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從1859年美國(guó)人埃德溫·德雷克在賓夕法尼亞州打出世界第一口油井開始，人類進(jìn)入了石油工業(yè)的時(shí)代。在這種粘稠的黑色液體之上，現(xiàn)代工業(yè)文明達(dá)到了歷史上人類文明難以企及的高度。經(jīng)過數(shù)百年的鉆采，世界石油資源日益減少，國(guó)際上比較流行的說法是按照現(xiàn)有的開采速度，世界石油將在40年后枯竭。
石油越來越稀缺，石油價(jià)格反復(fù)動(dòng)蕩，給工業(yè)的發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。上世紀(jì)的兩次石油危機(jī)，以及近年來超過100美元的石油價(jià)格，都反復(fù)提醒著人們石油的稀缺性。和石油一樣，煤炭、天然氣等都面臨著枯竭的威脅，由于絕大部分電能來源于化石能源的燃燒，它們的枯竭也直接威脅到了電氣化時(shí)代的人類現(xiàn)代文明。
為了應(yīng)對(duì)能源枯竭的威脅，世界各國(guó)近幾十年來在努力尋找能夠替代化石能源的新能源，風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能等等紛紛登上歷史舞臺(tái)。這些新能源都被稱作清潔能源，因?yàn)樗鼈冊(cè)谏a(chǎn)或使用過程中產(chǎn)生的溫室氣體和污染物都大大低于化石能源。
未來20年，將是各種新能源與傳統(tǒng)能源同臺(tái)競(jìng)技最為激烈的20年。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)新能源不斷突破已有的效率極限，使之更加高效、清潔和人性化。這場(chǎng)競(jìng)賽，也很可能會(huì)催生新一輪的產(chǎn)業(yè)革命。
產(chǎn)業(yè)革命關(guān)鍵在于技術(shù)裝備革命。國(guó)務(wù)院副總理李克強(qiáng)在最近連續(xù)發(fā)表講話，強(qiáng)調(diào)新能源引領(lǐng)著新一輪產(chǎn)業(yè)革命的方向，蘊(yùn)涵著巨大的市場(chǎng)空間。他認(rèn)為，把新能源提高到國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)的位置，抓住時(shí)機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是應(yīng)對(duì)危機(jī)的重要舉措。
為此，《裝備制造》編輯部精選風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等幾大新能源領(lǐng)域，對(duì)未來20年產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出大膽的猜想，新能源能否催生產(chǎn)業(yè)革命，我們拭目以待。
風(fēng)電:全球風(fēng)場(chǎng)想象
20年之后，當(dāng)最后一噸煤燒完，地球會(huì)陷入黑暗嗎？至少丹麥?zhǔn)遣粫?huì)的，因?yàn)槟菚r(shí)，這個(gè)國(guó)家的超過50%的電力來自風(fēng)車的轉(zhuǎn)動(dòng)。歐洲的其他國(guó)家也不會(huì)，因?yàn)樗麄兌加?jì)劃建立多個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)，這些不停轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)為歐洲提供源源不絕的電力。
試想一下，當(dāng)廣袤的大海上樹立著無數(shù)的風(fēng)機(jī)，每個(gè)路燈邊上都安裝一個(gè)小型風(fēng)機(jī)，所有狂風(fēng)怒吼的高原都建立風(fēng)電場(chǎng)，甚至，時(shí)不時(shí)有風(fēng)箏一樣的，用繩索拴著的懸浮在空中的風(fēng)機(jī)與飛機(jī)擦肩而過。如果將所有風(fēng)能都利用起來，能滿足67億人的用電需求嗎？
海上風(fēng)電的最終幻想
2008年依然是風(fēng)電“爆發(fā)式發(fā)展”的一年，全球風(fēng)電新裝機(jī)量達(dá)120.8吉瓦，同比增長(zhǎng)36%。其中，美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)、西班牙的貢獻(xiàn)最大。風(fēng)電在持續(xù)升溫中，尤其在中國(guó)，2010年裝機(jī)1000萬(wàn)千瓦的目標(biāo)可提前完成。
全球風(fēng)電井噴式發(fā)展除了受到環(huán)境污染的“逼迫”，更主要的原因就是風(fēng)能資源儲(chǔ)量極為豐富，如果全數(shù)開發(fā)，其提供的能量非常龐大。
