發布日期：2022-07-14 點擊率：69
從1859年美國人埃德溫·德雷克在賓夕法尼亞州打出世界第一口油井開始，人類進入了石油工業的時代。在這種粘稠的黑色液體之上，現代工業文明達到了歷史上人類文明難以企及的高度。經過數百年的鉆采，世界石油資源日益減少，國際上比較流行的說法是按照現有的開采速度，世界石油將在40年后枯竭。
石油越來越稀缺，石油價格反復動蕩，給工業的發展帶來了嚴峻的考驗。上世紀的兩次石油危機，以及近年來超過100美元的石油價格，都反復提醒著人們石油的稀缺性。和石油一樣，煤炭、天然氣等都面臨著枯竭的威脅，由于絕大部分電能來源于化石能源的燃燒，它們的枯竭也直接威脅到了電氣化時代的人類現代文明。
為了應對能源枯竭的威脅，世界各國近幾十年來在努力尋找能夠替代化石能源的新能源，風能、太陽能、核能、生物質能等等紛紛登上歷史舞臺。這些新能源都被稱作清潔能源，因為它們在生產或使用過程中產生的溫室氣體和污染物都大大低于化石能源。
未來20年，將是各種新能源與傳統能源同臺競技最為激烈的20年。科學技術的進步，推動新能源不斷突破已有的效率極限，使之更加高效、清潔和人性化。這場競賽，也很可能會催生新一輪的產業革命。
產業革命關鍵在于技術裝備革命。國務院副總理李克強在最近連續發表講話，強調新能源引領著新一輪產業革命的方向，蘊涵著巨大的市場空間。他認為，把新能源提高到國際競爭的戰略制高點的位置，抓住時機發展戰略性新興產業，是應對危機的重要舉措。
為此，《裝備制造》編輯部精選風能、太陽能、核能等幾大新能源領域，對未來20年產業發展提出大膽的猜想，新能源能否催生產業革命，我們拭目以待。
風電:全球風場想象
20年之后，當最后一噸煤燒完，地球會陷入黑暗嗎？至少丹麥是不會的，因為那時，這個國家的超過50%的電力來自風車的轉動。歐洲的其他國家也不會，因為他們都計劃建立多個大型海上風電場，這些不停轉動的風機為歐洲提供源源不絕的電力。
試想一下，當廣袤的大海上樹立著無數的風機，每個路燈邊上都安裝一個小型風機，所有狂風怒吼的高原都建立風電場，甚至，時不時有風箏一樣的，用繩索拴著的懸浮在空中的風機與飛機擦肩而過。如果將所有風能都利用起來，能滿足67億人的用電需求嗎？
海上風電的最終幻想
2008年依然是風電“爆發式發展”的一年，全球風電新裝機量達120.8吉瓦，同比增長36%。其中，美國、德國、中國、西班牙的貢獻最大。風電在持續升溫中，尤其在中國，2010年裝機1000萬千瓦的目標可提前完成。
全球風電井噴式發展除了受到環境污染的“逼迫”，更主要的原因就是風能資源儲量極為豐富，如果全數開發，其提供的能量非常龐大。
斯坦福大學的《氣候與能源》研究項目，利用來自美國國家氣候數據中心和預報系統實驗室最近5年的數據，評價全球潛在風力發電資源。《氣候與能源》對全球風能資源評估顯示，只利用20％的潛在的風力資源，發電量相當于2000年全球電力需求的7倍。
德國全球變化問題咨詢理事會（WBGU）2003年的統計顯示，全球潛在的陸上和海上風能資源達27.8萬太瓦時每年。報告預測，只有10～15％的潛在風能資源會被利用，即39000太瓦時每年，這個數字是目前全球用電需求的一倍以上。
倘若充分利用風能資源，滿足全球電力需求綽綽有余。但是，巨大的風資源并沒有得到多少實質的應用，風電一直被當做替補能源，發展速度緩慢。即使在風電倍受重視的德國和西班牙，風電也才剛剛滿足該國7%和10%的電力需求。
雖然隨處可見的大小風電機讓丹麥成為風車之國，也招攬了不少游客。但是已經有人對大規模陸上風電場提出了質疑——不但影響觀瞻，而且占地面積大。另外，在歐洲，良好的陸上風電資源越來越少，即使全部開發也很難滿足用電需求，開發成本也越來越高。
這些原因造就了海上風電，近幾年歐洲海上風電的發展迅猛，大有趕超陸上風電之勢。可能是因為本身資源不足，歐洲各國對海上風電前景十分看好。丹麥早在2000年就建成了世界上第一座商業化意義的海上風電場。瑞典、荷蘭等國也都積極建設海上風電場，并大筆投入資金。英國能源與氣候變化部（Department for Energy and Climate Change）的一項研究稱，在未來十年里，海上將新建5000～7000個風機，產生250億瓦的電量，相當于25個大型燃煤發電廠。
前幾年對風電關心不多的美國也表示，美國近海/離岸風電儲量可以滿足全國的電力需求。2009年5月，在德克薩斯州修建的全美最大的海上風力發電場的提案獲得批準。
中國海上風能儲量約為7.5億千瓦，相當于陸上風電儲量的3倍。2007年中國第一個海上風電場籌備，預計2010年能建成。
各種數據顯示，海上風電的時候到了。
相比陸上風力資源，海上風資源有幾點優勢：海上年平均風速比陸上年平均風速高25%以上；海平面的粗糙度比陸上小，風切變小，故可以在較低高度獲得更大的風速；海上風電場湍流強度小，具有穩定的主導風向，作用在風機的疲勞載荷小。
海上風電場投資成本一般比陸上風電場高出1倍以上，其中基礎、安裝、維護以及電網接入成本都高。隨著陸上風電場開發的增多，剩下的劣質資源增多，導致成本上漲。這時，海上風電成本高的劣勢減少，開辟海上風電是大勢所趨。
飄在空中的懸浮式風電機
