世界能源發(fā)展趨勢與高校專業(yè)發(fā)展的關(guān)系_能源發(fā)展趨勢
發(fā)布時(shí)間:2020-02-16 來源: 日記大全 點(diǎn)擊:
摘要:本文通過分析世界能源消耗引發(fā)的全球性矛盾,闡述能源發(fā)展的趨勢,特別是新能源的發(fā)展走向。通過闡述太陽能和核能的基本原理,分析新能源發(fā)展需要的技術(shù)支撐,從而闡述新能源發(fā)展與高等學(xué)校專業(yè)發(fā)展的關(guān)系。
關(guān)鍵詞:能源;環(huán)境;專業(yè)
中圖分類號(hào):F206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
一、引言
能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ),也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。從某種意義上講,人類社會(huì)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在當(dāng)今世界,能源的發(fā)展,能源和環(huán)境,是全世界、全人類共同關(guān)心的問題,也是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。
隨著工業(yè)、交通和科技的迅速發(fā)展,隨著人們生活水平的提高,人類對能源的需求迅速增長,然而,如何保護(hù)人類生存環(huán)境的問題也越來越迫在眉睫。要解決這樣一個(gè)全球性的矛盾,必須制定新的能源發(fā)展戰(zhàn)略,改變能源結(jié)構(gòu),強(qiáng)化節(jié)能減排措施,兼顧能源發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。
作為世界上最大的發(fā)展中國家,中國是一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。能源生產(chǎn)量僅次于美國和俄羅斯,居世界第三位;基本能源消費(fèi)占世界總消費(fèi)量的1/10,僅次于美國,居世界第二位。中國又是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家,發(fā)展經(jīng)濟(jì)與環(huán)境污染的矛盾比較突出。近年來能源安全問題也日益成為國家生活乃至全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),日益成為中國戰(zhàn)略安全的隱患和制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。上個(gè)世紀(jì)90年代以來,中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶動(dòng)了能源消費(fèi)量的急劇上升。自1993年起,中國由能源凈出口國變成凈進(jìn)口國,能源總消費(fèi)已大于總供給,能源需求的對外依存度迅速增大。煤炭、電力、石油和天然氣等能源在中國都存在缺口,其中,石油需求量的大增以及由此引起的結(jié)構(gòu)性矛盾日益成為中國能源安全所面臨的最大難題。因此,開辟清潔能源的開發(fā)、生產(chǎn)途徑,減少化石能源的比例,既發(fā)展能源,又減少污染,是我國也是全世界面臨的迫切的任務(wù)。
二、全球能源枯竭和全球變暖的嚴(yán)峻形勢
(一)當(dāng)前能源組成結(jié)構(gòu)
1.當(dāng)前世界各國的能源結(jié)構(gòu)
圖1 顯示了2007年公布的世界上8個(gè)能耗大國能源結(jié)構(gòu),可以看出,盡管世界各國都清醒地意識(shí)到溫室氣體對人類生存環(huán)境會(huì)產(chǎn)生巨大的危害,但由于開發(fā)新能源在技術(shù)和成本上還有許多問題,各國仍然將生產(chǎn)傳統(tǒng)能源放在主導(dǎo)地位,從結(jié)構(gòu)上看,所有能源大國的煤炭、石油、天然氣的產(chǎn)量所占整個(gè)能源的比例都在60%以上,水電及核電所占比例很小。
2.中國的能源結(jié)構(gòu)
中國是一個(gè)能源生產(chǎn)大國,也是一個(gè)能源消費(fèi)大國。50多年來,中國能源消耗量急劇上升,而且所消耗的能源始終是以煤炭為主。圖2顯示了1953年~2005年中國一次能源消耗變化情況。
以2003年為例,全年能源消費(fèi)總量約為16.8億噸,比2002年增長13%,其中:煤炭占67.2%,石油占22.7%,天然氣占2.8%,水電等占7.3%。與其他各國相比,我國煤炭能源的比重很大,而清潔能源的比重很小,由此可以看出,要想我國的能源今后能夠得到可持續(xù)發(fā)展,改變能源結(jié)構(gòu)的任務(wù)將非常艱巨。
。ǘ﹪H上礦物能源枯竭還有多遠(yuǎn)
當(dāng)今世界,每年要消耗大量的能源,且能源的消耗量正以驚人的速度增長著,在消耗的能源中,非再生能源就占了90%。如煤、石油、天然氣等礦物能源(也稱為化石能源),它們是幾十萬年來沉寂在地層深處的自然資源,是不可能再生的。對這些資源的大量開采,總有一天會(huì)“彈盡糧絕”,“坐吃山空”。
根據(jù)1992年世界能源會(huì)議的報(bào)告說,目前世界非再生能源的資源和前景不容樂觀,按目前已探明的儲(chǔ)量,礦物能源的可供開采期為:
煤炭:還可開采210多年。
石油:僅夠開采40多年。
天然氣:僅可開采50多年。
根據(jù)日本、歐盟等能源機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì),全球化礦物源的枯竭是不可避免的,其峰值將在2020-2030年出現(xiàn),并在本世紀(jì)內(nèi)基本開采殆盡。
人類自1973年以來,共向地球索取了5000億桶(約合800億噸)石油,剩下的石油按現(xiàn)有生產(chǎn)水平匡算,還可保證開采44年。天然氣也只能持續(xù)開采56年,一些國家的煤炭資源已采掘殆盡。
世界各國都還在積極地探測蘊(yùn)藏在地底下尚未被發(fā)現(xiàn)的可開采能源。我們還不能準(zhǔn)確地預(yù)測出地球上的礦物能源還夠人類開采多少年,但有一點(diǎn)是肯定的,那就是數(shù)量再多,究竟有限,總有被開采完的一天。
。ㄈ┲袊鴤鹘y(tǒng)能源枯竭還有多遠(yuǎn)
1.需求
我國長期能源形勢十分嚴(yán)峻,但能源需求卻越來越大。預(yù)測到2050年,能源年耗將達(dá)到標(biāo)煤38億噸(相當(dāng)于2000年的3倍),成為世界第一能耗大國。
2.儲(chǔ)量
