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全球能源装备最牛十大前沿技术
信息来源:微能源    阅读次数:1645    发布时间:2016-07-20

6月20日,国家发改委、工信部、国家能源局印发《中国制造2025—能源装备实施方案》。其目标是,到2020年,能源装备制造业成为带动我国产业升级的新增长点。电力装备等优势领域技术水平和竞争力达到国际领先,形成一批具有自主知识产权和较强竞争力的装备制造企业集团。到2025年,部分领域能源技术装备引领全球产业发展,能源技术装备标准实现国际化对接。


本文推出《全球能源装备十大前沿》(排名不分先后),以飨读者。


一、风电轻量新选择--Seatitan超导风机

在风力发电机中用高温超导体来代替普通电机的铜线圈作为电机励磁绕组的电机,为风力发电提供了轻量化选择。

高温超导材料的低电阻甚至是零电阻的特点能够有效提高发电效率。从理论上说,对于相同容量的发电机,高温超导发电机的重量可以降低为常规电机的1/2至1/3,这对需要把大功率电机安放到十几米甚至更高位置的风机来说,可以极大降低风电场的建设成本;如果保持发电机的体积重量不变,高温超导发电机的容量可提高数倍,有效降低风电场的发电成本。超导风机还有同步阻抗低、噪音低、谐波含量少、维护简单、励磁绕组不易产生热疲劳等优点。

美国超导公司Seatitan风机发电机组的高温超导直驱发动机有望将目前最大的风力发电机输出功率翻一倍,使大功率高经济性的风电机组变为现实。

(来源:财新-无所不能)


二、利用波浪能发电--EMG和TENG混合动力系统

波浪能,来自海洋的能源,其巨大的能量潜力还远未被人类发掘,很可能是可再生能源发电的下一个爆发点。

美国佐治亚理工学院创建了新的设备来捕捉这种“蓝色能源”,可以在波浪频率较低的时候利用能源发电,此前大部分发电机都无法做到。这使得它可以从平静、缓慢移动的大海吸引更多能量,放大波浪能的潜力。这是一个结合了两个发电机的混合动力系统:一个电磁发生器(EMG)和一个摩擦纳米发电机(TENG)。EMG系统是现在最常见的波浪发电机,因为它们针对的是快速移动的高频率洋流;而TENG发电技术可以捕捉低频率的洋流,使得这款新的波浪能发电机比现有机型更加高效。通过这两种方法的结合,可以让海洋能的捕捉范围更广。

TENG发电机具有高电压的输出优势,它的输出功率随着波浪频率线性缩放,所以能很好地捕获低频波浪能源。同时,EMG系统的输出功率和波浪频率的平方成正比,所以EMG很适合吸收高频能源,TENG能更加有效地捕捉低频波浪能。

如果这项新技术和系统能够商用,那对于波浪能的利用将是一大福音。

(来源:北京国际能源专家俱乐部)


三、海底装备新标准--Cap-X海底基盘

挪威国家石油公司(Statoil)近几年一直致力于建造海底工厂,也一直是推进海底作业标准化的领跑者。前不久,Statoil推出一款新型海底基盘,或将颠覆传统海底基盘的概念,成为下一代海底装备的“标配”。

这款新型海底基盘名叫Cap-X海底基盘,预计比目前油气田采用的传统基盘节约30%的费用。

Statoil研发了这套独立的装置,并已取得相关专利。Cap-X海底基盘的大小只有常规海底基盘的1/4,其设计却能够满足大量生产的要求,在这个多孔的壳状装置设计内部可以安装一系列的海底设备。基于该产品独到的简约化设计,当地承包商可以以相对低的成本制造出来,同时缩短制造时间。从运输上来讲,一艘船只可以装下多个基盘,从而提高了船只利用率,继而节省了大笔海上运输费用。

Cap-X海底基盘的建造基于业界知名的吸力锚技术。该基盘借助该技术以钢质吸力锚作为基座,边缘采用玻璃纤维材料并配有保护罩装置。

(资料来源:石油圈)


四、传统技术新结合--煤炭气化和燃料电池混合系统

美国麻省理工学院(MIT)的研究者们找到了一个高效利用煤炭发电的解决方案。其核心理念是在一个系统中结合煤炭气化和燃料电池技术。两个系统都需要在800多摄氏度的高温下工作,把它们结合起来有利于两个系统间传热,从而降低热损失。事实上,燃料电池反应释放的热量,足以支持煤炭气化所需热量,这样就不再需要额外燃烧一部分煤炭来供给热量。

在混合系统中,气化炉产生的气体燃料被导入一个分离的燃料电池堆。理想情况下,燃料电池和气化炉装在一个反应器内,这样高温气体就可以直接进入燃料电池。气体燃料和氧气在膜结构的分隔下,进行电化学反应产生电能,而不会直接燃烧。因为不涉及燃烧过程,所以可以减少灰分和其他气体污染物的生成。虽然这个系统也产生二氧化碳,但它是纯净无污染、同时与空气分离的二氧化碳气流,这是传统燃煤电站做不到的。

传统的燃煤电站通常效率都非常低,燃料中仅有30%的能量真正转化为了电能。而MIT提出的混合系统,能源效率可达55%至60%。

(来源:北京国际能源专家俱乐部)


五、最薄太阳能电池--超薄柔性砷化镓太阳能微电池

最薄太阳能电池能有多薄?最新的纪录是1微米。这相当于人类头发丝直径的1%,也就是传统标准太阳能电池的数百分之一。

韩国科学家JuhoKim等人推出了这款超薄太阳能电池。电池虽然薄但转化率不低,与厚度约为3.5微米的太阳能电池相比,这款电池能够产生同样的电能,厚度却减少了1/4。