當風機能上天入海
對資源豐富的風能善加利用即可解決電力供應問題，但是現在風力發電成本高讓風電成為電力行業的配角。歸根結底，技術才是解決成本問題的關鍵利器。
風力發電機按結構分，可分為兩類：水平軸式與垂直軸式。
風輪軸線的安裝位置與水平夾角不大于15度的風力機叫作水平軸風力機。其葉片翼形通常使用飛機翼形，它以類似螺旋槳式的葉片繞水平軸旋轉。這類風機的優點是它的風能利用系數較高。水平軸風電機是現在應用較廣泛的，它的形象：三張葉片支撐在一根高高的柱子上，幾乎是所有人心中風電機的樣子。現在世界最大的水平軸風機功率可達到6兆瓦，絕大多數電場安裝的都是水平軸風機。
風輪軸線的安裝位置與水平垂直的風力機叫作垂直軸風力機。其葉片繞垂直軸旋轉。它的優點：風輪可吸收來自任意方向的風能，而不需要跟蹤風向的迎風機構。最早的垂直軸風力發電機是一種圓弧形雙葉片的結構（Φ型），由于其受風面積小，相應的啟動風速較高，一直未得到大力發展。
2000年后，很多國家都開始研制H型垂直軸風電機，美國、英國、德國、奧地利、韓國等國家都已生產出樣機，功率都在10KW以內。由于H型垂直軸風電機設計結構采用了特殊空氣洞力學原理、三角形向量法的連接方式以及直驅式結構的原理，使得風輪的受力主要集中于輪轂上，因此抗風能力較強。H型垂直軸風機運轉時無噪音以及電磁干擾小等特點使它成為各國研究的熱點。業內人士認為，在風能資源不良地區安裝H型垂直軸風機可以解決局部供電需求。
考慮到空中風速比陸上高25%，前沿實驗室在研究漂浮式風機。這種風機像放風箏一樣浮在半空中，它的特點是對環境影響更小并且非常靈活。它的問題是，用來固定地面的長繩索有礙觀瞻，也可能影響航空秩序。渥太華的Magenn Power公司已經在進行第一臺漂浮式風機的實驗了。
現在建立海上風電場，需要把塔架深埋入海底，不僅耗時耗力，而且不易維修。挪威StatoilHydro公司計劃建設世界第一臺深水浮動風電機。這種風機利用電纜連接海底，深達170米，建成后可為1000家用戶提供電力。
無論陸上或海上風電，發展方向都是功率更高，對環境影響更小，更結實耐用。
新型垂直軸式風電機
被電網排斥的未來電力巨人
風速不穩定，產生的能量大小不穩定；利用受地理位置限制嚴重；轉換效率低等原因使風能利用在技術上有頗多障礙。
這些障礙中，負荷不穩定已經成為制約風電并網的因素，更導致不少建成的風電場無法并網。怎樣把用電低谷的電量儲存起來在高峰時期用是必須解決的問題。能源互補發電系統是目前應用較多的解決電網負荷峰谷峰底的差異的辦法。但是，想要直接并且更高效地利用風能，需要經濟實用的風能儲能系統。通過合理的設計與調度，風能儲能系統能夠給風電場的穩定運行以及提高整個系統的經濟性提供保障，從另一方面也更能促進風電的大規模開發，進一步降低成本。
近年來，雖然風電在中國增長迅速，但是其地位還遠沒有改變。用可再生能源學會風能專業委員會副會長施鵬飛的話說，只是個“點綴”，即使到2020年風電裝機容量達到1億千瓦，也只占總裝機量的3%。目前制約中國風電發展的一個主要原因是，風電并網困難的問題不是短期可以解決的，需要系統性的規劃。
風電并網對電網的影響表現在：對電網穩定與暫態運行質量的影響；因風速隨機性分布，導致風電功率的隨機變動，加大電網負荷調節負擔。對電網公司而言，風電這樣不穩定的電源就是“麻煩”。
在歐洲國家對風電的大力支持與研發投入始于1980年代，如德國、丹麥等國。這些國家對風電的利用特點是，采取短途輸送和近負荷中心利用。因此沒有出現電網建設滯后與裝機容量增幅過猛的矛盾。
除了分布式電源輸出方式外，歐洲國家還實施強制性政策支持風電發展。例如，德國在1991年1月實施的《強制購電法》（EFL），要求經營實體至少為電力付90%的零售額（除去15%的稅）來將風力發電納入到系統中。明確了“強制入網”、“全部收購”、“規定電價”三個原則。在2000年的《可再生能源法》進一步規定，電力運營商必須無條件以政府制定的保護價，購買利用可再生能源產生的電力，同時有義務以一定價格向用戶提供可再生能源電力，政府根據運營成本的不同對運營商提供金額不等的補助。
雖然暫時風電比例高的國家沒有遇到電網與裝機量的矛盾，但是，發展海上風電勢必會帶來類似困難。海上風電與中國目前風電資源情況相同，都處于遠離負荷中心，而這些地區恰恰是電網的薄弱環節，即風能資源與用電負荷地域不匹配。
施鵬飛認為：“風電間歇式發電特點對電網容納能力提出挑戰，技術上和調度管理上迫切需要研究。”
自1980年代以來，陸上風電成本降低了80%，美國資源優良地區的風電成本降至每度電7美分。各國對海上風電的投資越來越多，研究屢有突破，已經有了明確的發展目標。相信隨著技術升級，風電成本會繼續降低，屆時，風電必將躋身主力電源陣容，成為主要電力供應方式。
solar-tower，因為清潔環保可再生，太陽能成為傳統能源的理想替代者
利用太陽能發電、燒水這對你來說可能早已是司空見慣的事情。但你見過有人駕駛著靠太陽能電池提供動力穿越歐洲的飛機嗎，這可真的是絕對超乎人們的想象，可瑞士人研制的“追日者二號”借助太陽能維持高度在空中飛行已經變成了現實。
