新能源技術(shù)及發(fā)展前景介紹一、太陽能發(fā)電

太陽能，地球上多種形式的能源均起源于此。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)1367KW/m2，地球赤道周長為40000km，所以可得：地球獲得的能量可達(dá)173000TW。也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于5000萬噸煤。除去大氣吸收、反射，最后以直射光和散射光的形式到達(dá)地面，在海平面的峰值強(qiáng)度為1kW/m2，地球24小時(shí)的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kW/m2，相當(dāng)于102000TW的能源。但從利用角度講，太陽能能量密度低，強(qiáng)度收多種因素影響而不能保持常量。這些缺點(diǎn)也是太陽能源發(fā)展的瓶頸

太陽能發(fā)電原理通俗的講，太陽能電池是用半導(dǎo)體元素（最常見的是硅)制造的，在陪必要的帶隙能量轟擊之前它們緊緊抓著自己的電子，當(dāng)攜帶太陽光能量的光子以上述臨界能量撞擊時(shí)，它就從硅原子中擠出一個(gè)電子并使之上升到導(dǎo)帶，留下一個(gè)被稱為“空穴”的空隙。電子和空穴的電性相反，每一個(gè)電子—空穴對(duì)被稱為一個(gè)激子，電子流經(jīng)導(dǎo)帶和空穴重新結(jié)合，就產(chǎn)生了電流。太陽能電池技術(shù)突破由于太陽能的低能量密度性和能量不穩(wěn)定性，使得光伏電池需在原有基礎(chǔ)上作出創(chuàng)新與變革，主要途徑有三點(diǎn)：第一，在降低成本的同時(shí)，繼續(xù)提高現(xiàn)有技術(shù)（主要是晶體硅電池）的效率第二，升級(jí)到可以大規(guī)模制造的廉價(jià)下一代技術(shù)，利用廉價(jià)技術(shù)制造出較大規(guī)模的光伏電池吸收箔或者纖維。第三，為質(zhì)量付出額外代價(jià)，將太陽光匯聚濃縮，將其強(qiáng)度提高500至1000倍，讓電池達(dá)到最高效率。案例美國加利福尼亞圣克萊拉的一家制造薄膜的初創(chuàng)公司—新光公司，利用納米技術(shù)，將廉價(jià)的不許提純的硅資源制造成納米硅粉，將其溶解在墨水中(由于含有雜質(zhì)而獲得了適當(dāng)?shù)碾妼W(xué)性能。納米級(jí)的硅的物理性質(zhì)發(fā)生變化，使其能在較低溫度下熔化，溫度已經(jīng)足夠低到可以打印帶不銹鋼薄膜上。得到的材料收獲的光能的能力大大提高。并且通過改變微粒（即量子點(diǎn)），可以將其調(diào)整為吸收全部光譜的陽光。最引人注目的是，在產(chǎn)生電流過程中，雖然很多光子攜帶的能量足夠讓幾個(gè)電子激化，但是對(duì)一個(gè)入射的光子光伏材料從來沒能產(chǎn)生過一個(gè)以上的受激電子，而多余的能量都變成熱耗散了。但在新光公司此次突破中，科研小組確認(rèn)，量子點(diǎn)首次在納米硅晶體中獲得多倍受激電子，將光伏電池的發(fā)電效率提高至44%。美國能源公司認(rèn)為，聚光是所有光伏電池發(fā)展可選途徑中最經(jīng)濟(jì)的一條。聚光的光學(xué)裝置，以及跟蹤太陽運(yùn)行的跟蹤裝置，都比光伏材料本身便宜的多，其最初設(shè)計(jì)叫做向日葵，微型處理器引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，保持透鏡和光電池直接正對(duì)太陽，設(shè)計(jì)了跟蹤軟件和相關(guān)硬件—從塑料的化學(xué)成分到透鏡的溝槽樣式，以及被設(shè)計(jì)用來在很少使用鋁材的情況