如圖3所示,我國各種一次性能源資源儲(chǔ)量均低于世界平均水平。且我國正處在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展時(shí)期,已經(jīng)成為世界第二大能源消費(fèi)國,快速增長的能源需求態(tài)勢,使能源供應(yīng)問題在未來越發(fā)嚴(yán)重。
3.開采
與全球能源形勢相比,我國一次性能源煤炭、石油和天然氣的開采形勢更不容樂觀,其時(shí)間表均早于全球化石能源枯竭速度。開采、利用技術(shù)水平低、能效差,能源安全形勢嚴(yán)峻。
4.結(jié)構(gòu)
電力在能源結(jié)構(gòu)中比重小、供應(yīng)缺口大。 可再生能源的比重很小,發(fā)展緩慢。
(四)氣候變暖的嚴(yán)重后果
1.熱帶面積擴(kuò)大
最近一期的英國《自然•地球科學(xué)》雜志發(fā)表了美國國家海洋和大氣管理局實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)研究報(bào)告,地球上的熱帶區(qū)域從1979年至2005年間已向南北方向總計(jì)擴(kuò)張了2至4.8個(gè)緯度的距離,相當(dāng)于200公里至500公里。一般而言,熱帶是指地球上南緯23.5度和北緯23.5度之間的區(qū)域。
2.干旱、洪澇加劇
干旱和洪澇程度提高,地域面積擴(kuò)大。氣候良好的地域面積減少。
3.海平面提高
報(bào)告預(yù)測,本世紀(jì)末全球海平面將上升大約一米。而其中15%是由于北極變暖而造成的。在孟加拉,大約有一千七百萬人口居住在海平面一米以下的區(qū)域。而在其他地方,如美國的佛羅里達(dá)、路易斯安那、曼谷和馬尼拉等地也都將受到海平面上升的威脅。
。ㄎ澹厥覛怏w帶來的嚴(yán)重后果
溫室氣體是指具有溫室效應(yīng)的氣體。大氣層短波太陽輻射可以較容易通過這些氣體到達(dá)地面,而地面和物體發(fā)散的長波輻射卻被這些氣體阻隔不易逸出,使近地面的氣溫增高。
大氣中的主要溫室氣體有二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氟氯烴化合物(CFCS)等,空氣中溫室氣體的雖然只有1/10000-1/1000,但其溫室效應(yīng)十分強(qiáng)烈。
研究溫室氣體對全球氣候的影響都是利用數(shù)值實(shí)驗(yàn)取得,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)CO2加倍時(shí)會(huì)使所有緯度上地面氣溫增加;全球年降水量增加,但各緯度增加不一致。
1.大氣中的二氧化碳濃度增加
自18世紀(jì)晚期以來,大氣中的二氧化碳濃度增加了36%,這主要是由人類使用化石燃料和毀林等活動(dòng)引起的。另外,釋放到大氣中的一氧化二氮有1/3左右來源于人類活動(dòng);大氣中60%的甲烷來源于人類活動(dòng)。
2.對北極造成毀滅性影響,北極熊可能滅絕
《北極氣候變化影響評估》報(bào)告是由北極協(xié)會(huì)的八國政府聘請250多個(gè)科學(xué)家經(jīng)過一系列的考察和分析做出的。
報(bào)告指出,北極地區(qū)正在受到氣候變化影響并產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。北極生物將受到生存環(huán)境改變的巨大威脅。北極熊、海豹等物種首當(dāng)其沖,北極脆弱的生態(tài)系統(tǒng)岌岌可危。同時(shí),北極地區(qū)氣候變化所產(chǎn)生的后果還將反作用于氣候系統(tǒng),引起更大的全球變化。北極冰川所儲(chǔ)存大量的淡水注入海洋將使海平面上升。海冰的大量融化使得北極地區(qū)反射太陽光能力減弱,這也將進(jìn)一步引起氣溫變暖。
3.颶風(fēng)和海嘯次數(shù)增加、強(qiáng)度加大
美國國家海洋及大氣管理局3月14日發(fā)布了2005年大氣的監(jiān)測數(shù)據(jù),初步測算結(jié)果顯示,2005年大氣中二氧化碳濃度創(chuàng)造了新的最高記錄,達(dá)到了381ppm(ppm表示每百萬個(gè)空氣分子中二氧化碳分子的數(shù)量)。
據(jù)專家介紹,在過去40萬年間,二氧化碳在大氣中的濃度約為180~280ppm,但是從工業(yè)革命后,二氧化碳濃度不斷上升。世界氣象組織2006年3月14日公布的首份《大氣中溫室氣體狀況》年度報(bào)告中公布,到2004年底,大氣中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮三種溫室氣體濃度分別比工業(yè)化時(shí)代之前高出35%、155%和18%。
4.大氣輻射驅(qū)動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng)
溫室氣體長期留存在大氣中就會(huì)形成輻射驅(qū)動(dòng)效應(yīng)并導(dǎo)致大氣溫度上升。世界氣象組織說,自1750年工業(yè)化時(shí)代開始以來,各種溫室氣體的變化導(dǎo)致了大氣輻射驅(qū)動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng),而二氧化碳、甲烷和一氧化二氮這三種主要溫室氣體所起的作用,在所有溫室氣體中所占比例高達(dá)88%。
根據(jù)美國航空航天局的監(jiān)測結(jié)果,2005年地球表面的平均溫度達(dá)到了19世紀(jì)末有溫度記錄以來的最高。去年9月的一份研究報(bào)告指出,過去20年中,風(fēng)力強(qiáng)大的四級、五級颶風(fēng)的發(fā)生頻率一直在持續(xù)上升,而在此期間,海洋表面的平均溫度也一直在升高。因此,很可能是海洋上溫暖的水蒸氣為颶風(fēng)提供了強(qiáng)大能量。
科學(xué)家擔(dān)憂地表示,目前大氣二氧化碳的濃度已經(jīng)是侏羅紀(jì)時(shí)期發(fā)生嚴(yán)重溫室效應(yīng)時(shí)二氧化碳濃度的1/4。人類如果放任它如此增長下去,100年以后,或者是更短的時(shí)間內(nèi),很可能發(fā)生像侏羅紀(jì)時(shí)期同樣程度的溫室效應(yīng)。屆時(shí),兩極冰蓋融化,陸地減少,氣溫大幅上升,大量生物滅絕……
三、新能源和可再生能源的潛力及新的危機(jī)
。ㄒ唬┠茉吹姆诸
1. 常規(guī)能源的種類
常規(guī)能源是指當(dāng)前普遍使用的能源,即煤、石油和天然氣燃燒產(chǎn)生的能源以及水能。
2. 新能源的種類
新能源的定義是相對于常規(guī)能源,其種類有:太陽能,潮汐能,地?zé)崮,生物能源,核能等?