但你想過有朝一日，人類真的可以在空間取得能源嗎？美國科學家就提出在地面建造太陽能衛星，然后用火箭把他們發射上天，衛星通過微波束把太陽光轉換的電能送到地球上來。而地球只需在荒無人煙的沙漠、浩瀚無邊的大海上矗立起天線方陣接收就是了。可是何時才能進入能源全靠太陽能的“太陽城”，這對我們來說還是個遙遠的夢想……如果連這些也成為現實的時候，或許化石能源就真的沒有用武之地了。
原來人類不僅需要太陽神阿波羅的光明，也希望阿波羅把能量也一并賜予。阿波羅做到了，可是人類還在努力尋找打開這個“禮物”的鑰匙。
提高光伏電池的轉換率
從以硅片為基礎的光伏電池到高效率的薄膜電池，光伏電池已經發展到了第三代，不僅減少了半導體材料的消耗，基于薄膜技術的第二代電池還可以形成批量自動化生產，大大降低了光伏電池的成本。
電力系統國家重點實驗室副主任趙爭鳴認為，“高轉換率的薄膜電池還能通過較少非光能耗，增加光子的有效利用及減少電池內阻，光伏轉換效率的上限將有新的提高。”
據了解，目前我國商業化生產的單晶硅、多晶硅和非晶硅電池的效率分別為11%～14%、10%～12%和4%～6%，要比發達國家低出1～2個百分點。目前因為多晶硅光伏電池比單晶硅電池的材料成本低，成為世界各國競相開發的重點。
而國際上現已開發出電池效率在15%以上、組建效率10%以上和系統效率8%以上、使用壽命超過15年的薄膜電池工業化生產技術。化合物太陽電池（如銅銦鎵硒）也以其轉換效率高、成本低、弱光性好及壽命長等優點成為新一代光伏電池發展的方向。
如果你欣賞了第三屆國際太陽能光伏大會上的新技術就不會驚異于以上的成績了，在這次亞洲最大的光伏展上可以目睹世界上光伏領域的前沿技術：美國一家公司推出的全球第一條也是唯一一條在2.2×2.6米的超大玻璃基板上制造薄膜硅太陽能電池組件的生產線的雙結膜技術，其面積是目前太陽能電池生產中所使用的最大基板的4倍。
而由林洋新能源光伏研發中心成功研制出長壽命低衰減晶體硅太陽能電池也吸引了眾多人的眼球，這款電池10年內衰減僅為5%，正處在中試線試驗生產階段，如果能大規模應用，其技術將創世界之最。
另外一個讓人頗為感興趣的是由臺灣宇通推出的可捕捉紅光降低成本的“端對端微晶硅疊層”技術。這是一種獨特的工藝，屬于獨有的微晶硅疊層工藝。也就是要在非晶硅層上增加第二個微晶硅的吸收層，因為能夠吸收光譜中的紅光和近紅外線的光能，將能大大提高太陽光能的利用率，最終使得光電轉換效率比單純的非晶硅電池高出50%之多。
僅僅這些還不夠，中國現已研發出便宜高效染料太陽能電池，技術進步的關鍵是一個新的有機染料分子，有機染料比釕化合物更豐富更便宜得到，因此減少了制造電池的成本，這些都是目前能看得見的技術。不斷出新，人類實現“太陽城”的愿望也越來越近。
光伏電池是太陽能光伏發電系統中基本核心部件
讓太陽無處不在
你相信電可以在空氣中傳導嗎？這已不僅僅是個構想。一位曾供職美宇航局的科學家約翰曼金斯利用無線電波，將太陽能在夏威夷兩個島嶼之間傳輸了148公里的距離。他宣稱，實驗成果證明這一技術可以將太陽能從衛星傳回地球。
也許是由于島上的接收站太小，只有千分之一的能量被接收到。盡管接收站接收的能量極為有限，但曼金斯認為地面實驗證明通過大氣層傳輸太陽能是可行的，而快速、經濟有效地傳輸太陽能也是可能的。
至于何時要把實驗室里電在空氣中傳導的技術產業化可能還是一個未知數，但是世界上最大的太陽能發電站卻要在不久的將來問世。據稱澳大利亞將建世界上最大的太陽能發電站，它的規模相當于目前世界上最大的太陽能發電站的3倍，而屆時澳大利亞將形成一個覆蓋全國的太陽能能源網絡，成為世界上首屈一指的清潔能源國家。
太陽能光伏發電要想大規模應用，趙爭鳴認為需要解決光伏電池提高光電轉換效率和降低生產成本這兩大難題。
“而且光伏并網系統的電能轉換效率要大大高于獨立系統，成為光伏發電的最合理的發展方向。”趙爭鳴認為，未來十年的研究趨勢是構建簡單、經濟、實用的小規模光伏發電系統網絡，這對太陽能光伏發電的大規模應用十分有利。
而在中國可再生能源常務理事崔容強的眼里，人類未來理想的太陽能供電模式是可以滿足任何地區能源需求的分布式供電網。
為了實現大規模的應用，各國都在提升采用新技術電池的生產能力。日本夏普公司正擬建1GW的硅薄膜電池生產線；美國Fist Solar擬建1GW碲化鎘電池生產廠。而世界光伏業著名雜志《光子世界》預計2011年全球光伏電池的產量將達到,2010年晶體硅光伏組件的成本可以降到1.0～美元/W。
業內的很多專家認為在現階段給太陽能發電高價補貼不如把更多的錢投入到技術研發上，爭取技術上的突破，另外技術研發的高價補貼有利于引導企業向技術密集型方向發展。如果技術難關攻克，等成本降下來的那一天，你或許就能看到太陽能電動飛機、電動汽車滿世界跑，哪怕是陰天也一樣能自由行駛。
業界展望
想象終歸是美好的，現實中太陽能技術也取得了不小的成績，“最近兩年光伏電池進步主要集中在高效率、大面積、薄片化、大規模自動化生產，以及薄膜光伏電池的產業化等方面。” 中國可再生能源常務理事崔容強認為。
技術盡管在不斷地進步，“但是短期之內新能源代替不了傳統能源，這需要一個漫長的過程。”中華全國工商業聯合會新能源商會副秘書長賈德琴告訴記者。
