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新能源應用
簡介

能源可分為“過程性能源”和“含能體能源”。當今電能就是應用最廣的“過程性能源”;柴油、汽油則是應用最廣的“含能體能源”。

由于目前“過程性能源”尚不能大量地直接貯存,因此汽車、輪船、飛機等機動性強的現代交通運輸工具就無法直接使用從發電廠輸出來的電能,只能采用像柴油、汽油這一類“含能體能源”??梢?,過程性能源和含能體能源是不能互相替代的,各有自己的應用范圍。

隨著,人們將目光也投向尋求新的“含能體能源”,作為二次能源的電能,可從各種一次能源中生產出來,例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能、水力、潮汐能、地熱能、核燃料等均可直接生產電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然,生產它們幾乎完全依靠化石燃料。

隨著化石燃料耗量的日益增加,其儲量日益減少,終有一天這些資源將要枯竭,這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。

新能源又稱非常規能源。是指傳統能源之外的各種能源形式。指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源,如太陽能、氫能,地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等由于它具有清潔、無污染、可再生的特點,符合可持續發展和綠色發展的要求而受到世界各國的重視,已成為全球能源領域投資的熱點。

下面讓我們來重點了解一下氫能、海洋能和生物質能。

氫能是通過氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫能是氫的化學能,氫在地球上主要以化合態的形式出現,是宇宙中分布最廣泛的物質,它構成了宇宙質量的75%,二次能源。工業上生產氫的方式很多,常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化制氫等。

氫具有高揮發性、高能量,是能源載體和燃料,同時氫在工業生產中也有廣泛應用?,F在工業每年用氫量為5500億立方米,氫氣與其它物質一起用來制造氨水和化肥,同時也應用到汽油精煉工藝、玻璃磨光、黃金焊接、氣象氣球探測及食品工業中。液態氫可以作為火箭燃料,因為氫的液化溫度在-253℃。

作為能源,氫有以下特點:

  • (1)、所有元素中,氫重量最輕。在標準狀態下,它的密度為0.0899g/l;在-252.7°C時,可成為液體,若將壓力增大到數百個大氣壓,液氫就可變為固體氫。
  • (2)、所有氣體中,氫氣的導熱性最好,比大多數氣體的導熱系數高出10倍,因此在能源工業中氫是極好的傳熱載體。
  • (3)、氫是自然界存在最普遍的元素,據估計它構成了宇宙質量的75%,除空氣中含有氫氣外,它主要以化合物的形態貯存于水中,而水是地球上最廣泛的物質。據推算,如把海水中的氫全部提取出來,它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。
  • (4)、除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,為142,351kJ/kg,是汽油發熱值的3倍。
  • (5)、氫燃燒性能好,點燃快,與空氣混合時有廣泛的可燃范圍,而且燃點高,燃燒速度快。
  • (6)、氫本身無毒,與其他燃料相比氫燃燒時最清潔,除生成水和少量氨氣外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質,少量的氨氣經過適當處理也不會污染環境巨,而且燃燒生成的水還可繼續制氫,反復循環使用。
  • (7)、氫能利用形式多,既可以通過燃燒產生熱能,在熱力發動機中產生機械功,又可以作為能源材料用于燃料電池,或轉換成固態氫用作結構材料。用氫代替煤和石油,不需對現有的技術裝備作重大的改造現在的內燃機稍加改裝即可使用。
  • (8)、氫可以以氣態、液態或固態的氫化物出現,能適應貯運及各種應用環境的不同要求。

1928年,德國齊柏林公司利用氫的巨大浮力,制造了世界上第一艘“LZ—127齊柏林”號飛艇,首次把人們從德國運送到南美洲,實現了空中飛渡大西洋的航程。

大約經過了十年的運行,航程16萬多公里,使1.3萬人領受了上天的滋味,這是氫氣的奇跡。

本世紀50年代,美國利用液氫作超音速和亞音速飛機的燃料,使B57雙引擎輟炸機改裝了氫發動機,實現了氫能飛機上天。

特別是1957前蘇聯宇航員加加林乘坐人造地球衛星遨游太空和1963年美國的宇宙飛船上天,緊接著1968年阿波羅號飛船實現了人類首次登上月球的創舉。這一切都依靠著氫燃料的功勞。

面向科學的21世紀,先進的高速遠程氫能飛機和宇航飛船,商業運營的日子已為時不遠。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源,被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源,是人類的戰略能源發展方向。

世界各國如冰島、中國、德國、日本和美國等不同的國家之間在氫能交通工具的商業化的方面已經出現了激烈的競爭。雖然其它利用形式是可能的(例如取暖、烹飪、發電、航行器、機車),但氫能在小汽車、卡車、公共汽車、出租車、摩托車和商業船上的應用已經成為焦點。

大型電站,無論是水電、火電或核電,都是把發出的電送往電網,由電網輸送給用戶。但是各種用電戶的負荷不同,電網有時是高峰,有時是低谷。為了調節峰荷、電網中常需要啟動快和比較靈活的發電站,氫能發電就最適合搶演這個角色。利用氫氣和氧氣燃燒,組成氫氧發電機組。這種機組是火箭型內燃發動機配以發電機,它不需要復雜的蒸汽鍋爐系統,因此結構簡單,維修方便,啟動迅速,要開即開,欲停即停。在電網低負荷時,還可吸收多余的電來進行電解水,生產氫和氧,以備高峰時發電用。這種調節作用對于用網運行是有利的。

另外,氫和氧還可直接改變常規火力發電機組的運行狀況,提高電站的發電能力。 更新的氫能發電方式是氫燃料電池。這是利用氫和氧(成空氣)直接經過電化學反應而產生電能的裝置。換言之,也是水電解槽產生氫和氧的逆反應。

70年代以來,日美等國加緊研究各種燃料電池,現已進入商業性開發,日本已建立萬千瓦級燃料電池發電站,美國有30多家廠商在開發燃料電池.德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國也有20多家公司投入了燃料電池的研究,這種新型的發電方式已引起世界的關注。

隨著制氫技術的發展和化石能源的缺少,氫能利用遲早將進入家庭,首先是發達的大城市,它可以像輸送城市煤氣一樣,通過氫氣管道送往千家萬戶。每個用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存,然后分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調機等等,并且在車庫內與汽車充氫設備連接。人們的生活靠一條氫能管道,可以代替煤氣、暖氣甚至電力管線,連汽車的加油站也省掉了。這樣清潔方便的氫能系統,將給人們創造舒適的生活環境,減輕許多繁雜事務。作為新能源,其安全性受到人們的普遍關注。

從技術方面講,氫的使用是絕對安全的。氫在空氣中的擴散性很強,氫泄漏或燃燒時,可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤,氫本身沒有毒性及放射性,不會對人體產生傷害,也不會產生溫室效應。

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