氢燃料燃气轮机与大规模氢能发电

清洁可再生氢能源的利用被视为CO₂减排的一个重要途径，受到世界各国的高度重视。从电能到氢能再到电能的高效转换是氢能利用的核心技术之一。产业上大规模高效氢能到电能的转换技术需要100 MW以上的功率，而依靠目前的燃料电池技术难以满足。氢燃料燃气轮机可以实现大规模氢能到电能的转换，且转化效率会随着功率的提高而提高，将是一种重要的氢能发电技术。文章对氢燃料燃气轮机的性能特点、各国研究动态、机种类型和特点、输出功率和热效率、氨燃气轮机等进行了介绍，同时提出利用氢燃料燃气轮机实现从水到水循环的氢能利用系统的设想。     

编者按

近年来,能源问题已成为制约我国国民经济可持续发展的主要问题.人均能源资源占有量少、能源利用效率远低于先进发达国家是我国能源利用领域的现状,我国能源综合利用效率为32%,仅为发达国家的50%左右;总体热力发电效率为30%~40%,远低于国际先进水平.在全面实施可持续发展战略的今天,通过能量的合理利用来提高我国的竞争力已经成为人们的共识."国家十一五规划纲要"中已经将建设资源节约型、环境友好型社会定位为我国的一个重要能源战略.2007年3月5     

新的洁净电能 新的能源利用

<正>面对日益严峻的全球性能源危机,各国科学家都在积极寻找和研发新能源。不久前,我们还将风能、潮汐能、地热能等称为新能源,可日新月异的科学技术告诉我们,再过不久,这些能源就要被称为"旧能源"啦!向高空风要电能一个来自美国斯坦福大学的研究团队,通过长达27年对地球大气层中风能分布的观测研究,发现位于9700米的高空风能量密度最高,如果人们能成功掌控和利用这种高空风,那就可能意味着将获得一个取之不尽、用之不竭的电能来源。为了获得这一新能源,科学家们正在研     

高效四端钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳能电池

<正>随着能源需求的不断增长和化石能源的日益枯竭,清洁能源的发展正在受到越来越多的重视.其中,太阳能电池可将太阳光能转化为电能,作为一种高效、可靠、环保的清洁能源利用技术,将在未来的能源体系中扮演重要角色.近年来铅基卤化物杂化钙钛矿太阳能电池因同时具有高光电转换效率和潜在的低制造成本,迅速成为太阳能科学的前沿热点领域.单结钙钛矿电池的能量转化效率的世界纪录目前已达26.0%,     

弱力能源开发及其自供能环境净化效应

地球生态系统存在广泛且低功率无序的分散能量,包括水流弱力、磁力扰动和生物活动等,尚未得到有效开发利用.常规化石能源通过集中发电再分散利用,是低熵能源的高熵利用,而回收转化利用广泛分散的环境弱力,可以将高熵能量直接高熵利用,是能源生产途径和利用方式的重要变革.环境弱力能源按介质可分为固体振动、液体流动和气体扰动,以机械能为表观形式,可以通过材料转化为电能,并应用于地球生态系统的环境净化,具备能源开发和环境净化双重效应.新材料和新技术研发是弱力能源转化利用的基础,涵盖了微弱能量捕捉、高效力电转换、电能原位利用3个过程,其中压电和摩擦催化发展迅速,具有巨大的应用和发展前景.压电催化材料中,钛酸钡、氧化锌、锆钛酸盐和聚偏氟乙烯复合薄膜等在机械搅拌或振动作用下发生压电催化反应,实现污染物降解、杀菌和清洁等功能.摩擦催化材料中,氧化锌、硫化铬、钴酸镍等半导体和聚四氟乙烯等高分子材料可发生摩擦催化反应,实现环境净化等功能.弱力能源未来发展中,需要将压电和摩擦电催化过程中的电压与电荷量进一步提升,厘定电场、电荷交换界面和反应物共同作用下的电荷交换行为,实现反应环境与催化材料匹配度提升.在“双碳”目标下...     