國際能源組織（IEA）曾對太陽能光伏發電的未來發展做出了如下預測：2020年世界光伏發電的發電量占總發電量的1%，2040年占總發電量的20%。作為一種環境友好并能有效提高生活標準的新型發電方式，太陽能光伏發電看來是寄予了人們深厚的期望，讓這個時代來得盡可能早些吧！
新能源是媒體關注的焦點，而核電則是焦點中的焦點，國家正式確立的2020年4000萬千瓦的核電裝機容量預示著這個產業巨大的發展空間。然而，核電揮之不去的神秘色彩，又讓這場巨大的能源變革遠離了公眾的視線。在不為人關注的核世界中，諸多的技術流派你追我趕。或許，這場象牙塔里的風暴能夠在20年后帶給人類像原子彈般劃時代的劇變，徹底終結人類能源的緊缺問題。
終極能源——核聚變
地球的生命來自于太陽，太陽的能量來自于核聚變，這就是可控核聚變被喻為“人類終極能源解決方案”的原因。每克氘聚變時所釋放的能量為5.8×108kJ，大于每克鈾235裂變時的8.2×107kJ。另外，核聚變沒有放射性污染，沒有難以處理的廢料，并且海水中的氘非常豐富且容易提煉。但是，從理論上講，克服氘核間的巨大斥力需要數億度的高溫，以及足夠高的粒子密度和持續時間，這就是可控核聚變最關鍵的技術難點。
由于實現可控聚變的條件十分可觀。因此，聚變能源的開發和應用，被認為是人類科學技術史上遇到的最具挑戰性的特大科學工程。為此，1985年，美蘇首腦在日內瓦峰會上提出建造國際熱核聚變實驗堆（ITER，International Thermo-nuclear Experiment Reactor），該提議經過多年的演進，如今成為由中國、美國、歐洲、日本、俄羅斯、韓國和印度七國組成的國際組織。與此同時，各國也在獨立研發核聚變，力爭占據優勢地位。
ITER計劃預計耗資100億美元，設計聚變功率50萬千瓦，等離子體持續時間大于500秒。ITER將綜合演示聚變堆的工程可行性、進行長脈沖或穩態運行的高參數等離子體物理實驗。各國科學家寄希望于這座核聚變堆在受控核聚變攻關中實現質的飛躍，證實受控核聚變能的開發在技術上和工程上的現實性。如果實驗堆ITER如期建成，則一座電功率為百萬千瓦級的示范核聚變電站可望在2025年前后建成，并于2050年左右實現商用化。
據核工業西南物理研究院的馮開明介紹，在典型的托卡馬克裝置上，聚變燃料已可被加熱到2～4億度的高溫，表征聚變反應率最重要參數（聚變三乘積）已達到115×1021keV/m3s，人類已經看到了實現聚變能源的曙光。
目前，國內的核聚變研究以核工業西南物理研究院和中科院等離子體所為主，分別進行固態和液態ITER-TBM的設計與前期技術研發工作，正在為發展聚變示范堆DEMO奠定堅實的技術基礎。以正在運行的中國環流器二號A (HL2A)和即將建成的EAST兩個聚變裝置為代表，我國磁約束核聚變研究已經躋身于世界中等規模實驗裝置的行列，綜合實力和科學技術達到和接近了國際水平，大大提高了中國聚變研究在國際上的地位。
三代方興四代又起
中國的核電中長期規劃雄心勃勃，不僅要實現龐大的裝機容量，而且還要率先采用第三代核電技術中的AP1000技術。AP1000的引入，給緩慢發展的中國核電產業帶來了顯著的影響，一方面有關二代加和三代核電技術的技術路線爭議還未停歇，另一方面核電產業格局也因AP1000與國核技的出現發生結構性的變化。
實際上，越過這場爭論與變化，世界核能利用技術的發展已經遠遠超過了國內公眾的認識，三代核電技術產業化剛剛興起，四代核電技術的產業化就已經提上了國際業界的議事日程。
1999年11月召開的美國核學會冬季年會上，美國能源部明確提出第四代核能系統的設想。根據這個設想，世界上第一批商業應用的原型核電廠為第一代，如Shipingport等；60年代至80年代世界上大批建造的核電廠為第二代；80年代開始發展90年代投入市場的先進輕水堆核電廠，如ABWR，System80+，AP600和EPR為第三代。美國將在2020年或之前，向市場提供經過驗證的成熟的第四代核電廠，以替代美國退役的核電容量。
據核電專家李爾康介紹，目前有關各界對第四代核電的認識較為一致，主要的關注和要求如下：
（1）基礎電力成本必須具有與其他電力資源相競爭的價格競爭力。
（2）新建投資從現在的1500～2000美元/kWh 減至1000美元/kWh，時間為3～4年。
（3）針對公眾對核電站和核燃料循環的安全顧慮，必須繼續確保足夠的可靠性。
（4）必須從最初開始就對從采礦到反應堆運行、廢物處理，再到反應堆解體等所有過程加以考慮，尤其是在所有廢物的流程中，應有徹底解決的方案。
（5）利用反應堆本身特性，將來自核燃料循環的回收物質用于核武器之路完全堵死。
具有國際權威的第四代堆國際論壇（GIF，Generation IV International Forum）在2002年7月巴西Rio de Janeiro的GIF會議上，確定了6種第四代堆概念，以滿足對第四代核電的要求。這些堆型包括：
（1）超臨界壓力輕水堆（SCWR，Supercritical-Water-Cooled Reactor System）
（2）鈉冷卻快堆（SFR，Sodium-Cooled Reactor System）