3. 可再生能源的種類
可再生能源是指自然界中可以再度產(chǎn)生的能源,如風(fēng)能、太陽能、水能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等。
。ǘ┬履茉春涂稍偕茉吹脑砑鞍l(fā)展?jié)摿?
此處僅針對太陽能和核能闡述其原理和發(fā)展?jié)摿Α?
1. 太陽能
。1) 原理:
、 電的產(chǎn)生
太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖4所示。當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí),一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子,使電子發(fā)生了越遷,成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差,當(dāng)外部接通電路時(shí),在該電壓的作用下,將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是:光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。
、 光伏電源系統(tǒng)構(gòu)成
圖5顯示了光伏電源系統(tǒng)構(gòu)成,太陽能電池組件經(jīng)過光照,在兩極產(chǎn)生電位差,形成電壓,送至控制器,控制器將電壓送到直流負(fù)載,供支流設(shè)備用電,如果負(fù)載是交流設(shè)備,則經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流,再送至交流負(fù)載。控制器也可以將電壓送至電瓶組進(jìn)行充電,在需要的時(shí)候再將電瓶組的電傳送至負(fù)載,例如,白天對電瓶組充電,晚上供照明用電。
。2) 太陽能的發(fā)展?jié)摿?
太陽是一個(gè)巨大的、久遠(yuǎn)的、無窮無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量(約為3.75×1026W)的22億分之一,但已高達(dá)173,000TW,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能,轉(zhuǎn)變率5%,每年發(fā)電量相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍。
太陽能源是可再生能源,它取之不盡、用之不竭;并且,由太陽能產(chǎn)生的能源對環(huán)境友好,對地球及人類的生存環(huán)境的危害幾乎可以忽略不計(jì)。因此,世界各國都非常重視太陽能的利用。
在地球上應(yīng)用光伏技術(shù)也有許多不利因素,下雨、陰天影響發(fā)電,灰塵影響對電池組件的光照效果,風(fēng)暴可能毀壞電池組件,架設(shè)電池組件的地方影響植物生長等。
對于人類來說,接收太陽能最理想的地方是月球。因?yàn)樵虑蛏蠜]有空氣,沒有云彩,不會(huì)下雨,天空中沒有灰塵,對太陽光的吸收率很高。世界上發(fā)達(dá)國家已經(jīng)提出了在月球上建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)想。
(3) 太陽能的應(yīng)用現(xiàn)狀:
、 國際太陽能的應(yīng)用現(xiàn)狀
2005年全球太陽能裝機(jī)總量達(dá)到歷史新高的1460MW,增長了34%,而其中德國占據(jù)了整個(gè)光伏市場的57%,在05年達(dá)到837MW,增長53%(如圖6所示)。預(yù)測到2010年全球年裝機(jī)總量將達(dá)到3.2至3.9GW。
據(jù)國際太陽能咨詢公司最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2007年全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到3436兆瓦,較2006年增長了56%,中國廠商市場占有率由2006年的20%提升至35%。
、 國內(nèi)太陽能的應(yīng)用現(xiàn)狀
與國際上蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電形式相比,我國落后于發(fā)達(dá)國家10-15年,甚至明顯落后于印度。但是,我國光伏產(chǎn)業(yè)正以每年30%的速度增長。
光伏發(fā)電目前主要的方法是使用硅,我國是世界上盛產(chǎn)硅的國家之一。
目前全球金屬硅產(chǎn)能100萬噸左右,主要生產(chǎn)國有美國、俄羅斯、日本、挪威、巴西、中國等。近幾年,巴西、中國生產(chǎn)能力不斷提高,成為世界金屬硅生產(chǎn)、出口大國,我國金屬硅生產(chǎn)能力在77萬噸左右,2000年以來,我國每年的工業(yè)硅產(chǎn)量都達(dá)到40萬噸以上,約占世界工業(yè)硅的三分之一,年出口量超過了30萬噸。
據(jù)四川網(wǎng)絡(luò)電視視頻臺(tái)(作者:楊力君)于2007年7月26日報(bào)道,從西昌市政府獲悉:“十一五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)科技項(xiàng)目――“兆瓦級聚光伏(CPV)并網(wǎng)電站(簡稱太陽能光伏電站)”經(jīng)四川省科技廳上報(bào),獲國家科技部批準(zhǔn)落戶西昌。
通過該項(xiàng)目的研究實(shí)施,建立并網(wǎng)聚光光伏(CPV)電站的科學(xué)研究體系,將帶動(dòng)我國并網(wǎng)聚光光伏電站產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,還大幅度的降低太陽能光伏發(fā)電成本,并加快了太陽能光伏發(fā)電商業(yè)步伐。
2. 核能
。1) 原理
①能量的產(chǎn)生
原子彈:是利用鈾-235或钚-239等重原子核裂變反應(yīng)所產(chǎn)生巨大的能量。
氫彈:用一層能產(chǎn)生聚變反應(yīng)的氘,把一個(gè)原子彈包圍起來,就成了氫彈。當(dāng)原子彈爆炸時(shí),產(chǎn)生的熱能夠引起氘的聚變,這就是氫彈爆炸。
由于熱核反應(yīng)難以控制,所以把核聚變能轉(zhuǎn)變成動(dòng)力,就成了科學(xué)家努力的方向之一。在地球上,只有在原子彈的爆炸中心才具備熱核反應(yīng)發(fā)生的條件,因?yàn)槟抢锬墚a(chǎn)生幾百萬度以上的高溫。
② 核能發(fā)電原理和核燃料狀況
