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未来能源:从氢能到核聚变

日期:2023-03-14    来源:百度百家号  作者:真正忘语

能源资讯中心

2023
03/14
17:21
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关键词: 能源技术 未来能源 核聚变

能源是人类文明进步的重要驱动力,也是全球面临的重大挑战之一。随着人口增长和经济发展,人类对能源的需求越来越大,而传统的化石燃料已经难以满足这一需求,并且造成了严重的环境污染和气候变化。因此,寻找新的、清洁的、可再生的、高效的未来能源,成为了当今科技创新和社会发展的重要方向。

在这篇文章中,我将为你介绍三种最具潜力和前景的未来能源:氢能、储能和核聚变。它们分别代表了不同层次和角度的能源革命,从载体到储存再到来源,都有着突破性和颠覆性的创新。

氢能:最理想的能源载体

氢元素是宇宙中最丰富、最简单、最轻、最干净的元素之一。它可以通过电解水或其他方式制取,并通过燃料电池或内燃机等方式释放出电力或热力。氢元素本身并不是一种原始能源,而是一种理想的能源载体,可以与其他可再生能源相结合,形成一种清洁、高效、灵活的能源体系。

氢能有以下几个优势:

- 清洁环保:氢能在使用过程中只产生水蒸汽,不产生二氧化碳或其他有害物质,可以有效减少温室气体排放和空气污染。

- 高效节约:氢能具有较高的比能量和转换效率,可以有效降低能耗和成本,提高能源利用率。

- 灵活多样:氢能可以与风力、太阳光、水力等可再生能源相互补充,实现多元化和综合化的能源供应,并适应各种规模和场景的需求。

当然,氢能也面临着一些挑战和难题:

- 制取困难:目前制取氢气所需消耗大量电力或天然气等传统资源,并产生较多碳排放。未来需要发展更加清洁、低成本、高效率的制氢技术。

- 储运难度:由于氢元素密度低、易扩散、易爆炸等特性,在储存和运输过程中需要采取特殊措施,并增加了安全风险。未来需要发展更加安全、便捷、经济的储运技术。

- 基础设施缺乏:目前缺乏完善的以及广泛分布在各地区各行业各领域各层次上面向用户提供服务并支持其使用需求与行为习惯并满足其期望与满意度要求并保证其安全与可靠性要求并符合其经济性与可持续性要求并适应其变化与发展需要并促进其创新与进步动力并实现其价值与贡献目标的氢能基础设施,包括制氢站、加注站、燃料电池车等。未来需要加大投资和建设力度,并推动政策和标准的制定和执行。

- 社会认知不足:目前公众对于目前公众对于氢能的了解和信任程度还不高,存在一些误解和担忧。未来需要加强宣传和教育,提高氢能的社会认知度和接受度。

尽管如此,氢能仍然是未来能源领域最具潜力和前景的方向之一。目前,世界各国都在积极推进氢能的研发和应用,尤其是在交通运输、工业制造、电力供应等领域。例如:

- 日本:日本制定了《基本氢战略》,计划到2030年实现每公斤300日元以下的氢价格,并建立全球最大的液化氢进口基地。

- 德国:德国发布了《国家氢战略》,计划到2030年建设500万千瓦以上的电解水制氢装置,并投资70亿欧元用于国内外的氢项目。

- 中国:中国提出了“十四五”规划中关于加快发展新一代信息技术、人工智能、量子信息、集成电路、生物技术、新材料等战略性新兴产业以及新能源汽车等重点领域中关于加快发展燃料电池汽车产业链建设并推动形成以燃料电池汽车为主要载体的清洁交通体系以及加快推进可再生能源与清洁利用技术创新与应用并提高可再生能源消纳水平以及加强核聚变等未来能源技术攻关与示范应用等方面的目标和措施,并在北京、上海、广州等地开展了多项氢能示范项目。

储能:最有效的能源储存

储能是指将多余或低价值的电力或其他形式的能量转化为可以储存或释放出来使用的形式。储能可以有效解决可再生能源(如风力发电或太阳光发电)因为受自然条件影响而导致输出波动不稳定或供需不匹配等问题,并提高整个电力系统或微网系统的稳定性和可靠性。

储能有以下几个优势:

- 平衡供需:储能可以在电力需求低时储存多余的电力,在电力需求高时释放出来使用,实现供需平衡和优化。

- 提升效率:储能可以在电力传输和分配过程中减少损耗和浪费,提高电力利用效率和经济性。

- 增强灵活性:储能可以根据不同的场景和目标选择不同的储存形式和释放方式,增加系统的灵活性和适应性。

- 保障安全:储能可以在发生突发事件或故障时提供紧急备用电源,保障系统的安全运行。

当然,储能也面临着一些挑战和难题:

- 技术不成熟:目前各种类型的储能技术都存在一定的局限性和缺陷,如容量小、寿命短、成本高、效率低、安全性差等。未来需要加强技术创新和突破。

- 政策不完善:目前缺乏统一和明确的政策法规和市场机制来规范和促进储能的发展。未来需要建立合理和有效的政策法规和市场机制,激发储能的投资和消费需求。

- 社会认知不足:目前公众对于储能的重要性和价值还不够了解和认可,存在一些误解和担忧。未来需要加强宣传和教育,提高储能的社会认知度和接受度。

尽管如此,储能仍然是未来能源领域最具潜力和前景的方向之一。目前,世界各国都在积极推进储能的研发和应用,尤其是在电力系统、微网系统、分布式能源、智慧城市等领域。例如:

- 美国:美国制定了《能源存储大挑战》计划,计划到2030年实现每千瓦时100美元以下的长期储能成本,并建立全球最大的电池储能项目。

- 欧盟:欧盟发布了《欧洲氢战略》,计划到2030年建设400亿千瓦以上的电解水制氢装置,并投资940亿欧元用于氢相关项目,其中包括氢储存技术。

- 中国:中国提出了“十四五”规划中关于加快发展新一代信息技术、人工智能、量子信息、集成电路、生物技术、新材料等战略性新兴产业以及新能源汽车等重点领域中关于加快推进可再生能源与清洁利用技术创新与应用并提高可再生能源消纳水平以及加强核聚变等未来能源技术攻关与示范应用等方面的目标和措施,并在广东、江苏、浙江等地开展了多项储能示范项目。

核聚变:最终的能源解决方案

核聚变是指将轻元素(如氢)在极高的温度和压力下聚合成重元素(如氦),并释放出巨大的能量的过程。核聚变是太阳和恒星产生能量的方式,也被称为“人造太阳”。

核聚变有以下几个优势:

- 能量巨大:核聚变可以利用少量的燃料产生巨大的能量,一公斤氘-氚混合物可以产生约9000万千瓦时的电力,相当于3000吨标准煤。

- 燃料丰富:核聚变所需的燃料主要是氘和氚,其中氘存在于海水中,而氚可以通过锂与中子反应制取。地球上有足够多的海水和锂来支持数百万年的核聚变。

- 清洁环保:核聚变在使用过程中不产生二氧化碳或其他有害物质,也不会产生长寿命放射性废物,可以有效减少温室气体排放和环境污染。

- 安全可靠:核聚变需要极高的温度和压力才能进行,一旦发生故障或异常情况,反应会自动停止,并不会引发爆炸或泄漏等事故。

当然,核聚分也面临着一些挑战和难题:

- 技术难度:目前实现可控核聚分仍然是一个极其复杂和困难的技术问题,需要解决高温高压等极端条件下的材料、磁场、等离子体、燃料循环等多个方面的难题,目前还没有实现能量输出大于能量输入的核聚分反应。

- 成本高昂:目前建造和运行核聚分装置需要巨额的资金和人力投入,而且还没有形成有效的商业模式和收益机制,核聚分仍然是一个亏本的事业。

- 社会认知不足:目前公众对于核聚分的重要性和价值还不够了解和认可,存在一些误解和担忧。未来需要加强宣传和教育,提高核聚分的社会认知度和接受度。

尽管如此,核聚分仍然是未来能源领域最具潜力和前景的方向之一。目前,世界各国都在积极推进核聚分的研发和应用,尤其是在国际热核实验堆(ITER)项目中。例如:

- 法国:法国是ITER项目的东道主国,承担了约40%的建设费用,并提供了项目所在地——卡达拉什。

- 美国:美国是ITER项目的重要参与者之一,负责提供中央磁体、辅助加热系统、空气处理系统等关键部件,并参与反应堆设计和运行。

- 中国:中国是ITER项目的重要参与者之一,负责提供多种超导线圈、真空容器、多功能支撑结构等关键部件,并参与反应堆设计和运行。

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