（3）鉛合金冷卻快堆（LFR，Lead-Cooled Fast Reactor System）
（4）超高溫氣冷堆（VHTR，Very-High-Temperature Reactor System）
（5）氣冷快堆（GFR，Gas-Cooled Fast Reactor System）
（6）熔鹽堆（MSR，Molten Salt Reactor System）
除了這6種堆型之外，GIF還在這次會議上確定了5種國際短期推廣堆（INTD）以滿足短期核電市場的需求。
單純從發電效率的角度來看，第四代核電的冷卻劑出口溫度都超過了700℃，高溫氣冷堆甚至能夠達到950℃，這將極大地提升核電站常規島機組的發電效率。中國在第四代核電技術研發上，已經建立了清華大學10MW高溫氣冷堆并于2003年1月7日實現并網發電，是世界首座投入運行的模塊式球床高溫氣冷實驗堆。
安全無止境
在中國，核電仍然是神秘的，在公眾心目中它始終與原子彈、蘑菇云脫不了干系。實際上，從核電技術誕生之初，人類就將安全性放在超越一切的首要地位，并通過不斷的改進以實現更高的安全性。未來的核電系統的安全性，將更加值得信賴。
核電的安全性主要涉及反應堆熔化、主設備維護和乏燃料處理三部分。
歷史上曾經發生的切爾諾貝利核電站事故和三里島事故，都是反應堆堆芯熔化引發的。從那以后，無論是二代加還是三代核電技術，在設計之初就考慮了增加安全裕量、更堅固的安全殼、“非能動系統”等強化的安全系統、先進的人機接口等因素，大幅降低了堆芯熔化的頻率。
以高溫氣冷堆為代表的先進反應堆，能夠實現“自動冷卻”，即在冷卻劑完全流失、主傳熱系統功能喪失的條件下，仍能保證堆芯燃料的最高溫度低于1600℃的設計限值，從而基本上排除堆芯熔化的可能性。其他先進核電技術，也基本上采用了“質變替代量變”的設計思路。
利用核能發電的歷史已經超過40年，早期核電站由于設計和材料工藝等的局限，部分設備和材料需要及時維護，即使蒸發器這樣數百噸的大家伙也不例外。這種維護需要經驗豐富的無損檢測人員，以及相應的專業化設備。在這方面，國內無損檢測人員數量不足，隊伍不穩定，且缺乏相當的“實戰經驗”。隨著核電站數量的增長，這方面的工作遲早要成為中國核電產業的重點之一。
乏燃料是燃燒過的核燃料，其中含有裂變產生的放射性同位素，其中有很多元素的半衰期長達十萬年至百萬年，按照常規的處理方式，除了密封深埋沒有別的辦法。現在，已經有能夠增殖核燃料的快中子反應堆和加速器反應堆等技術路線，有效緩解了乏燃料的處理問題。從長遠來說，通過分離-嬗變將核廢物轉變為非放射性物質則是核廢物最終處置的根本途徑。
目前，全球核能伙伴計劃（GNEP）在處理乏燃料，遏止核擴散方面已經有成形的國際框架，更多地從政治角度幫助解決核能利用的安全問題。
全世界的核電
核電技術的進步有一個鮮明的特點，就是國際合作。國際原子能機構（IEAE）、全球核能伙伴計劃（GNEP）、第四代堆國際論壇（GIF）等國際組織的興起，表明核電技術的進步和產業的發展，與傳統高科技有本質的不同，其核心宗旨之一就是國際合作，從全人類的高度關注和解決發展中的問題。
以安全為例，關起門來搞核電的觀念在國際核電界是不受歡迎的，因為核安全事關人類整體的利益，任何國家和民族都沒有能力單獨承擔核安全的責任，國際原子能機構對世界各國核機構的監管正體現了這一點。
現階段，核電仍然是象牙塔里的風暴，公眾的影響力仍然有限。20年后的未來，世界各國公眾對核電更廣泛的參與，必將促使這一產業健康地發展。
運用波浪能的紅色海蛇
越來越多的企業關注海工裝備，這也預示著人類終于把眼光放在了占地球面積70%的海洋上，并且開始行動了。海洋工程在人們的腦海里第一印象可能是，深海石油，海底電纜，跨海橋梁等等，其實海洋是一個巨大的能源寶庫，除了可燃冰、深海石油等化石能源或者氘氚類的核能，海水本身所蘊含的能量也是非常可觀的。
試想一下，如果把海水每天吸收的熱量，每次運動產生的動能都收集起來，那會對人類產生怎樣的影響？根據聯合國教科文組織1981年出版物的估計數字，海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦，根據預測，到2010年，電力裝機容量最大的中國的裝機容量還不足10億千瓦。所以，海洋依然蘊藏著巨大的能量，等待人類的開發。
鹽差能
海水中鹽的平均含量是3.5%左右，但在不同的海域這個數值是不同的，因此有人想到了利用海水含鹽量不同所產生的能量——鹽差能。
鹽差能是一種利用兩種海水之間含鹽濃度不同的化學電位差的能量，在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差，一般海水含鹽度為3.5%時，其與河水之間的化學電位差有相當于240米水位落差的能量密度。如果將這個壓力差利用起來發電的話，從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發千瓦時的電。有科學家估算，全球海洋鹽差能的輸出功率可達到35億千瓦。而且，大部分海水在循環中會得到不斷的更新和補充。在鹽度高的海域，如死海，蘊藏的鹽差能更大。
