可再生能源的基础科学问题及其相关技术

作者/来源：   日期： 2009-12-29   点击率：3244

    摘要 能源问题日益成为制约 21 世纪经济社会发展的全球性问题，减小化石能源用量、增大核能与可再生能源份额成为构建我国能源可持续发展体系的重要发展路径。本文介绍了以太阳能、生物质能、风能为代表的可再生能源当前重点关注的有关基础科学问题及其相关技术。  　　0 引言  　　能源问题是制约 21 世纪经济社会发展的全球性问题。随着我国经济增长方式的转变，能源问题也越来越成为影响我国可持续发展的关键性瓶颈问题，并成为广大专家学者关注、研究的热点问题[1-5]。2007年，我国一次能源生产量23.7亿吨标煤，消费量26.5亿吨标煤，二者均居世界第二[6]。鉴于化石能源逐步开始耗竭，大量使用化石能源引起的环境污染和气候变化问题日趋严重，自21世纪开始，全世界向可持续能源系统过渡的进程已经起步。我国有专家强调[7]，21世纪上半叶，我国能源战略必须走减小化石能源用量、增大核能与可再生能源份额的发展路径，积极构建能源可持续发展体系。而以太阳能、生物质能、风能为代表的可再生能源基础科学问题的研究，以及相应的技术问题探讨，使得这些可再生能源逐渐走向市场，正向人们展示美好的能源永续利用和可持续发展前景[8]。本文主要根据文献[9]内容，结合《科技导报》等科技期刊近3年来发表的有关可再生能源方面的研究成果，介绍以太阳能、生物质能、风能为代表的可再生能源当前受关注的有关基础科学问题及其相关技术。  　　1 太阳能的基础科学问题及其相关技术  　　太阳能是通过太阳内部由氢聚变成氦的原子核反应释放出的巨大能量，经向宇宙空间源源不断辐射而到达地球表面并被人类所捕获的能量。与常规能源相比，太阳能是人类可以利用最为丰富的、分布广泛的、且可再生的能源——相对于人类的有限生存时间而言，它在地球上的开发、利用基本上不受地域的限制，同时它又是一种对环境和生态均不产生负面影响的洁净能源。而要想有效地利用好太阳能，就必须解决太阳能的采集、转换、储存、输运等4个基本技术问题。  　　作为有望在未来社会能源结构中发挥更加重要作用的最主要的可再生能源资源，太阳能目前的主要研究领域包括太阳能光热利用和太阳能电池技术。前者主要包括太阳能集热器技术、太阳能制冷降温技术、太阳能热发电技术，以及太阳能光伏发电技术和建筑物太阳能利用技术等;后者主要包括太阳级硅材料制造和产业技术、商业化光伏发电技术、边远地区光伏发电实用技术等[8]。  　　人类最早认识和利用的太阳能转换手段就是光热利用，光热利用也是未来太阳能低成本、规模化应用的最重要的领域。然而，在这一领域，目前具有一定应用规模的还只有太阳能热水器，而其中中国对太阳能热水器的利用又居世界的首位——2006年我国共有3 000多家太阳能热水器生产企业，热水器保有量一直占据世界总保有量的50%以上[10]。在其他可以利用太阳能作为重要能源的场合，如采暖、空调、海水淡化、养殖、发电、制氢以及生物质燃料及其他形式能源转换方面，太阳能的应用还做得远远不够，关键的问题是缺乏能够使太阳能在能量转换过程中实现高效化、经济化的方法、设备和系统形式。因此，研究解决围绕太阳能转换利用的新设备、新工艺、新材料、新系统中的有关基础科学问题和相关技术问题，将有助于推进太阳能高效化、低成本、规模化应用，为发展和丰富太阳能转换利用方式提供科学依据，为实现能源结构的可持续发展提供持久的动力[9]。  　　文献[9]认为，太阳能光热转换利用领域今后发展的目标主要有：① 针对太阳能规模化利用所需要解决的太阳能热能转换利用的各个环节，以工程热物理和能源利用学科为基础，以材料科学、化学化工、建筑学等学科交叉研究为动力，以太阳能大规....