斯坦福大學(xué)的《氣候與能源》研究項(xiàng)目，利用來自美國(guó)國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心和預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室最近5年的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)全球潛在風(fēng)力發(fā)電資源。《氣候與能源》對(duì)全球風(fēng)能資源評(píng)估顯示，只利用20％的潛在的風(fēng)力資源，發(fā)電量相當(dāng)于2000年全球電力需求的7倍。
德國(guó)全球變化問題咨詢理事會(huì)（WBGU）2003年的統(tǒng)計(jì)顯示，全球潛在的陸上和海上風(fēng)能資源達(dá)27.8萬(wàn)太瓦時(shí)每年。報(bào)告預(yù)測(cè)，只有10～15％的潛在風(fēng)能資源會(huì)被利用，即39000太瓦時(shí)每年，這個(gè)數(shù)字是目前全球用電需求的一倍以上。
倘若充分利用風(fēng)能資源，滿足全球電力需求綽綽有余。但是，巨大的風(fēng)資源并沒有得到多少實(shí)質(zhì)的應(yīng)用，風(fēng)電一直被當(dāng)做替補(bǔ)能源，發(fā)展速度緩慢。即使在風(fēng)電倍受重視的德國(guó)和西班牙，風(fēng)電也才剛剛滿足該國(guó)7%和10%的電力需求。
雖然隨處可見的大小風(fēng)電機(jī)讓丹麥成為風(fēng)車之國(guó)，也招攬了不少游客。但是已經(jīng)有人對(duì)大規(guī)模陸上風(fēng)電場(chǎng)提出了質(zhì)疑——不但影響觀瞻，而且占地面積大。另外，在歐洲，良好的陸上風(fēng)電資源越來越少，即使全部開發(fā)也很難滿足用電需求，開發(fā)成本也越來越高。
這些原因造就了海上風(fēng)電，近幾年歐洲海上風(fēng)電的發(fā)展迅猛，大有趕超陸上風(fēng)電之勢(shì)。可能是因?yàn)楸旧碣Y源不足，歐洲各國(guó)對(duì)海上風(fēng)電前景十分看好。丹麥早在2000年就建成了世界上第一座商業(yè)化意義的海上風(fēng)電場(chǎng)。瑞典、荷蘭等國(guó)也都積極建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)，并大筆投入資金。英國(guó)能源與氣候變化部（Department for Energy and Climate Change）的一項(xiàng)研究稱，在未來十年里，海上將新建5000～7000個(gè)風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生250億瓦的電量，相當(dāng)于25個(gè)大型燃煤發(fā)電廠。
前幾年對(duì)風(fēng)電關(guān)心不多的美國(guó)也表示，美國(guó)近海/離岸風(fēng)電儲(chǔ)量可以滿足全國(guó)的電力需求。2009年5月，在德克薩斯州修建的全美最大的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的提案獲得批準(zhǔn)。
中國(guó)海上風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億千瓦，相當(dāng)于陸上風(fēng)電儲(chǔ)量的3倍。2007年中國(guó)第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)籌備，預(yù)計(jì)2010年能建成。
各種數(shù)據(jù)顯示，海上風(fēng)電的時(shí)候到了。
相比陸上風(fēng)力資源，海上風(fēng)資源有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：海上年平均風(fēng)速比陸上年平均風(fēng)速高25%以上；海平面的粗糙度比陸上小，風(fēng)切變小，故可以在較低高度獲得更大的風(fēng)速；海上風(fēng)電場(chǎng)湍流強(qiáng)度小，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，作用在風(fēng)機(jī)的疲勞載荷小。
海上風(fēng)電場(chǎng)投資成本一般比陸上風(fēng)電場(chǎng)高出1倍以上，其中基礎(chǔ)、安裝、維護(hù)以及電網(wǎng)接入成本都高。隨著陸上風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的增多，剩下的劣質(zhì)資源增多，導(dǎo)致成本上漲。這時(shí)，海上風(fēng)電成本高的劣勢(shì)減少，開辟海上風(fēng)電是大勢(shì)所趨。
飄在空中的懸浮式風(fēng)電機(jī)
當(dāng)風(fēng)機(jī)能上天入海
對(duì)資源豐富的風(fēng)能善加利用即可解決電力供應(yīng)問題，但是現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電成本高讓風(fēng)電成為電力行業(yè)的配角。歸根結(jié)底，技術(shù)才是解決成本問題的關(guān)鍵利器。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)按結(jié)構(gòu)分，可分為兩類：水平軸式與垂直軸式。