韩国研究者尝试把无机复合半导体微电池设备和可弯曲或可延展的基板结合起来,通过减少电池的厚度来提高其柔韧性,为利用这些微电池设备作为衣服、皮肤等可穿戴电子设备的便携式电源提供了可能性。

减少微电子设备的电池厚度,有利于适应日常使用中电子设备各种被极端弯曲的场合。同时,可佩戴在身上的弹性电子设备通常都要求有持续的电源供给。而此次实验结果和理论分析恰巧表明,超薄太阳能微电池在极端弯曲的情况下供电更持久。无论是在生产成本还是持续供电方面,它都具有极大的优势。

这款电池的高柔韧性和轻质量的特性,将有利于推动可穿戴电子设备的生产,也可以纳入衣服中为可穿戴设备供电。

(来源:澎湃新闻)


六、下一代储能方案--Y.Cube硬件产品

德国Younicos公司是一家全球领先的基于电池技术的智慧储能和电网解决方案提供者。Younicos去年推出了公司第一款用于电网调频的硬件产品Y.Cube。

Y.Cube的主要结构由功率转换系统和锂离子电池构成,控制系统则是公司研发的行业领先的智慧储能软件控制系统。它大大降低了空间要求和系统维稳所需的成本。由于控制系统直接与电池系统进行调控,Y.Cube缩短了电池响应时间,有效提高了转换效率和电网稳定程度。

同时,通过与多个电池供应商进行合作,Y.Cube的模块化设计可以整合不同的电池系统,并满足任何功率/能量比的要求。为了确保最大的性能和适用于任何系统的要求,电池都在公司技术中心进行了严格测试。

由于Y.Cube的尺寸较小,安装时不需要现场吊车,因此可节省大量时间和资金。完成安装后,Younicos将通过位于德国的控制中心对系统进行24/7的监控管理。

Younicos首席执行官McDougall介绍说,Y.Cube代表了下一代储能解决方案。

(来源:财新-无所不能)


七、“人造太阳”获突破--全超导托卡马克核聚变实验装置

今年年初,中科院合肥物质科学研究院“人造太阳”EAST物理实验获重大突破,首次实现持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电,为目前世界最长。我国全超导托卡马克核聚变实验装置EAST旨在通过可控核聚变来提供源源不断的清洁能源,被称为“人造太阳”。一旦实现商业发电,将从根本上解决人类能源问题。

超高温长脉冲等离子体放电是未来聚变堆的基本运行模式。目前,国际上只有欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体。EAST既定科学目标是实现1亿千瓦时1000秒的等离子体放电,但实现该目标仍面临着众多科学和技术方面的挑战。

此次科研人员通过实验使EAST成功实现电子温度超过5000万千瓦时、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这也是目前国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万千瓦时持续时间最长的等离子体放电。

我国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行,当前发展压水堆,中期发展快中子堆,远期发展聚变堆。

(来源:中国证券网)


八、用太阳能采石油--Miraah太阳能蒸汽站

尽管新兴的太阳能和传统石油资源在消费上有着相互竞争的关系,但两者也有望通过特殊方式“互惠互利”地结合到一起。据报道,阿曼将在石油生产中采用太阳能技术。该工厂被称作Miraah,由Glasspoint为阿曼石油开发公司所打造。其能够产出相当于1吉瓦的能量,以取代当前所使用的天然气烧水法。

与传统太阳能发电厂用热量来产生蒸汽并驱动汽涡轮机的方式不同,Miraah项目的核心是用曲面管道来烧水。其产生的蒸汽会被运送到附近的油田,给重油加注以使其更轻松地被抽到地面。为了提高原油采收率,企业主要通过蒸汽来加注重油,以降低其黏度。

Miraah太阳能蒸汽站的最大益处是环保。用它来取代低效的天然气方法,有望每年节省5.6万亿百万英热单位的天然气。

(来源:北京国际能源专家俱乐部)


九、效率高且尾气净--GE9HA燃气轮机

燃气轮机(GasTurbine),顾名思义,就是气体燃烧后推着涡轮转的机器。更确切地说,燃气轮机是一种通过燃烧将连续流动的气体作为工质带动叶轮高速旋转,即将热能转换为机械工的旋转式热力发动机。

作为世界上最大的燃气轮机生产销售商,通用电气公司(GE)拥有产品门类和系列最齐全的燃气轮机产品。2014年全球燃气涡轮提供的电力中,GE占比51%位列第一,远高于分别占比23%、13%和7%的第二、三、四位。

目前世界上最先进的GE9HA燃气轮机是GE目前主推的一款产品,具有先进的空气冷却技术,可承担基本负荷和调峰负荷。简而言之,9HA的特点就是:效率高、尾气净,还有配有6个传感器进行每秒8000个数据点的监测。截至去年4月,9HA燃气轮机已经接到10亿美元的订单。

(来源:财新-无所不能)


十、氢燃料电池首选--质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种燃料电池,在原理上相当于水电解的逆装置。

质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点,被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部,质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道,使得质子经过膜从阳极到达阴极,与外电路的电子转移构成回路,向外界提供电流,因此,质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用,它的好坏直接影响电池的使用寿命。

迄今最常用的质子交换膜是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜,它具有质子电导率高和化学稳定性好的优点。质子交换膜大多采用Nafion质子交换等全氟磺酸膜,国内装配质子交换膜所用的PEM主要依靠进口。

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