新能源技术发展调研报告本报告主要分为三部分，第一部分为对全世界能源现状的综述，讨论新能源开发与利用的紧迫性与可行性；第二部分为对各种新能源技术的校为详细的介绍，其中有发展较为成熟的技术，也有刚处于发展初期的能源技术，通过对其原理（能量转化机制）的了解对其优越性与面临问题（发展瓶颈）进行介绍：第三部分为对各技术的可持续开发与污染控制前景进行讨论，对并种新能源技术进行概扌舌总结。

一.世界能源问题发展现状能源是产生能量的物质基础，是人类生存与发展的物质基础，人类历史的发展，文明的飞跃无不与对新兴能源的成熟利用息息相关，对火的利用，开C了人类主动获取利用自然界能源的序幕，通过对天然能源的能最转换与利用，人类开始了工业革命，从石油的利用引发内燃机的大规模应用，到电能的利用促成了电器的发展，人们通过对能源的进一步开发，创适了前所未有的文明成果。

世界能源分布有其鲜明的特点，世界能源储量分布是不平衡的。

石油中东占56. 8%：天然气和煤炭储最最多是欧洲，各占54.6%和45%。

亚洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然"都只有5%多一点0迄今为止，人类生活生产大部分倚仗化石能源。

但世界能源消耗仍在増长，但化石能源的不可再生性决定了要保证文明的可持续发展，必须要寻找新能源，清洁，可再生，适于大范W应用的替代能源。

到2040年，首先石油将出现枯竭；到2060年，核能及天然气也将终结。

地球的能源已经无法提供地球人口的能源需求。

而随着世界人II的不断増加，能源紧缺的时期将会提前來。

传统能源的紧缺性与分布的不平衡性极大的制约着世界各地的发展，现今已引发了一系列的地方性危机，随着情形随着时间推移进一步恶化，必将产生更大的问题。

因此，21世纪新能源的开发与利用，已不再是一个将來的话题，而是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件人事。

各种新能源有自己独特的优势，但也面临希污染与大范M普及的瓶颈，下文中我们对氢能（氢能利用技术：制氢技术、氢提纯技术、氢储存与输运技术），核能（核裂变、核聚变），化学电源（化学电能技术），生物质能（生物质气化技术、生物质固化技术、生物质热解技术、生物质液化技术、沼气技术），风，海洋，地热能（风力发电、潮汐能发电技术、地热发电）等新能源技术作较为详细的介绍并对其利弗进行分析•二.新•能源介绍氢久邑氢能是一种新型二次能源，所谓二次能源，是指联系一次能源和用户的中间纽带。

二次能源又町分为“过程性能源”和“含能体能源”。

电能足当前应用最广的“过程性能源”。

目前“过程性能源”尚不能大量地S接储存•氢能和电能将一起成为未来能源体系的两大支柱。

1.氢具有的性质和特点①来源广；②燃烧热值高：③清洁：④燃烧稳定性好：⑤存在形式多：2.氢的制IR①化冇燃料制氯技术：②电解水制氢；③生物及生物质制氢：④太阳能光解制氢⑤热化学分解水制氢；⑥其他制氢技术：⑦氢气的提纯前儿种技术较为传统，需要消耗较多的传统能源，本文主要介绍生物制氢技术及太阳能比解技术。

2.1生物及生物质制氢①生物制氢的机制及研究现状②生物制氢生物制氢的机制及硏究现状(1)能够产氢的微生物主要有两个类群：光介生物和发酵细菌。

在这些微生物体内存在着特殊的氢代谢系统，其中固氮酶和氢酶发挥了歪要作用.(2)生物制氢技术制氢技术有多种，生物制氢的想法由Lewis i- 1966年提出。

目前生物制氢冇3种方法：①光合生物产氢从长远和战略的角度来看，以水为原料利用光能通过生物体制取a 气是敲有前途的方法0能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类。

②发酵细菌产氢能够发酵右机物产氢的细菌包扌舌专性厌氧菌和加性厌氧菌，如「酸梭状芽杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等.③光合生物与发酵细菌的混合培养产氮光合生物与发酵型细繭町利用的底物在工业有机废水和城市垃圾中大量存在。

降低生物制氢成本的仃效方法是应用廉价的原料，常用的冇富含冇机物的有机废水，城市垃圾等，利用生物质制氢同样能够人大降低生产成本，而R能够改善自然界的物质循环, 很好地保护生态环境。

在生物技术领域，生物质又称生物量，是指所有通过光合作用转化太阳能生长的有机物, 包扌舌高等植物、农作物及秸秆、鴻类及水生植物等•生物质制氢包ffi两种方法：①生物转化制氢法：②生物质热化学转换法；2.2太阳能光解制氮光解水能否实用化瑕中将取决于能量转化效率。

太阳能转化系统町以分为5大类：光化学系统(太阳能被溶液中的分子吸收)、半导体系统(太阳能被半导体或溶液中的悬浮颗粒等吸收)、光生物系统、混合系统(以上三种系统的复合)和热化学系统。

①光化学系统纯水只能吸收太阳能量的辐射中能量很低的红外部分，不町能引起任何光化学反应，因此任何光解水的光化学反应都需要光敏化剂，也就是说，需要某种分子或半导体吸收太阳能以进行光化学反应，生成氢气。

在这个多分子的系统中，不同的功能是分别由不同类的分子完成的。

1、光敏化剂PS吸收可见光产生受激的几有氧化还原特性的产物PS*2、化合物R在受激的PS*发生电子转移反应形成电荷对PS+和R-，R被还原3、第三部分化合物能收集电子，并n促进和水呻申子交换。