核能發(fā)電就是利用核燃料在核反應(yīng)堆中進(jìn)行可控自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。核燃料通常指可裂變核素鈾233、鈾235和钚239或其混合物。核燃料在裂變反應(yīng)后,發(fā)生所謂質(zhì)量虧損,即反應(yīng)中核燃料的一部分質(zhì)量(m)轉(zhuǎn)化為能量(E)。按愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式 E=mc2(式中c為光速),很少的質(zhì)量虧損能轉(zhuǎn)化為巨大能量。據(jù)計(jì)算,一座百萬千瓦的核電站,每年消耗鈾235約25噸。而同功率的火電廠每年耗煤達(dá)6875萬噸。
由于過去使用的核燃料具有放射性,所以對核電站的安全防護(hù)要求格外嚴(yán)格,所花費(fèi)投資也很大。從1954年首座核電站在前蘇聯(lián)建成后,直到1966年,由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展,核能發(fā)電的成本在發(fā)達(dá)國家才低于火電成本,從而使核能發(fā)電真正邁入實(shí)用階段。自然界存在的可裂變元素只有鈾235,而它只占天然鈾的0.7%(其余均為鈾238),但在核電站中可將一部分鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39,釷232(自然界中大量存在)轉(zhuǎn)變?yōu)殁?33,所以核燃料的儲(chǔ)藏量能滿足較長時(shí)期的核能發(fā)電的需要。
從圖3可以看出,世界上和中國鈾的儲(chǔ)量有限,只夠開采幾十年,為最終解決人類的能源問題,科學(xué)家們正在研究熱核聚變發(fā)電。核聚變能在瞬間釋放巨大能量(如氫彈),1千克氘的熱值相當(dāng)于4千克鈾235裂變所能釋放的能量。而當(dāng)前最需要解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的人工控制。世界各國對此都投入了巨大的人力、財(cái)力和物力。
、 壓水反應(yīng)堆核電廠原理
利用核能生產(chǎn)電能的電廠稱為核電廠。由于核反應(yīng)堆的類型不同,核電廠的系統(tǒng)和設(shè)備也不同。壓水堆核電廠主要由壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(簡稱一回路)、蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(又稱二回路)、循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)組成,其流程原理如圖7所示。通常將一回路及核島輔助系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施和廠房稱為核島。二回路及其輔助系統(tǒng)和廠房與常規(guī)火電廠系統(tǒng)和設(shè)備相似,稱為常規(guī)島。電廠的其他部分,統(tǒng)稱配套設(shè)施。實(shí)質(zhì)上,從生產(chǎn)的角度講,核島利用核能生產(chǎn)蒸汽,常規(guī)島用蒸汽生產(chǎn)電能。
反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)將堆芯核裂變放出的熱能帶出反應(yīng)堆并傳遞給二回路系統(tǒng)以產(chǎn)生蒸汽。通常把反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)合稱為核供汽系統(tǒng)。現(xiàn)代商用壓水堆核電廠反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)一般有二至四條并聯(lián)在反應(yīng)堆壓力容器上的封閉環(huán)路(見圖8)。每一條環(huán)路由一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、一臺(tái)或兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵及相應(yīng)的管通組成。一回路內(nèi)的高溫高壓含硼水,由反應(yīng)堆冷卻劑泵輸送,流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯,吸收了堆芯核裂變放出的熱能,再流進(jìn)蒸汽發(fā)生器,通過蒸汽發(fā)生器傳熱管壁,將熱能傳給二回路蒸汽發(fā)生器給水,然后再被反應(yīng)堆冷卻劑泵送入反應(yīng)堆。如此循環(huán)往復(fù),構(gòu)成封閉回路。整個(gè)一回路系統(tǒng)設(shè)有一臺(tái)穩(wěn)壓器,一回路系統(tǒng)的壓力靠穩(wěn)壓器調(diào)節(jié),保持穩(wěn)定。
為了保證反應(yīng)堆和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的安全運(yùn)行,核電廠還設(shè)置了專設(shè)安全設(shè)施和一系列輔助系統(tǒng)。
一回路輔助系統(tǒng)主要用來保證反應(yīng)堆和一回路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。壓水堆核電廠一回路輔助系統(tǒng)按其功能劃分,有保證正常運(yùn)行的系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng),部分系統(tǒng)同時(shí)作為專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)的支持系統(tǒng)。專設(shè)安全設(shè)施為一些重大的事故提供必要的應(yīng)急冷卻措施,并防止放射性物質(zhì)的擴(kuò)散。
二回路系統(tǒng)由汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、冷凝器、凝結(jié)水泵、給水加熱器、除氧器、給水泵、蒸汽發(fā)生器、汽水分離再熱器等設(shè)備組成。蒸汽發(fā)生器的給水在蒸汽發(fā)生器吸收熱量變成高壓蒸汽,然后驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,作功后的乏汽在冷凝器內(nèi)冷凝成水,凝結(jié)水由凝結(jié)水泵輸送,經(jīng)低壓加熱器進(jìn)入除氧器,除氧水由給水泵送入高壓加熱器加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器,如此形成熱力循環(huán)。為了保證二回路系統(tǒng)的正常運(yùn)行,二回路系統(tǒng)也設(shè)有一系列輔助系統(tǒng)。
循環(huán)水系統(tǒng)主要用來為冷凝器提供冷卻水。
