而從專利布局來看，企業(yè)和學(xué)?？傉急冗_80%以上，公司占比低于學(xué)校，但產(chǎn)業(yè)化進程提速有限。石墨烯粉體存在著制應(yīng)用難、原始創(chuàng)新少等問題急需解決。但與粉體相比，薄膜領(lǐng)域的研究進展和取得成果相對比較成熟集中，不像粉體那樣有比較多的企業(yè)擁有技術(shù)和產(chǎn)線。正是由于目前石墨烯薄膜的相關(guān)技術(shù)擁有者較少，所以產(chǎn)能投放規(guī)模也相對較少，目前國內(nèi)已建成的石墨烯薄膜生產(chǎn)線主要有4條。SUPERCONTECTINGWINDTURBINE超導(dǎo)風(fēng)機超導(dǎo)超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)。特點發(fā)電效率高、體積小、重量輕超導(dǎo)風(fēng)機超導(dǎo)風(fēng)機就是在風(fēng)力發(fā)電機中用高溫超導(dǎo)體來代替普通電機的銅線圈作為電機勵磁繞組的電機。SUPERCONTECTINGWINDTURBINE超導(dǎo)風(fēng)機雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機永磁發(fā)電機帶領(lǐng)風(fēng)電行業(yè)成功走向了5MW級別，但兆瓦級雙饋式和直驅(qū)永磁等電機組都又沉又大。因為在目前的技術(shù)條件下8/10MW是一個門檻，如果想更大一點兒，發(fā)電機的尺寸和重量會非常大是不現(xiàn)實的。超導(dǎo)技術(shù)是當(dāng)前唯一可以解決發(fā)電機過大過重的技術(shù)。超導(dǎo)體的零電阻特性不僅解決了散熱問題，而且由于電流密度較傳統(tǒng)電機提高數(shù)倍乃至數(shù)十倍，功率密度將會大幅提升。因此，同樣功率條件下，超導(dǎo)發(fā)電機的重量、體積和材料消耗將遠遠小于傳統(tǒng)發(fā)電機。AMSC研發(fā)的SeaTitan10MW風(fēng)電機組核心部分采用高溫超導(dǎo)發(fā)電機系統(tǒng)，它在全功率時電能損失能降低一半。這項新技術(shù)還具有風(fēng)機功率密度高、部分負(fù)載效率高、噪音小、沒有諧波、易于維護等優(yōu)點。AMSC（美國超導(dǎo)）公司由西班牙Tecnalia能源公司和德國Karisruhe技術(shù)研究所聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的歐洲SUPRAPOWER項目研究目標(biāo)是利用超導(dǎo)體的巨大潛力來發(fā)展風(fēng)能。目前項目的樣機測試等后續(xù)進展還沒有進一步的消息。Technalia&Karisruhe項目遠景設(shè)計的一款大兆瓦智能風(fēng)電機組實施EcoSwing超導(dǎo)風(fēng)機計劃。與傳統(tǒng)的發(fā)電機相比，EcoSwing超導(dǎo)風(fēng)機的優(yōu)勢在于其在輸出相同轉(zhuǎn)矩下，重量可以減輕40%以上，這使整個機艙的重量減輕25%，而且也會成比例地減少其他原材料的用量。中國遠景能源

030102SUPERCONTECTINGWINDTURBINE超導(dǎo)風(fēng)機GEOTHERMALENERGY地?zé)崮艿責(zé)崮苁堑厍騼?nèi)部貯存的熱能,它包括地球深層由地球本身放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能及地球淺層由接收太陽能而產(chǎn)生的熱能。前者以地下熱水和水蒸氣的形式出現(xiàn),溫度較高,主要用于發(fā)電、供暖等生產(chǎn)生活目的,其技術(shù)已基本成熟,歐美國家有很多用于發(fā)電,我國則多用來直接供熱,這種地?zé)崮芷肺惠^高,但受地理環(huán)境及開采技術(shù)與成本的影響因而受限較大;后者由太陽能轉(zhuǎn)換而來,蘊藏在地球表面淺層的土壤中,溫度較低,但開采成本和技術(shù)相對也低,且不受地理環(huán)境的影響,特別適合于建筑物的供暖與制冷,因而受到了暖通空調(diào)及節(jié)能行業(yè)越來越多的關(guān)注。GEOTHERMALENERGY地?zé)崮?/p>

根據(jù)地?zé)崮苜x存埋深和溫度，地?zé)崮芸梢苑譃槿悾簻\層地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源及增強型地?zé)豳Y源（干熱巖地?zé)豳Y源）。淺層地?zé)豳Y源指蘊藏于地表一定深度（一般小于200米）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水的熱能，主要通過熱泵進行利用。水熱型地?zé)豳Y源指蘊藏在地下水中，通過天然通道或人工鉆井進行開采利用的地?zé)崮堋８蔁釒r地?zé)豳Y源指深埋3000米、溫度大于200℃，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的有較大經(jīng)濟開發(fā)價值的熱儲巖體。GEOTHERMALENERGY地?zé)崮軆?yōu)點缺點可再生資金投資大分布廣泛受地域限制蘊藏量豐富熱效率低，有30%的地?zé)崮苡脕硗苿訙u輪發(fā)電機單位成本低（相比化石能源和核能）所流出的熱水含有很高的礦物質(zhì)建造地?zé)釓S時間短且容易空氣污染地?zé)崮艿膬?yōu)缺點GEOTHERMALENERGY地?zé)崮芪覈邷氐責(zé)豳Y源主要分布