鹽差能雖然無窮無盡，但捕捉實施起來非常困難。一種利用方法是，在海水與淡水之間設一層只能通過水而不能通過鹽分的半透膜，利用半透膜兩邊的滲透壓帶動電機發電。另外一種鹽差能利用方式為蒸氣壓式鹽差能發電系統。在同樣的溫度下，淡水比海水蒸氣發得快。因此，海水一邊的蒸氣壓力要比淡水一邊低得多，于是，在空室內，水蒸氣會很快從淡水上方流向海水上方。只要裝上發電機，就可以利用鹽差能進行工作。
雖然從1977年起就有科學機構開始研究，ABB、阿爾斯通也曾經投資過，但是一直沒有太大進展，原因就是成本太高，行進困難。
溫差能
海洋是個巨大的容器，得到太陽照射的海水表面溫度可到30攝氏度，與海底深處閉不見光的海水溫差可達到20多攝氏度。早在1881年，就有科學家提出利用海水上下層溫差的理論。1930年和1935年Georges Claude在古巴和巴西建了兩個溫差能電廠，但都被臺風和暴雨摧毀。之后，1974年成立的美國夏威夷自然能源實驗室是目前全球溫差能的前沿領袖。
溫差能能通過海洋熱能轉換產生能量，是利用熱泵的原理來實現能量的轉換的。溫差能實施通過低壓容器使海水蒸發帶動發動機，或者利用海水使低沸點液體蒸發帶動發動機。前者在開放系統中完成：水從海洋中來，經過能量轉換過程再流回海洋。后者在封閉系統中完成，工質循環使用，不流入大海。現在還有機構研究混合系統，該系統中，海水先通過低壓容器蒸發，再轉換到裝有低沸點液體的容器內使其蒸發，最終驅動發電機。
1999年，美國夏威夷自然能源實驗室研制的250千瓦的溫差能封閉式循環電廠通過測試，并投入使用。1993年5月，在夏威夷的Keahole Point，一個50千瓦的開放式溫差能電廠通過實驗。
洋流能
潮漲潮落，海水在不斷運動，川流不息中產生了巨大能量，這就是洋流能。洋流能的能量是因水體溫度差以及地球自轉產生的。當潮汐在經過島嶼或者是狹長水道的時候也會形成流速較高的洋流，這類洋流又稱為潮汐流。洋流能與潮汐流能產生原因不同，周期不同，但是利用方式基本相同。
洋流能與潮汐流能在現階段是經常被提起的。ICB Energy Service公司技術總監說：“潮汐流能或者叫洋流能，應該能夠解決中國現在沿海一些地區的能源緊張情況，因為中國的沿海地區經濟較為發達，并且他們擁有別的地區所不能比擬的優勢——就在海邊。”相關人士表示，潮汐流能可以受益于現在的風能產業，因為從某種意義上講，潮汐流能設備就是風電站的海洋版。
其中Sea Generation公司的Seagen設備最為成熟，已經在英國的海邊建立了他們的第一臺MW級設備。這里要提到的是，可能由于英國島國的性質，英國歷來都對海洋情有獨鐘，所以世界上較為成熟的技術現在基本都掌握在英國人的手中。或許在未來海洋強國又要回來了。
挪威在上個世紀末就已經建立了世界上第一個并網的潮汐流能發電設備，該設備就是在一個金屬四面體的頂端加載了一類似風電透平的裝置來捕獲能量，但是這個設備的主要問題在于維修時比較困難。
潮汐流類產品基本可以分為樁式以及錨式兩種，從各個研究機構的設計看來，現在的主要問題集中在如何把發電設備固定在海洋里。例如，TIDL是一種小型的實驗設備，它通過類似于錨的系統固定在海床上，發電端類似于氣球一樣漂浮在海水里，這樣設計的好處是，該設備可以應用在較深的海水里，同時維修的時候較為方便。同樣理念也應用在ICB Energy Serivce公司的產品里，Seapower也是一種采用懸浮理念的產品，吸收了中國風箏的原理的一種應用，這樣該產品就可以較為簡單地應用現在的海洋固定系統的設備。
波浪能
海洋動能的另一種表現形式是波浪，波浪能是水體表面運動產生的能量。人類對波浪的關注已經有2個世紀了，到1960年代日本利用波浪發電引起了廣泛注意，之后挪威和英國都開始研究波浪能發電。
波浪能發電需要將波浪的動能捕捉，然后再轉換成電能。利用波浪能的設備有很多種設計理念，但是都要通過一種中間工質將低密度的波浪能轉化為可以被渦輪轉化的能量。其中一種叫“海蛇”的實驗設備比較有特點。
顧名思義，“海蛇”是由象蛇一樣連接的數個漂浮物連接在一起，浮體在波浪的作用下相互之間會有彎折的動作，那么隱藏在兩個浮體之間的連接機構通過這種相對運動驅動液壓油，高壓的液壓油再驅動發電設備來發電。還有一種岸基的波浪能發電裝置，就是利用波浪的往復式運動來壓縮或者稀釋空氣，再由空氣壓力差的變化，推動活塞或者是透平來發電的模式。
總體而言，無論哪種海洋能利用方法都還在襁褓之中，距離商業化利用還有很遠的距離。100多年前就有科學家對溫差能和鹽差能躍躍欲試，可成果微乎其微。也有環保人士提出，溫差能、鹽差能這類海洋化學能的大范圍推廣會對海洋大環境產生影響，不宜過度開發。相對而言，海洋動能現在更加受到重視，進展很快。因為對于洋流能以及潮汐能的利用與風電的原理類似，相當于“海洋版”的風機。
生物質能：未來石油農場
在國內，相比其他被炒作得炙手可熱的新能源，生物質能應用仍舊不溫不火。現階段國內生物質能應用的主要目的是縮小城鄉差距，應用方式仍以傳統的沼氣和秸稈燃燒為主。在時髦的生物燃料方面，研究和產業化進展都難與美國、巴西等相比。
盡管如此，生物質能應用仍然充滿了活力，不斷涌現的新技術或許能夠給這一領域的開拓者們帶來光明的未來。