我們看到,在壓水堆電廠,一回路系統(tǒng)的冷卻劑與汽輪機(jī)回路工質(zhì)是完全隔離的,這就是所謂的“間接循環(huán)”。采用間接循環(huán)具有使二回路系統(tǒng)免受放射性玷污的優(yōu)點(diǎn),但它與采用直接循環(huán)的沸水堆核電廠(圖9)相比,增加了蒸汽發(fā)生器。壓水堆體積較小和控制要求簡單等因素可以彌補(bǔ)這一不足,并使這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上具有競爭力。
發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)的主要設(shè)備有發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、主變壓器、廠用變壓器、啟動(dòng)變壓器、高壓開關(guān)站和柴油發(fā)電機(jī)組等組成。其主要作用是將核電廠發(fā)出的電能向電網(wǎng)輸送,同時(shí)保證核電廠內(nèi)部設(shè)備的可靠供電。
發(fā)電機(jī)的出線電壓一般為22kV左右,經(jīng)變壓器升至外網(wǎng)電壓。為保證核電廠安全運(yùn)行,核電廠至少與兩條不同方向的獨(dú)立電源相連接,以避免因雷擊、地震、颶風(fēng)或洪水等自然災(zāi)害可能造成的全廠斷電。
每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的引出母線上,均接有兩臺(tái)廠用變壓器。為廠用電設(shè)備提供高壓電源。高壓廠用電系統(tǒng)一般為6kV左右。該高壓廠用電系統(tǒng)直接向核電廠大功率動(dòng)力設(shè)備供電。對于小功率設(shè)備,經(jīng)
變壓器降壓后供給380/220V低壓電源。通常高壓廠用電系統(tǒng)分為工作母線和安全母線兩部分,高壓廠用電系統(tǒng)的工作母線,可以由外電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)供電,高壓廠用電的安全母線,除外網(wǎng)和發(fā)電機(jī)外,還可由柴油發(fā)電機(jī)供電。
在電廠正常功率運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能大部分經(jīng)主變壓器升壓至外網(wǎng)電壓輸送給用戶。同時(shí),整個(gè)廠用設(shè)備的配電系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)的引出母線經(jīng)廠用變壓器降壓后供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí),則由外部電網(wǎng)經(jīng)啟動(dòng)變壓器供電。當(dāng)外網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組都不能供電時(shí),則由柴油發(fā)電機(jī)組向安全母線供電,以保證核電廠設(shè)備的安全。
輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與機(jī)組容量、電網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)境等密切相關(guān),各核電廠設(shè)計(jì)會(huì)有較大差異,圖10所示為一般核電廠電氣系統(tǒng)示意圖。
將重原子的核裂變反應(yīng)和輕原子的聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的巨大能量不是用于武器而是用于發(fā)電等民用需求,稱為和平利用核能。
世界上已有許多國家加速利用核能。
核能的和平利用方式主要是核電廠,其他的還有船舶動(dòng)力、核供熱和海水淡化等。下面以壓水堆核電廠為例,簡要介紹如何實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電(如圖7所示)。
(2) 新的核燃料
談到核能,人們很容易想到鈾,介紹新的核能源的燃料,需要認(rèn)識(shí)四種人們過去不熟悉的物質(zhì),即氕、氘、氚和氦-3。
氕〈名〉[piē]
原子質(zhì)量為1的普通的輕氫同位素
氕是氫的同位素之一,符號(hào)H。質(zhì)量數(shù)1。它是氫的主要成分。
氘 [dāo]
氘,氫的同位素之一,符號(hào)D,其原子量為普通輕氫的二倍,少量的存在于天然水中,用于核反應(yīng),并在化學(xué)和生物學(xué)的研究工作中作示蹤原子。
氚〈名〉[chuān]
氫的放射性同位素,原子量為普通氫的三倍,半衰期12.5年,蛻變時(shí)放出β射線后形成質(zhì)量數(shù)為三的氦。用中子轟擊鋰可產(chǎn)生氚。
氚是氫的同位素之一,即“超重氫”。符號(hào)T,質(zhì)量數(shù)3。具有放射性。自然界中存在極微,從核反應(yīng)制得。主要用于熱核反應(yīng)。
3He氦-3
氦-3是氦的同位素,是一種地球上稀罕的物質(zhì),在核聚變反應(yīng)中能釋放出巨大能量,幾乎不產(chǎn)生放射性污染,因而被稱為完美能源。
上述四種物質(zhì)中,氘、氚和氦-3可以作為核燃料。
。3) 新的核燃料的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景
談到新的核燃料的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景,可以這樣下結(jié)論:取之不盡,用之不竭,應(yīng)用前景廣闊。
、匐碗
氘和氚在地球上蘊(yùn)藏極其豐富,據(jù)測,每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油,這就是說,1升海水可產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的能量。一座100萬千瓦的核聚變電站,每年耗氘量只需304千克。
氘的發(fā)熱量相當(dāng)于同等煤的2000萬倍,天然存在于海水中的氘有45億噸,把海水通過核聚變轉(zhuǎn)化為能源,按目前世界能源消耗水平,可供人類用上億年。鋰是核聚變實(shí)現(xiàn)純氘反應(yīng)的過渡性輔助“燃料”,地球上的鋰足夠用1萬年~2萬年,我國羌塘高原鋰礦儲(chǔ)量占世界的一半。
氚雖然在自然界中幾乎不存在,但它卻可以在聚變過程中通過鋰的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生,而地球上鋰的儲(chǔ)量非常豐富。
1公斤聚變?nèi)剂纤a(chǎn)生的能量相當(dāng)于1000萬升石油產(chǎn)生的能量。由此推算,地球上氘和鋰的儲(chǔ)量足夠人類使用數(shù)百萬年。
地球上海水的總量,估計(jì)有13億7千萬立方公里,因此海水中氘的總貯存量,大約有25萬億噸,相當(dāng)于5萬億億噸石油。假如將這么多石油放在地球上,可以使整個(gè)地球表面包上一層厚達(dá)1000公里的石油!