風(fēng)輪軸線的安裝位置與水平夾角不大于15度的風(fēng)力機(jī)叫作水平軸風(fēng)力機(jī)。其葉片翼形通常使用飛機(jī)翼形，它以類似螺旋槳式的葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)。這類風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是它的風(fēng)能利用系數(shù)較高。水平軸風(fēng)電機(jī)是現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的，它的形象：三張葉片支撐在一根高高的柱子上，幾乎是所有人心中風(fēng)電機(jī)的樣子。現(xiàn)在世界最大的水平軸風(fēng)機(jī)功率可達(dá)到6兆瓦，絕大多數(shù)電場(chǎng)安裝的都是水平軸風(fēng)機(jī)。
風(fēng)輪軸線的安裝位置與水平垂直的風(fēng)力機(jī)叫作垂直軸風(fēng)力機(jī)。其葉片繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)輪可吸收來自任意方向的風(fēng)能，而不需要跟蹤風(fēng)向的迎風(fēng)機(jī)構(gòu)。最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種圓弧形雙葉片的結(jié)構(gòu)（Φ型），由于其受風(fēng)面積小，相應(yīng)的啟動(dòng)風(fēng)速較高，一直未得到大力發(fā)展。
2000年后，很多國(guó)家都開始研制H型垂直軸風(fēng)電機(jī)，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、奧地利、韓國(guó)等國(guó)家都已生產(chǎn)出樣機(jī)，功率都在10KW以內(nèi)。由于H型垂直軸風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用了特殊空氣洞力學(xué)原理、三角形向量法的連接方式以及直驅(qū)式結(jié)構(gòu)的原理，使得風(fēng)輪的受力主要集中于輪轂上，因此抗風(fēng)能力較強(qiáng)。H型垂直軸風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪音以及電磁干擾小等特點(diǎn)使它成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在風(fēng)能資源不良地區(qū)安裝H型垂直軸風(fēng)機(jī)可以解決局部供電需求。
考慮到空中風(fēng)速比陸上高25%，前沿實(shí)驗(yàn)室在研究漂浮式風(fēng)機(jī)。這種風(fēng)機(jī)像放風(fēng)箏一樣浮在半空中，它的特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境影響更小并且非常靈活。它的問題是，用來固定地面的長(zhǎng)繩索有礙觀瞻，也可能影響航空秩序。渥太華的Magenn Power公司已經(jīng)在進(jìn)行第一臺(tái)漂浮式風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)了。
現(xiàn)在建立海上風(fēng)電場(chǎng)，需要把塔架深埋入海底，不僅耗時(shí)耗力，而且不易維修。挪威StatoilHydro公司計(jì)劃建設(shè)世界第一臺(tái)深水浮動(dòng)風(fēng)電機(jī)。這種風(fēng)機(jī)利用電纜連接海底，深達(dá)170米，建成后可為1000家用戶提供電力。
無論陸上或海上風(fēng)電，發(fā)展方向都是功率更高，對(duì)環(huán)境影響更小，更結(jié)實(shí)耐用。
新型垂直軸式風(fēng)電機(jī)
被電網(wǎng)排斥的未來電力巨人
風(fēng)速不穩(wěn)定，產(chǎn)生的能量大小不穩(wěn)定；利用受地理位置限制嚴(yán)重；轉(zhuǎn)換效率低等原因使風(fēng)能利用在技術(shù)上有頗多障礙。
這些障礙中，負(fù)荷不穩(wěn)定已經(jīng)成為制約風(fēng)電并網(wǎng)的因素，更導(dǎo)致不少建成的風(fēng)電場(chǎng)無法并網(wǎng)。怎樣把用電低谷的電量?jī)?chǔ)存起來在高峰時(shí)期用是必須解決的問題。能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是目前應(yīng)用較多的解決電網(wǎng)負(fù)荷峰谷峰底的差異的辦法。但是，想要直接并且更高效地利用風(fēng)能，需要經(jīng)濟(jì)實(shí)用的風(fēng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過合理的設(shè)計(jì)與調(diào)度，風(fēng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠給風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性提供保障，從另一方面也更能促進(jìn)風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)，進(jìn)一步降低成本。