能源農場
石油是遠古時期生物遺骸經過數百萬年形成的，如果這一時間縮短到幾年甚至更短，那將對現有能源體系產生難以估量的影響。有幸的是，科學家正在不斷取得令人驚喜的成就。或許在未來，人們就能夠像種莊稼一樣，在自家的農場里種出替代石油燃料。
巴西熱帶雨林有一種叫做“香膠樹”的植物，只要在樹上挖個洞，油就會流出來，每日出油量高達25千克。美國的“黃鼠草”及西海岸的巨型藻、澳大利亞的叢粒藻等也都能提煉出石油，且產量不低。中國同樣不乏石油植物，如海南的油楠樹，每日能產“柴油”10～15千克。
在學術界，把這些植物統稱石油植物。嚴格地說，它們產生的并非真正的石油，而是替代燃料。利用生物技術的進步，人類不斷提升著石油植物產油的效率。以美國為例，可再生能源國家實驗室（NREL）制成的一種“工程小環藻”，在實驗室條件下脂質質量分數達60%以上，每英畝可年產約6400～16000升柴油。在國內，中科院上海植物生理生態所、廣州能源所、華南植物園等也在積極研發耐鹽抗旱的石油植物。
垃圾終結者
巨大的、散發著臭味的垃圾填埋場，是現代人類文明的標志之一。在中國，城市垃圾年產量超過1億噸，且以每年8%的速度增長。全國660座城市當中，1/3被垃圾包圍。在首都北京，每年都會再造一座占地36公頃、高40米的垃圾山。
生物質能發電技術的進步，為解決這一難題提供了有效的解決方案。垃圾發電已經有60年的歷史，主要通過垃圾分類處理和專門的焚燒凈化設備，來實現垃圾的充分燃燒和高度的環保性。
由于垃圾燃料具有一定腐蝕性、水分大、熱值不穩定的特點，使得垃圾鍋爐及其燃燒設備在設計上有一定特殊性。目前，垃圾鍋爐已經應用到了流化床、旋轉燃燒等先進的燃燒技術。其中，流化床技術以其對燃料的高度適應性，以及能完全燃燒各類城市垃圾或有機的工業垃圾的優點備受青睞。
在廢氣處理方面，更先進的燃燒設備、硫化物、氮化物和堿性吸附劑等的應用，都大大抑制了以二惡英為主的垃圾焚燒廢氣。在英國，1999年垃圾發電排放的二惡英已經減少到總排放量的1%以下，遠低于農作物秸稈露天焚燒和家庭生活用火等燃燒過程。
截至2007年底，全國垃圾發電廠總數已達75座。盡管投資動輒上千萬甚至數億元，隨著城市垃圾的快速增加，垃圾發電產業仍然可能加速發展。
進化依然漫長
生物質能源盡管具備種種優勢，但受制于自然稟賦、儲運手段和成本的限制，不可能像火電和水電那樣實現集中、穩定的大規模應用。另外，受石油價格波動以及其他新能源技術競爭的影響，生物質能在整個能源結構中仍然可能長期保持邊緣地位。
空氣壓縮動力車
電力生產過程通常分為采、發、輸、配、用五大環節。但近年來隨著國家節能減排政策的實施，“儲能”這一不為人們熟悉的名詞出現的頻率越來越高。可以預期，儲能將會成為電力生產的第六環節。
儲能技術還有利于新能源更高效地應用。目前，新型潔凈能源主要包括風電、光伏發電、潮汐等。但這些能源也有著天生的缺憾，它們均具有間歇特性和不可控性，易受氣候和天氣影響，發電功率難以保證平穩，而我們知道電力系統要求是供需一致，電能消耗和發電量相等，一旦這平衡遭到破壞，輕則電能質量惡化，造成頻率和電壓不穩，重則引發停電事故，因而直接并網可能會給電網運行帶來影響。在風力發電、太陽能光伏發電或者太陽能熱發電等新能源發電設備中都配備有儲能裝置，在電力充沛時，多余電力可以儲存起來、在晚上、弱風或者超大風發電機組停運或者停運機組過多，發電量不足的時候釋放出來以滿足負荷需求，就有助于順利解決類似問題。
超級電容器儲能
超級電容器（super capacitor）又稱超大容量電容器、金電容、黃金電容、儲能電容，是介于電容器和電池之間的儲能器件。它既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電化學電池的儲能機理。
超級電容器是建立在德國物理學家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎上的一種全新的電容器。超級電容器與常規電容器相比，具有更高的介電常數，技術難點在于耐壓能力仍然不夠高，雖然說比起常規電容器，超級電容器的耐壓水平要高很多，但是仍然不夠高，目前即使是陶瓷超級電容器的耐壓水平最高也只能承受1千瓦左右。如果能解決耐壓能力這一技術難點，超級電容器的容量將大大提高。
之所以在名字里加上super（超級），就是因為這種電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統的電容器和二次電池相比，超級電容器儲存電荷的能力強，并具有充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。
這些特點讓超級電容器與氫動力汽車、混合動力汽車和電動汽車的發展密切相關，與燃料電池、鋰離子電池等能量供給器件相結合，能夠滿足車輛啟動、爬坡等條件下的瞬時高功率需求，又可延長電池的循環使用壽命，實現電動車動力系統性能的最優化。超級電容器能起到功率調節作用，而且還可作為太陽能電池和風力發電的儲能系統，白天儲存太陽能電池和風力發電產生的電能，夜間提供照明等所需的能量。