目前,美、英、俄、德、法、日等國都在競相開發(fā)核聚變發(fā)電廠,科學(xué)家們估計(jì),到2025年以后,核聚變發(fā)電廠才有可能投入商業(yè)運(yùn)營。2050年前后,受控核聚變發(fā)電將廣泛造福人類。
我國自行設(shè)計(jì)和研制的最大的受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“中國環(huán)流器一號(hào)”已在四川省樂山地區(qū)建成,并于1984年9月順利啟動(dòng),它標(biāo)志著我國研究受控核聚變的實(shí)驗(yàn)手段,又有了新的發(fā)展和提高,并將為人類探求新能源事業(yè)做出貢獻(xiàn)。美中兩國科學(xué)家分別于1993年和1994年在這個(gè)領(lǐng)域的研究和實(shí)驗(yàn)中取得新成果。
2002年12月2日,標(biāo)志著我國核聚變研究踏上新征程的核聚變研究裝置――中國環(huán)流器二號(hào)A(HL-2A)裝置在位于四川成都的核工業(yè)西南物理研究院宣告建成并舉行了隆重的開機(jī)典禮。
圖11給出了中國的“人造太陽”裝置――“中國環(huán)流器二號(hào)A”(簡稱“HL -2A”)。它是我國第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置,其中央為一環(huán)形的真空室,外面纏繞著無數(shù)線圈,通電時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場,它可以約束高溫(通常為上億攝氏度)高壓極端條件下的等離子體。該裝置的目的是探索利用磁約束原理來實(shí)現(xiàn)受控核聚變。
在最近的幾年里,我國科學(xué)家利用“HL -2A”取得了一系列成果。
2006年,“HL-2A”的運(yùn)行參數(shù)達(dá)到等離子體電流430 kA,縱向磁場2.7 T,并實(shí)現(xiàn)了在高等離子體電流條件下連續(xù)23次的重復(fù)穩(wěn)定放電。這是繼“HL-2A”2003年成功實(shí)現(xiàn)偏濾器位形放電以來,我國核聚變裝置取得的又一重要成果。
2006年12月,通過利用兆瓦級電子回旋共振加熱等手段,“HL-2A”內(nèi)的等離子體電子溫度“躍升”到5 500萬攝氏度,朝核聚變裝置“點(diǎn)火”所需的上億攝氏度高溫邁進(jìn)了一大步,成為迄今我國磁約束核聚變裝置達(dá)到的最高等離子體電子溫度,標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究躍上了一個(gè)新臺(tái)階。
2007年,“HL-2A”的物理實(shí)驗(yàn)又取得了一批國際創(chuàng)新性的成果:在國際磁約束聚變研究領(lǐng)域,首次發(fā)現(xiàn)了自發(fā)產(chǎn)生的粒子輸運(yùn)壘存在;首次觀測到與理論一致的準(zhǔn)模結(jié)構(gòu);首次證實(shí)低頻帶狀流的環(huán)向?qū)ΨQ性現(xiàn)象。這是我國科學(xué)家對磁約束聚變等離子體物理做出的新貢獻(xiàn),表明我國在高溫等離子體輸運(yùn)物理研究方面已步入國際前沿。
與此同時(shí),中國西南物理研究院還自主研制了兆瓦級中性束加熱系統(tǒng),并成功地應(yīng)用于“HL-2A”裝置的物理實(shí)驗(yàn);首次成功研發(fā)了國內(nèi)最大功率中性束離子源(單個(gè)離子源離子束功率達(dá)0.8兆瓦以上),填補(bǔ)了我國在大功率中性束加熱領(lǐng)域的工程技術(shù)空白,成為我國在核聚變關(guān)鍵工程技術(shù)方面的又一項(xiàng)重大技術(shù)突破。
中性束加熱是當(dāng)今核聚變能源研究及未來聚變堆的主要加熱手段之一。大功率離子源是中性束加熱系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件。目前,只有日本和歐美等少數(shù)西方發(fā)達(dá)國家掌握了大功率離子源的研制技術(shù)。西南物理研究院“HL-2A”兆瓦級中性束系統(tǒng)的成功研制和應(yīng)用,標(biāo)志著我國大功率中性束加熱技術(shù)取得了突破性進(jìn)展,表明我國已具備開展中性束注入條件下聚變等離子體物理實(shí)驗(yàn)研究的能力。這不僅極大地提升了我國核聚變的工程研制能力和實(shí)驗(yàn)研究水平,也為我國未來聚變堆的自主研發(fā)和運(yùn)行奠定了必備的工程技術(shù)基礎(chǔ)。
②氦-3
氦-3的性能:
以3He為燃料的核聚變反應(yīng)比氘氚聚變更清潔,效益更高,而且與放射性的氘氚不同的是3He是一種惰性氣體,操作安全。獲得過諾貝爾獎(jiǎng)金的科學(xué)家博格、美國總統(tǒng)軍備控制顧問保羅•尼采1991年曾撰文說,沒有其它能源能像3He那樣幾乎無污染。
3He的儲(chǔ)量:
在地球上氦-3的儲(chǔ)量僅有半噸,可在月球上卻蘊(yùn)藏豐富,約有100萬噸~500萬噸,可滿足地球數(shù)千年的電力需要。
假如能實(shí)現(xiàn)以核聚變的能源原料發(fā)電,中國一年的發(fā)電量需要“氦-3”約為十噸,全世界一年的用量約一百多噸,可供人類近一萬年的能源需求。
美國核聚變技術(shù)專家認(rèn)為,如果以石油價(jià)格為標(biāo)準(zhǔn),每噸氦-3價(jià)值約40億美元,因此可以說,氦-3是月球上的“金礦”。
開發(fā)應(yīng)用計(jì)劃:
美國和俄羅斯都將開采月球上的氦-3作為未來太空開發(fā)計(jì)劃的重點(diǎn)。俄羅斯太空能源機(jī)構(gòu)稱,俄計(jì)劃于2015年在月球上建立氦-3開采基地,使用一次可攜帶25噸的太空拖船運(yùn)回地球。雖然開采和運(yùn)輸成本巨大,但據(jù)初步估算,在發(fā)電量相同的情況下,使用月球能源氦-3的成本只有目前核能成本的1/10。
獲取能源的方案:
獲取能源有兩種方案。
方案一:可以用航天飛機(jī)將氦-3運(yùn)回地球,然后加以利用。如今的技術(shù)條件已經(jīng)足夠達(dá)到這一點(diǎn)。而星際開發(fā)的花費(fèi)只是現(xiàn)在的核電站發(fā)電成本的1/10。
方案二:目前還在假設(shè)階段。不將氦-3運(yùn)回地球,而是直接在月球上建立核能源基地,將電能傳輸?shù)届o止軌道上的中斷衛(wèi)星,再傳送到位于地球的接收站,然后分配到各個(gè)地區(qū),供用戶使用。
3.我國發(fā)展新能源的優(yōu)勢和前景分析
中國是一個(gè)常規(guī)能源原料貧乏的國家(煤、石油、鈾等,但是中國是一個(gè)發(fā)展新能源占優(yōu)勢的國家。