將強(qiáng)熱導(dǎo)走，像呼吸器一樣的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。這些使得光伏電池的轉(zhuǎn)化效率得到進(jìn)一步提升。二、新生物燃料能源首先，新生物燃料能源發(fā)展有著許多不足與阻礙。第一，生物燃料減少碳排放的優(yōu)勢(shì)不如光電或者太陽熱電，這是一個(gè)簡單的原因—植物把太陽能轉(zhuǎn)化為可用能源的效率很低，不能最大化利用。就算是最頂尖的能源作物，也不及最好的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的1%。第二，生物燃料的生產(chǎn)業(yè)面臨著一個(gè)尷尬的問題，為了尋求無公害的動(dòng)力燃料，需要更多的煤來發(fā)電。乙醇工廠要么自建煤鍋爐以獲得所需要的熱能和壓力，要么購買當(dāng)?shù)氐墓彩聵I(yè)的電能，而這大多也是建造以煤為燃料的發(fā)電廠的來的。第三，制造生物燃料需要付出代價(jià)，包括食物資源減少，消耗水資源，影響生物多樣性，占用土地資源而沖擊地方經(jīng)濟(jì)。聯(lián)合國預(yù)言，本世紀(jì)中期，全球的食物和燃料需求是現(xiàn)在的兩倍。在巴西，數(shù)百萬平民面臨貧困與饑餓，而一般糧食已被拿去做燃料。因而在倫理上而言，生物燃料發(fā)展面臨著困境生物燃料的發(fā)展糖是能轉(zhuǎn)化為燃料的最簡單的生物材料：它能直接發(fā)酵為乙醇。第二容易轉(zhuǎn)化的植物原料是淀粉，廉價(jià)的酶可以很容易的實(shí)現(xiàn)淀粉到糖的轉(zhuǎn)化。較難轉(zhuǎn)化但是有很大發(fā)展前景的便是纖維素。纖維素是碳源在自然界中最普遍的存在形式，而且他正好合適作生物燃料—因?yàn)樗皇鞘澄?，而且其能量轉(zhuǎn)化率極高。但是，纖維素組成植物生長的組織結(jié)構(gòu)，并防范潛在攝食者，因而形成難以消化的組織結(jié)構(gòu)是一個(gè)有效途徑，這也給生物能源的發(fā)展帶來困難目前國際上已經(jīng)開發(fā)出兩類用非糧食類生物質(zhì)中的木質(zhì)纖維制乙醇和甲醇的新工藝，一類便是發(fā)酵法，另一類是熱化學(xué)法，即在一定溫度，壓力和時(shí)間控制條件下將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)和液態(tài)燃料。但是就實(shí)用和工業(yè)化發(fā)展角度講，第二種要求的技術(shù)水平更高，難度也更大。科學(xué)家便在發(fā)酵法中尋找突破。發(fā)酵法制生物燃料發(fā)酵法技術(shù)的重點(diǎn)與難點(diǎn)便是對(duì)于將纖維素分解的酶的尋找。數(shù)十年來，科學(xué)家們跋涉到地球上最極限的環(huán)境，包括深海溝，肯尼亞的堿湖，西伯利亞火山以及亞馬遜流域的雨林等。它們不斷進(jìn)化一忍受極端高溫，高壓和酸堿性，能夠消化幾乎所有物質(zhì)。英國某研究小組研究出一種用稻草生產(chǎn)乙醇的技術(shù)，他們用一種叫做嗜脂肪芽孢桿菌使稻草分解為乙醇，同時(shí)產(chǎn)生熱量，使發(fā)酵溫度大致保持在70℃左右，這個(gè)溫度產(chǎn)生的乙醇可以揮發(fā)，只需簡單的收集裝置就可分離。三、重新考慮煤炭資源煤炭是所有礦物燃料中來源最充足，卻最臟的燃料。仍然埋藏于地下的可采的煤炭儲(chǔ)量可以近百年時(shí)間里繼續(xù)為全世界提供電力。在不采取現(xiàn)代的污染控制措施時(shí)，在傳統(tǒng)方式燃燒的煤炭會(huì)排放出汞，二氧化硫，氮的氧化物以及顆粒物。在如今科技下，對(duì)于污染物的處理已不是技術(shù)問題，但是煤炭的長期統(tǒng)治地位受到挑戰(zhàn)仍有一個(gè)重要因素，便是二氧化碳的排放量煤炭使用方式的革命1：煤的氣化的新發(fā)展煤炭直接燃燒的熱利用效率一般為15%至18%，而通過煤炭氣化這一過程將煤變成可燃燒的煤氣之后，熱利用效率可達(dá)55%至60%。如今煤的氣化技術(shù)已較為成熟，使得煤炭的污染和利用率問題都得到改進(jìn)。煤的氣化的新技術(shù)：(1)煤的熱核氣化技術(shù).（2）煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（3）燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)。下面簡單介紹一下磁流體發(fā)電技術(shù)：磁流體發(fā)電技術(shù)是一種直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，基本原理與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相同，即導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所不同的是磁流體發(fā)電機(jī)中導(dǎo)電流氣體或者液體取代了金屬流體。