超導飛輪儲能
“飛輪”這一儲能元件，已被人們利用了數千年，從古老的紡車，到工業革命時的蒸汽機，以往主要是利用它的慣性來均衡轉速和闖過“死點”，由于它們的工作周期都很短，每旋轉一周時間不足一秒鐘，在這樣短的時間內，飛輪的能耗是可以忽略的。現在想利用飛輪來均衡周期長達12～24小時的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了，能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力。再一個問題是常規的飛輪是由鋼（或鑄鐵）制成的，儲能有限。例如，欲使一個發電力為100萬千瓦的電廠均衡發電，儲能輪需用鋼材150萬噸！另外要完成電能機械能的轉換，還需要一套復雜的電力電子裝置，因而飛輪儲能方法一直未能得到廣泛的應用。
為進一步減少軸承損耗，人們曾夢想去掉軸承，用磁鐵將轉子懸浮起來，但試驗結果是一次次失敗。后來被一位英國學者從理論上闡明物體不可能被永磁全懸浮（Earnshaw定理），頗使試驗者心灰意冷。出乎意料的是物體全懸浮之夢卻在超導技術中得以實現，真像是大自然對探索者的慰藉。
超導磁懸浮原理是這樣的：當我們將一塊永磁體的一個極對準超導體，并接近超導體時，超導體上便產生了感應電流。該電流產生的磁場剛好與永磁的磁場相反，于是二者便產生了斥力。由于超導體的電阻為零，感生電流強度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對上下左右的干擾都產生抗力，干擾力消除后仍能回到原來位置，從而形成穩定的磁懸浮。若將下面的超導體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產生斥力，故永磁懸浮是不穩定的。
利用超導這一特性，我們可以把具有一定質量的飛輪放在永磁體上邊，飛輪兼作電機轉子。當給電機充電時，飛輪增速儲能，變電能為機械能；飛輪降速時放能，變機械能為電能。
氫儲能
氫儲能在電力供過于求的時候采用電解水的方式獲得氫，然后低溫液態存儲起來，在需要的時候通過燃燒產生能量，氫也是燃料電池的主要燃料之一。目前氫能的生產成本是汽油的4～6倍，其運輸、存儲、轉化過程的成本也都較化石能源高。有人提出利用太陽能、風能和水能發電電解水，真正實現新能源產生新能源，并達到儲存能量效果，真正實現“清潔能源的可持續利用”。
這種儲能系統需與燃料電池聯合應用。在系統運行過程中，當負荷減小或發電容量增加時，將多余的電能用來電解水，使氫和氧分離，作為燃料電池的燃料送入燃料電池中存儲起來；當負荷增加時或發電容量不足時，使存儲在燃料電池中的氫和氧進行化學反應直接產生電能，繼續向負荷供電，從而保證供電的連續性。
雖然作為一種能量載體，氫運送最終能源的效率只相當于電力的一半。報告的有關數據顯示，利用氫傳送能量，能源量損耗率達到%，只有%原始能量被保留下來；而利用電力運送能量，能量損耗率僅為8%，會保留92%的原始能量。而且氫儲備能量后再釋放能量的效率，即儲能回報率也不及其他能源載體。氫儲能回報率為47%，而先進的電池儲能回報率為75～85%。但是它無法否認氫能源仍是“來源廣泛的”、“清潔的”新能源。
壓縮空氣儲能
壓縮空氣儲能的功能類似于一個大容量的蓄電池。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機帶動壓縮機，將空氣壓縮進一個特定的地下空間存儲。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構造的燃氣渦輪機，釋放地下的壓縮空氣進行發電。雖然燃氣渦輪機的運行仍然需要天然氣或其他石化燃料來作為動力，但是這種技術卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發電方法，將比正常的發電技術節省一半的能源燃料。
盡管這種“壓縮氣體能源儲備”的概念已經提出了30多年，但目前全世界僅有兩家壓縮空氣發電廠。美國阿拉巴馬州的壓縮空氣發電廠創建于18年前，而德國的壓縮空氣發電廠則已有30年歷史。目前，兩家壓縮空氣發電廠都運營正常。
壓縮空氣發電廠建設的首要任務之一，就是找到一個支持空氣壓縮存儲的地質空間。但是大規模地儲藏壓縮空氣需要占用大面積土地。研究者們使用特殊材料制成一個50米寬，80米高的巨型風袋，將其置于600米以下的深水中，根據計算，這樣一個容積的袋子中，每立方米容積內可以儲存25兆焦耳的能量。在CAES的儲存中，水下是關鍵，只有深水巨大的壓力才能使能源的儲量增大。盡管在準備相關設施的時候產生很多費用，但是科學家還是認為這種形式的儲存模式比制造電池便宜得多。另外，在使這些壓縮空氣產生動力時，普通大小的風機難以滿足其要求，所以更大更牢固的葉片需要被應用在這種技術中。
現在，一般的渦輪機使用于40米深的水下，如何才能制造出可以在600米以下的深水處運行的渦輪呢？科學家指出，在法國、葡萄牙等地的大陸架上可以安裝渦輪，這些大陸架進入海洋深處，完全可以在那里形成能源轉換。海水中的儲風袋讓風能成為當今更加時尚和引人注目的能源。