近年來，雖然風(fēng)電在中國(guó)增長(zhǎng)迅速，但是其地位還遠(yuǎn)沒有改變。用可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)副會(huì)長(zhǎng)施鵬飛的話說，只是個(gè)“點(diǎn)綴”，即使到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1億千瓦，也只占總裝機(jī)量的3%。目前制約中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)主要原因是，風(fēng)電并網(wǎng)困難的問題不是短期可以解決的，需要系統(tǒng)性的規(guī)劃。
風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響表現(xiàn)在：對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定與暫態(tài)運(yùn)行質(zhì)量的影響；因風(fēng)速隨機(jī)性分布，導(dǎo)致風(fēng)電功率的隨機(jī)變動(dòng)，加大電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。對(duì)電網(wǎng)公司而言，風(fēng)電這樣不穩(wěn)定的電源就是“麻煩”。
在歐洲國(guó)家對(duì)風(fēng)電的大力支持與研發(fā)投入始于1980年代，如德國(guó)、丹麥等國(guó)。這些國(guó)家對(duì)風(fēng)電的利用特點(diǎn)是，采取短途輸送和近負(fù)荷中心利用。因此沒有出現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)滯后與裝機(jī)容量增幅過猛的矛盾。
除了分布式電源輸出方式外，歐洲國(guó)家還實(shí)施強(qiáng)制性政策支持風(fēng)電發(fā)展。例如，德國(guó)在1991年1月實(shí)施的《強(qiáng)制購(gòu)電法》（EFL），要求經(jīng)營(yíng)實(shí)體至少為電力付90%的零售額（除去15%的稅）來將風(fēng)力發(fā)電納入到系統(tǒng)中。明確了“強(qiáng)制入網(wǎng)”、“全部收購(gòu)”、“規(guī)定電價(jià)”三個(gè)原則。在2000年的《可再生能源法》進(jìn)一步規(guī)定，電力運(yùn)營(yíng)商必須無條件以政府制定的保護(hù)價(jià)，購(gòu)買利用可再生能源產(chǎn)生的電力，同時(shí)有義務(wù)以一定價(jià)格向用戶提供可再生能源電力，政府根據(jù)運(yùn)營(yíng)成本的不同對(duì)運(yùn)營(yíng)商提供金額不等的補(bǔ)助。
雖然暫時(shí)風(fēng)電比例高的國(guó)家沒有遇到電網(wǎng)與裝機(jī)量的矛盾，但是，發(fā)展海上風(fēng)電勢(shì)必會(huì)帶來類似困難。海上風(fēng)電與中國(guó)目前風(fēng)電資源情況相同，都處于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，而這些地區(qū)恰恰是電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，即風(fēng)能資源與用電負(fù)荷地域不匹配。
施鵬飛認(rèn)為：“風(fēng)電間歇式發(fā)電特點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)容納能力提出挑戰(zhàn)，技術(shù)上和調(diào)度管理上迫切需要研究。”
自1980年代以來，陸上風(fēng)電成本降低了80%，美國(guó)資源優(yōu)良地區(qū)的風(fēng)電成本降至每度電7美分。各國(guó)對(duì)海上風(fēng)電的投資越來越多，研究屢有突破，已經(jīng)有了明確的發(fā)展目標(biāo)。相信隨著技術(shù)升級(jí)，風(fēng)電成本會(huì)繼續(xù)降低，屆時(shí)，風(fēng)電必將躋身主力電源陣容，成為主要電力供應(yīng)方式。
solar-tower，因?yàn)榍鍧嵀h(huán)保可再生，太陽(yáng)能成為傳統(tǒng)能源的理想替代者
利用太陽(yáng)能發(fā)電、燒水這對(duì)你來說可能早已是司空見慣的事情。但你見過有人駕駛著靠太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力穿越歐洲的飛機(jī)嗎，這可真的是絕對(duì)超乎人們的想象，可瑞士人研制的“追日者二號(hào)”借助太陽(yáng)能維持高度在空中飛行已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)。