高性能柔性碲化铋/碳纳米管复合热电薄膜

<正>热电材料是可将热能与电能相互直接转换的绿色能源材料[1,2],其能量转换效率主要取决于材料与器件性能,不依赖于能量体系的大小,因而在微小热源的回收发电、局部"热点"的快速精确制冷等技术领域具有显著的优势,在环境温差原位发电、低品位分散式热源利用、电子器件/微系统芯片温控等领域具有重要的应用.在实际应用中,     

喷墨打印技术在制备太阳电池中的应用

随着能源需求与消耗不断增加,新能源的开发和利用受到各国的重视.利用光生伏特效应直接将太阳能转化为电能的太阳电池成为国内外研究的热门项目.人们采用各种印刷技术用来制备太阳电池,其中,喷墨打印技术作为一种非接触式的数字成型技术,具有材料利用率高、低成本、适用于在柔性基底沉积等特点而受到广泛关注.喷墨打印技术被认为是新一代太阳电池制备技术.本文从太阳电池的构造入手,综述了喷墨打印技术制备太阳电池的最新进展,系统介绍了喷墨打印技术制备太阳电池金属电极、透明电极、吸收层等功能层的应用,并对该技术制备太阳电池的前景进行了展望.喷墨打印技术将成为太阳电池制备的重要技术.     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanicalsystems,MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanical systems, MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

节能的正确含义是什么?

当前,能源问题已成为突出的世界性问题.大家知道,解决能源问题有两条途径:一是开发新能源,特别是再生能源;二是节能.节能又包括两个方面的工作:一是杜绝浪费,二是提高利用率.目前我国平均的能量利用率大大低于其他的工业化国家.例如,日本的平均热效率为57%,美国为51%,而我国还不到30%.因此,在提高利用率方面,确实大有潜力可挖.关于提高能量利用率,我们可以采取两个方面的措施:一是不断提高能量转换、传递、储存和利用过程中的技术水平,以减少损失;二是加强节能的基础性理论研究,以更新当前(特别在我国)流行的节能的传统观点,从而对能量利用过程作出正确的安排.要节能,当然首先要弄清楚节能的正确含义:节能是不是就是节约能量,还是节约别的什么东西?弄清楚这一点之后,我们才能有目的地去进行工作.     

上海大学可持续能源研究院

正随着人类生活与社会文明程度的提高,各个方面对能源供给和生态环境质量的要求也日益加大,如何及时解决面临的能源与环境相关的经济技术挑战和难题,成为整个人类社会共同面临的重要课题。面对地球上不可再生化石能源的快速消耗以及其使用所带来的环境污染问题,采用节能技术高效利用现有能源,同时开拓和利用可再生能源,如太阳能、风能、水电能、生物能、地热能、潮汐能等,被认为是解决问题的关键。于是,     

我国能源的地质特征与前景

一、我国能源的供给和能源方针我国的能源方针是开发与节能并重。近期,要把节能放在优先地位。中国是能源消费大国之一。仅次于美国、苏联,居世界第三位。1981年,我国一次能源生产总量相当于标准燃料6.37亿吨。按人口平均并不算高,而且其经济效益有待大大提高。据统计,1980年我国国民生产总值每一亿美元消耗标准燃料为21.11万吨。1979年日本是4.35万吨;西德是4.86万吨;英国是7.31万吨;美国是10.65万吨。对比之下,我国单位产值的耗能,比日本高出3.8倍;比西德高出3.3倍;比英国高出1.8倍;比美国高出1倍。另外,从能源利用效率来看,也可看出差距。近两年来日本的能源利用率达57%,美国为51%,西欧在40%左右;而我国仅30%,使得大量的热量白白浪费掉了。又如,我国产油1亿吨,但1980年,其中的3400万吨被当成燃料烧掉了,这就是贵物贱用。以上数据说明,我国在节能方面有很大的潜力。     

钙钛矿太阳能电池中的卤素扩散平衡

<正>能源是人类赖以生存的物质基础,是社会发展不可或缺的基本条件.太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的可再生清洁能源,实现其应用发展可推动对化石能源的有序替代,缓解人类在化石能源枯竭和环境污染方面所面临的严峻问题.太阳能电池利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能,是太阳能利用领域中一种理想的转换途径.目前,太阳能电池技术已经历了三代的革新,主要包括晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、铅卤钙钛矿太阳能电池等.     