磁流體發(fā)電機(jī)的工質(zhì)溫度可高達(dá)3000℃，擁有極高溫度并高度電離的氣體以高速流經(jīng)強(qiáng)磁場(chǎng)，直接發(fā)電。通常實(shí)際操作中常在燃燒后的高溫氣體中加入鉀鹽等物質(zhì)，一方面使導(dǎo)電能力增強(qiáng)，另一方面與煤中的硫反應(yīng)，降低污染物排放。從磁流體中出來的高溫氣體仍保持2000攝氏度的高溫，將氣體送入常規(guī)鍋爐，形成蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，與蒸汽發(fā)電裝置組成高效率的聯(lián)合循環(huán)。其中一級(jí)磁流體發(fā)電裝置效率可到20%,二級(jí)蒸汽部分效率可達(dá)35%，整體效率在50%左右。地下煤炭氣化技術(shù)和二氧化碳的封存該技術(shù)的原理如下：首先，要鉆兩個(gè)深入煤層，相隔數(shù)百米的孔，并且鉆孔要從距離發(fā)電廠最近的煤層部分開始，然后在第一個(gè)洞內(nèi)點(diǎn)火，根據(jù)希望的產(chǎn)物按比例充入空氣，氧氣或者蒸汽。當(dāng)其煤炭開始燃燒時(shí)，高溫就會(huì)將面的固體煤炭變?yōu)闅怏w，進(jìn)而在煤層內(nèi)挖出一個(gè)通道（煤是唯一可燃物質(zhì)，因此燃燒沿著煤層進(jìn)行）。該反應(yīng)實(shí)際上是以地球本身為反應(yīng)器。通過進(jìn)出氣體的調(diào)節(jié)來控制反應(yīng)。

二氧化碳封存是指從電廠或者其他大型排放源中回收二氧化碳，運(yùn)輸至存埋地。適宜的封存結(jié)構(gòu)包括貧化的油氣田，枯竭氣田，地下鹽水層深煤層和海洋等。是應(yīng)對(duì)氣候變化的有效方案。四、核能的利用與發(fā)展

核裂變技術(shù)原理：核能的大規(guī)模利用需要依靠誘發(fā)裂變。由于中子不帶電，與和之間沒有庫倫力，極易進(jìn)入原子核使原子核發(fā)生裂變。轟擊重核，其裂變后變?yōu)閮蓚€(gè)中等核，伴隨多個(gè)中子的發(fā)射，又誘發(fā)其他重核裂變，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放出大量能量。核聚變技術(shù)原理：核聚變堆是以輕核的聚變反應(yīng)為基礎(chǔ)，例如氫的同位素氘、氚在超高溫等特定條件下聚合成一個(gè)較重的原子核，由于發(fā)射質(zhì)量虧損而釋放出中子和大量能量。常見的和裂變裝置結(jié)構(gòu)世界上應(yīng)用比較普遍的核裂變反應(yīng)堆主要有：壓水堆（PWR)，沸水堆（BWR），重水堆（PHWR），