太陽光伏:我國盛產(chǎn)硅,太陽能電池原料豐富。我國太陽能資源非常豐富,理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。我國地處北半球,南北距離和東西距離都在5000公里以上。在我國廣闊的土地上,有著豐富的太陽能資源。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時(shí)以上,西藏日輻射量最高達(dá)每平米7千瓦時(shí)。年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)。與同緯度的其他國家相比,與美國相近,比歐洲、日本優(yōu)越得多,因而有巨大的開發(fā)潛能。
氘和氚:海中公共資源。我國有300多萬平方公里的領(lǐng)海,岸線長,從最北的遼寧鴨綠江口至最南的廣西北侖河口,總長18000多公里。如果加上6000多個(gè)島嶼與周圍海域形成的島嶼岸線14000公里,那么我國海岸線的總長度則超過32000公里,在世界各國中名列前茅。
氦-3:中國是一個(gè)航天大國,如果其他國家能從月球獲取氦-3,中國也已定能夠做到。
四、世界能源發(fā)展趨勢和各國政策導(dǎo)向
。ㄒ唬﹪H
人類進(jìn)入21世紀(jì)以后,世界各國更加清醒地認(rèn)識(shí)到化石能源燃料枯竭的危險(xiǎn)性、溫室氣體的危害性和發(fā)展新能源的重要性。各國根據(jù)自身的國情,紛紛出臺(tái)政策,鼓勵(lì)和促進(jìn)新能源的發(fā)展,并采取有力的保護(hù)和激勵(lì)措施。
1、美國
美國2005年8月公布的能源新法案(EPACT,2005)除了鼓勵(lì)美國本土的能源生產(chǎn)之外,從立法上提出了促進(jìn)消費(fèi)者節(jié)約能源,使用清潔能源的可行措施。新能源法案的重點(diǎn)是鼓勵(lì)企業(yè)使用可再生能源和無污染能源,并以減稅等措施,鼓勵(lì)企業(yè)、家庭和個(gè)人更多地使用節(jié)能和清潔能源產(chǎn)品。
2、英國
英國能源新政策的四大目標(biāo):
-鋪筑減碳之路:英國將走上減碳的道路,到2050年減少(當(dāng)前水平的)60%的溫室氣體排放
-確保能源供應(yīng)的可靠性
-培育競爭性市場,提高生產(chǎn)力,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展
-提供每一家庭充足和廉價(jià)的能源
2000年1月,英國制定了2010年可再生能源發(fā)電占英國電力總量10%的目標(biāo),而且電價(jià)應(yīng)是消費(fèi)者能夠承受的。在白皮書中,英國政府又提出了2020年可再生能源發(fā)電達(dá)20%的目標(biāo)。
3、德國
2000年4月德國聯(lián)邦議院正式通過了可再生能源法(KEL)。該法取消了對可再生能源發(fā)電的上限,并要求將可再生能源發(fā)電在所有供電公司按其總電力銷售量進(jìn)行分配,確保沒有一個(gè)地區(qū)財(cái)政負(fù)擔(dān)過重?稍偕茉捶ㄟ要求運(yùn)行輸電線路的公司支付與電力網(wǎng)連接的費(fèi)用,消除電力公司以抬高聯(lián)網(wǎng)費(fèi)用來阻礙風(fēng)能的開發(fā)。
該法案最重要的一點(diǎn)是,根據(jù)發(fā)電的實(shí)際成本,為每一種可再生能源發(fā)電技術(shù)確立了每kWh的特定支付金額。電力公司有資格參與該支付費(fèi)用的確定,這是電力部門解除官方控制產(chǎn)生的一種變革。該法的實(shí)施對德國風(fēng)電的發(fā)展起到的非常重要的促進(jìn)作用,2001~2005年間,德國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量年均增長20.9%,2005年達(dá)到18428MW,為全球最大的風(fēng)能市場。
4、法國
法國尤為重視核能的開發(fā)利用,2005年核電生產(chǎn)量占其電力生產(chǎn)量的份額高于78%。在其他新能源開發(fā)方面,法國制訂相應(yīng)的法規(guī),重點(diǎn)實(shí)施加速發(fā)展生物能源的各項(xiàng)措施,力求到2010年實(shí)現(xiàn)將可再生能源產(chǎn)量提高50%的目標(biāo)。
從2005年1月1日開始,法國政府對使用可再生能源生產(chǎn)能源的設(shè)備實(shí)施稅收抵免40%的政策,并在2006年將抵免幅度進(jìn)一步提高到50%。與此同時(shí),國家還制定了一系列的扶持計(jì)劃,其中包括國家電力公司和其他電力供應(yīng)公司不得拒絕收購企業(yè)利用可再生能源,尤其是風(fēng)能生產(chǎn)的電力等,并制定了在2010年,全國可再生能源生產(chǎn)應(yīng)占全國能源生產(chǎn)10%的目標(biāo)。
5、日本
日本是一個(gè)陸地面積僅為37萬平方公里的小國,但卻是世界第四大能源消費(fèi)國,第二大能源進(jìn)口國。由于資源匱乏,日本的能源嚴(yán)重依賴進(jìn)口,進(jìn)口能源占能源消費(fèi)總量的80%。特別在油氣資源方面,日本國內(nèi)產(chǎn)量幾乎為零,99%以上的石油都需要依賴進(jìn)口,是世界第二大油氣消費(fèi)和進(jìn)口大國。
日本是世界上能源利用效率最高的國家之一。當(dāng)年的能源利用率為中國的7倍,美國的2倍,為同等發(fā)達(dá)國家之首。
日本擁有核電站55座(2006年)之多,核能發(fā)電量占全國發(fā)電總量的1/3,是僅次于美國的世界第二大核電國家。
從2000年開始,日本太陽能光伏發(fā)電、太陽電池產(chǎn)量和出口量就已經(jīng)多年位居世界首位,約占世界的半壁江山。
日本大力發(fā)展清潔能源車,2000年底,共有清潔能源車6.2萬輛,其中電動(dòng)車3800輛,混和車5萬輛,天然氣車7800輛,甲醇車1304輛。燃料供應(yīng)設(shè)施中,有54處充電站,556處天然氣加氣站,38處甲醇添加站。預(yù)計(jì)到2010年,潔凈能源車將達(dá)到348萬輛,比2000年增長50多倍。
日本汽車企業(yè)已基本將氫燃料電池視為未來汽車的主要替代能源,而豐田、本田等日本企業(yè)在氫燃料電池方面走在世界前列。2002年12月2日,豐田會(huì)長奧田碩將燃料電池車“FCHV”交給小泉,成交了世界第一單燃料電池車的生意。另外,日本政府最近制定出環(huán)保汽車的發(fā)展規(guī)劃,希望在2010年能夠有5萬輛燃料電池車在日本國內(nèi)行駛。日本運(yùn)輸省及環(huán)保省的官員宣布:日本將盡量提升低污染汽車的使用率,即從當(dāng)前全國的63萬輛包括雙動(dòng)力引擎汽車和燃料電池汽車增至2010年的1000萬輛。
(二)國內(nèi)