一些平别的氧化译原催化剂Cat 叮以用来收集和转移电子。

②半导体光催化(1)半导体光解水原理：水是一种非常稳定的化合物，为了进行水的光电解反应，必须满足下列条件：①禁帯宽度应该人于水屮氢和氧的化学势之差：②光的量子能量应大于禁带宽度：③n型半导体的平带电势应比析氢电位更负，而P型半导体则应比析氧电位正：④电子、空穴的费米能级达到析出氢、氧的电比学势级。

此条件一般通过外加电压实现。

(2)半导体催化剂的研究现状半导体催化剂主要包括TiO2多相催化体系、a合半导体、层状金属氧化物和组装的纳米半导体催化剂，③混合系统混合系统是将吸收光了•的光敏化剂吸附在半导体上,扩展了半导体吸收太阳光波长的范同样,也有报道将叶绿素应用于光化学电池的电解质中，或若将它们吸附在电池电极匕但冃前还没有能够发现高效率的“光能f氢能”转化系统。

3.氢的储存1.液化储氢2.压缩氢气储存3.金属氢化物储氢4.配位氢化物储氢5.物理吸附储氢6.有机物储氢7.玻璃微球储a8.地下储存总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两人类。

物理储存方法主要包扌舌液氢储存、高圧氤气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地卞岩洞储存等。

化学储存方法有金属氢化物储存、有机液态氮化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。

核能核能是除化冇能源外目前人类利用量最大的能源，我们最为熟悉的是核裂变发电，但由于核原料储最有限，按目前的发展速度，百年之内，己知的核原料便会枯竭，W此，对于核聚变的研究是核能应用的主要发展方向。

对于核裂变，最应注盘的是核原料的利用率问题。

核电站的心脏是反应堆，它是提供热能的地方，相当于常规火电站的锅炉。

热堆最困扰人类的问题是不能充分利用核资源，利用率仅达1 %〜2%。

因此，人们又开始研究开发利用率更高的快中子增殖堆。

核电技术：1•核裂变反应堆：原子由原子核与核外电子组成。

原子核由质子与中子组成。

当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2〜3中子。

裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。

如此持续进行就是裂变的链式反应。

核反应堆的介理结构应该是核燃料+慢化剂+热載体+控制设施+防护装置。

2.核聚变装置：核聚变反应基本原理物质在低温状态下是固态，随着温度的升奇会出现液态、气态，气态的物质被继续加热会出现等离子状态，即在几万摄氏度以上时，气体将全部发生电离，变成带正电的离子和带负电的自由电子。

这种等离子体被约束在托卡马克装置的环形室腔体内不断与腔壁接触，加热电流继续在这一坏形室中流动，与电流方向一致的强大外磁场保证了等离子体的稳定。

当等离了体被加热到108°C以上，满足nr > 1 0 I 4时，就会发生轻原了核转为巫原子核的垓聚变。

研充表明，采用等离子体最有希望实现核聚变反应・该力法是用几十万安培的强电流向气体笊放电，形成儿百万至「万摄氏度的髙温，使笊分离成带正电和带负电的粒子，即通常所说的等离子体。

把等离子体加热到点火温度，釆用一定的装置和方法来控制反应物的密度利维持此密度的时间。

目前，人们使用得旳支多的是应用磁约束和惯性约束。

核聚变反应堆是一种满足核聚变条件从而利用K能量的装置。

从目前看实现核聚变冇2 种方法：一种是使用托卡马克装置实现，托卡马克是一种坏形装置，通过约束电磁波驱动，创造亂、亂实现聚变的坏境和超高温，实现对聚变反应的控制：另一种方式足通过高能激光的方式实现。

第一种方式己于20世纪90年代初实现，目前正在进行工程设计：第二种方式己接近突破的边缘。

由于核聚变是在极高的温度下完成的, 所以又常称其为热核反应。

化学电源化学电源是一种将化学能转化为电能的装置，也称电池。

化学电源的种类：①一次电池（电池本身不可逆）②二次电池（町贡a充放电循坏使用的电池）③燃料电池（连续电池）活性物质可从电池外部连续不断地输人电池，连续放电④储备电池（激活电池）电池的正负级和电解质在贮存期不直接接触，使用前釆取激活于•段，电池便进人放电状态。

生物质能生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮诚在生物体内的能量。

生物质能的特点：（1）属町再生能源，町保证能源的永续利用生物质能由于通过植物的光合作用町以再生，与风能、太阳能等同属町再生能源，资源丰富。

其中生物质能占35%,位居种类多而分布广，便于就地利用，利用形式多样柑关技术己成熟，可贮存性好（4）节能、环保效果好，对改善人气酸雨环境，减少大气中二氯化碳含量，从而减轻温室效应都冇极人的好处。

生物质能分类①城市垃圾匚业、生活和商业垃圾，全球毎年排放约100亿吨：②右机废水工业废水和生活污水，全球每年排放约4500亿吨：③粪便类牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上：④林业生物质薪柴、枝丫、树皮、树根、落叶、木們、刨花等：⑤农业废弃物秸tf、果壳、果核、玉米芯、甜莱渣、蔗潢等：⑥水生tt物^；^类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等：⑦能源植物生长迅速生物质利用的主要技术（1）化学转换技术生物质化学转换包扌舌直接燃烧、液化、气化、热解等方法，其中， %支简单的利用方法足直接燃烧。

（2）生物质物理转换技术生物质热解技术主要指生物质压制成型技术。

将农林剩余物进行粉碎烘干分级处理，放入成型挤压机，在一定的温度和压力下形成牧高密度的固体燃料一一压块细密成型技术。

（3）生物化学转换技术该技术主要是利用生物质厌氧发酵生成沼气和在微生物作用下生成酒精等能源产品。