电催化与节能

生产的发展,要求日益增加能源的供给。由于能源开发周期长、投资大,节能技术已成为近期解决能源供求矛盾的有效措施,并以此而跃入国内外引人注目的重大科技课题之列。化学能直接转化为电能的方法,因不受卡诺循环的限制,转化效率理论上可高达90%。为人类登月飞行提供电源的氢氧燃料电池实际效率已达60%,而通常人们利用的热机过程最高效率也未超过40%。因     

氢能技术科技前沿与挑战

<正>氢能可再生、零排放且能量密度高,其开发和利用已成为新一轮世界能源技术革命的重要方向,也是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的重要路径之一.基于燃料电池技术,氢能未来将成为支撑可再生能源如太阳能、风能大规模利用的理想能源互联网媒介.美国、日本、德国、韩国等于21世纪初已将氢能产业提升至国家能源战略的高度,制定氢能发展政策,明确氢能产业地位,持续支持氢能技术研发,积极推动试点示范和多领域应用.我国在《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中明确将“氢能与燃料电池技术”列为15项重点创新任务之一.     

方兴未艾的太阳能电池技术

太阳能是取之不尽的清洁能源。目前利用太阳能转换为电能的主要方式是太阳能电池。太阳能电池技术的发展,科学家将其划分为三代。第一代太阳能电池,是人们今天普遍使用的架在屋顶上的单晶     

热能储存

为满足社会的需要,在住房冷、暖气供给,空间动力和公用事业设备等方面更有效地利用不损害环境的能源,热能储存起了十分重要的作用。无论何处都存在能的产生和利用的失配现象,热能储存将有助于热能的供给,提高热能的利用率。热能储存有三种基本形式(显热、潜热、和热化学),每种形式都可采用许多不同的工艺手段。人们一直在对这些工艺过程的子集进行研究开发,主要集中在住房冷、暖气供给,工业能源利用率,公用事业设备以及空间动     

十大环保技术拯救地球

风能 尽管一惯被人们视为一种不可靠的资源,但风能仍可能将会为人类提供30%的电力.当然,我们也需要正视它的不可靠性,因为并不是每时每刻都会有风.因此,我们需要想出更好的储能方式,以便存储由风力所产生的电能.此外,风能将来并不仅仅局限于当地利用,还可以分配和传送到其他州或国家.     

水蒸发驱动柔性自支撑复合发电碳膜

利用自然界中无处不在的蒸发作用,收集利用环境中总量巨大的低品位热能是一种新型可持续能源技术.本文制备了一种可直接通过蒸发驱动流动的方式将环境热能转化为电能的柔性自支撑复合碳膜.该复合碳膜由碳颗粒和玻璃纤维组成,具有类似钢筋混凝土结构,因而有良好的柔性和抗拉伸性能.一片尺寸为1 cm×4.5cm×0.13 mm的复合碳膜最高可获得~1 V的开路电压和~0.86μA的短路电流.通过放大面积,最高可得到单个器件~1 V的开路电压和~28μA的输出电流.复合碳膜的这些性质显示了其作为一种新型的可收集环境能源材料,在绿色可持续能源利用方面的应用前景.     

利用新能源自己发电

如果我们自己家里有一个小型的发电站,或许可以缓解停电带来的不便。更为重要的是,家用电站往往利用绿色能源来发电,经济而且环保。利用太阳能发电这项技术将多块太阳能电池板连接后,利用太阳光照条件产生电流,通过充电控制器和逆变控制器,将电能储存到蓄电池上,晚间可供电灯照明和家用电器使用。