為了促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用,增加能源供應(yīng),改善能源結(jié)構(gòu),保障能源安全,保護(hù)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展, 2005年2月28日,我國頒布了《中華人民共和國可再生能源法》,此后,各省紛紛出臺(tái)具體政策,鼓勵(lì)和促進(jìn)新能源的開發(fā)和應(yīng)用。例如,為加強(qiáng)民用建筑節(jié)能管理,降低建筑物使用能耗,提高能源和資源的利用效率,9月20日起,甘肅省開始實(shí)施《甘肅省民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》。根據(jù)此項(xiàng)規(guī)定,甘肅省將鼓勵(lì)單位和個(gè)人在不影響建筑物質(zhì)量、安全和城市景觀的前提下安裝使用太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)。建設(shè)單位未在設(shè)計(jì)或施工招標(biāo)文件及相關(guān)合同中明確民用建筑節(jié)能技術(shù)要求和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的,由縣級以上建設(shè)行政主管部門處以1萬元以上3萬元以下的罰款。
五、新能源的發(fā)展必然促進(jìn)高校專業(yè)的發(fā)展
世界能源結(jié)構(gòu)和能源燃料的大幅度改變必然導(dǎo)致支撐技術(shù)和人才的新的需求,這包括需要在高校開設(shè)新的專業(yè),或者已有專業(yè)擴(kuò)展新的方向。現(xiàn)在,僅就太陽能和核能的發(fā)展來看需要支撐的專業(yè)或技術(shù)。
。ㄒ唬┕夥夹g(shù)
這是新興的技術(shù),目前大學(xué)里沒有這個(gè)專業(yè),人才非常缺乏,應(yīng)該在電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)中增設(shè)光伏技術(shù)方向,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)太陽能發(fā)電原理、太陽能電池制造工藝等課程。
。ǘ┖斯こ膛c核技術(shù)
這是教育部頒布的《全國普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》已有的專業(yè),但是,全國只有極少數(shù)學(xué)校開設(shè)了此專業(yè),隨著核能開發(fā)與應(yīng)用的發(fā)展,人才必然緊缺。
(三)航天技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)
無論是在月球上開采氦-3,還是在月球上大面積地安裝太陽能光伏系統(tǒng),都存在一個(gè)很大的問題,那就是誰去做這些事情。月球上沒有空氣,沒有水,人不可能長期呆在那兒,只有用機(jī)器人取代人,哪個(gè)國家擁有高智能的機(jī)器人和先進(jìn)的航天技術(shù),哪個(gè)國家就在向月球索取能源方面占有優(yōu)勢。因此,我國應(yīng)該大力發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù),大學(xué)應(yīng)該為培養(yǎng)這方面的人才做出貢獻(xiàn)。
(四)太陽能量轉(zhuǎn)換新材料
2006年5月8日-12日,第四屆世界光伏能量轉(zhuǎn)換大會(huì)(The 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion -WCPEC)在美國夏威夷州庫納島舉行。會(huì)議預(yù)言,在2050年以后,光伏發(fā)電量將達(dá)到世界總發(fā)電量的50%以上。如果這個(gè)預(yù)言將來能成為現(xiàn)實(shí),太陽能量轉(zhuǎn)換材料是至關(guān)重要的。目前,世界上大量使用的是硅材料,但是,目前世界上95%以上的太陽能生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品均為多晶硅電池,此項(xiàng)技術(shù)制作成本高,制作工藝復(fù)雜,且核心技術(shù)被少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家掌握,嚴(yán)重影響太陽能發(fā)電的大面積應(yīng)用。因此,基于硅材料的新的制造工藝的研究(如非晶硅薄膜光伏電池技術(shù)),基于其它材料的太陽能電池的研究(如染料敏化太陽電池)迫在眉睫,高校如果在這個(gè)方面積累技術(shù)力量,以物理、化學(xué)為基礎(chǔ),開展光電轉(zhuǎn)換新材料的研究是非常必要的,培養(yǎng)人才,不僅向社會(huì)做出了貢獻(xiàn),也會(huì)為自身形成特色。
。ㄎ澹┘す饧夹g(shù)
激光技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,而從月球上索取能源,也離不開激光技術(shù),利用激光技術(shù),可以進(jìn)行用于遠(yuǎn)距離測量和探測稀有資源。
。┳詣(dòng)控制技術(shù)
太陽能光伏系統(tǒng)和核能發(fā)電系統(tǒng)都離不開自動(dòng)控制技術(shù)。
《2006年中國太陽級硅材料及硅太陽電池研討會(huì)》大會(huì)報(bào)告中,有人語言,到2020年全球光伏發(fā)電量將占總發(fā)電量的1.1%。到2040年占21-26%,在2050年以后,光伏發(fā)電量將達(dá)到世界總發(fā)電量的50%以上。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo),需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)巨大的工程,需要大批的工程技術(shù)人員,教育若不跟上這個(gè)形勢,人員將會(huì)奇缺。
2007年4月份國務(wù)院發(fā)布了關(guān)于核能發(fā)展的全球規(guī)劃,到2020年,我國的電力、核電裝機(jī)容量要達(dá)到4000萬千瓦。目前,中國核電只占整個(gè)的裝機(jī)容量的2.2%,世界平均值是16%,所以中國有廣闊的空間和發(fā)展的余地。
到2020年我國總裝機(jī)容量達(dá)到4000萬千瓦,必須具備30座百萬級千瓦的核電站,只占我們整個(gè)裝機(jī)容量的4%,因此大部分能源供給還是依靠化石原料,煤占了75%,新能源,包括核能在內(nèi)比例很小。如果我們要達(dá)到世界平均值16%,將要建立一批百萬級千瓦的核電站,技術(shù)人員同樣緊缺。
六、結(jié)束語
本文的目的是想引起投資者、教育界人士對能源發(fā)展動(dòng)向的關(guān)注,共同促進(jìn)新能源相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。文中如有不妥之處,敬請批評。本文引用網(wǎng)上諸多文章中的闡述和數(shù)據(jù),在此向被引用文章的作者和網(wǎng)站表示感謝。
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