但你想過有朝一日，人類真的可以在空間取得能源嗎？美國(guó)科學(xué)家就提出在地面建造太陽(yáng)能衛(wèi)星，然后用火箭把他們發(fā)射上天，衛(wèi)星通過微波束把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換的電能送到地球上來。而地球只需在荒無人煙的沙漠、浩瀚無邊的大海上矗立起天線方陣接收就是了。可是何時(shí)才能進(jìn)入能源全靠太陽(yáng)能的“太陽(yáng)城”，這對(duì)我們來說還是個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想……如果連這些也成為現(xiàn)實(shí)的時(shí)候，或許化石能源就真的沒有用武之地了。
原來人類不僅需要太陽(yáng)神阿波羅的光明，也希望阿波羅把能量也一并賜予。阿波羅做到了，可是人類還在努力尋找打開這個(gè)“禮物”的鑰匙。
提高光伏電池的轉(zhuǎn)換率
從以硅片為基礎(chǔ)的光伏電池到高效率的薄膜電池，光伏電池已經(jīng)發(fā)展到了第三代，不僅減少了半導(dǎo)體材料的消耗，基于薄膜技術(shù)的第二代電池還可以形成批量自動(dòng)化生產(chǎn)，大大降低了光伏電池的成本。
電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任趙爭(zhēng)鳴認(rèn)為，“高轉(zhuǎn)換率的薄膜電池還能通過較少非光能耗，增加光子的有效利用及減少電池內(nèi)阻，光伏轉(zhuǎn)換效率的上限將有新的提高。”
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桦姵氐牟牧铣杀镜停蔀槭澜绺鲊?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)。化合物太陽(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。”趙爭(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,2010年晶體硅光伏組件的成本可以降到1.0～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。”中華全國(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(wàn)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(wàn)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(wàn)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：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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：
（1）超臨界壓力輕水堆（SCWR，Supercritical-Water-Cooled Reactor System）
（2）鈉冷卻快堆（SFR，Sodium-Cooled Reactor System）
（3）鉛合金冷卻快堆（LFR，Lead-Cooled Fast Reactor System）
（4）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(wàn)年至百萬(wàn)年，按照常規(guī)的處理方式，除了密封深埋沒有別的辦法。現(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)含的能量也是非常可觀的。
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)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，不流入大海。現(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。現(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(wàn)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。或許在未來，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(wàn)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(wàn)千瓦的電廠均衡發(fā)電，儲(chǔ)能輪需用鋼材150萬(wàn)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浮（Earnshaw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%，只有%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。
