可再生能源的基础科学问题

) ) 太阳能热发电 # 太阳能热发电领域重点需要解决的问
题有 $! 高温太阳能集热器与热力机的匹 配 耦 合 问题 % 可 靠 性问题及热机循环工质的筛选 &" 基于太阳能的热电转换高 效动力循环研究 &# 各类太阳能热发电系统的性能优化和动 态特性研究 &$ 高温工质 * 如熔融盐 ) 的传热规律研究 &% 腔 体吸热器中的复杂辐射换热 & & 太阳 池 发电 技 术 的 使 用 条 件 ! 可行性研究等 &’ 为提高发电效率 ! 降低发电成本而开展 的 太 阳 能 温 差 发 电 技 术 !热 电 转 换 材 料 热 力 学 问 题 "以 及 热 电 $ 光电转换综合利用研究 & ( 在太阳能热发电中用于能量 吸 收 ! 输运 和 储 存 介 质 的 新 一 代 热 流 体 的 热 物 理 性 能 " 以 及 先进的热存储技术研究 +
!! 可再生能源 % 太阳能 % 生物质能 % 风能 21 !!!3 1...45675&0..6’.64..184.7
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本刊专稿 &9:)’;&< $, !"# $%&’%( ’
本刊编辑部
能源问题日益成为制约 01 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 $
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良好载体 " 通过充分 ! 合理利用太阳能资源 " 可以实现大幅的 建筑节能 + 建筑物利用太阳能包括采暖 ! 采光 ! 热水 !空调 ! 强 化自 然 通 风 ! 电 力 供 应 " 以 及 利 用 光 催 化 降 解 有 机 物 以 改 善 室内环境并进行水质净化等方面 + 目前需要相关领域的科技 工作者共同攻关 " 研究建筑物各个方面综合利用太阳能的最 优形式和最佳方式等 " 解决近室温太阳能集热和高效利用以 及与建筑物室内环境的耦合问题 " 开展建筑节能热舒适性反 问题设计原理和相应建筑节能材料热性能确定原理和方法 等方面的研究 +
及 ’科 技 导 报 (近 ’ 年 有 关 太 阳 能 问 题 论 文 的 有 关 研 究 成 果 !%%$%(#" 有 关 太 阳 能 光 热 利 用 领 域 的 基 础 研 究 方 向 和 技 术 问 题涉及以下几个方面 #
% ) 太阳辐射热力学和资源评估 # 该方向将重点研究太阳
能资 源 的 评 估 % 测 量 方 法 " 包 括 对 总 辐 射 % 直 射 辐 射 % 散 射 辐 射资源条件的准确分析 " 对我国不同地区太阳能资源条件的 准确定位 " 确定太阳能资源条件与太阳能能量转换利用方式 之间的匹配关系 & 从辐射热力学和几何光学等角度出发 " 结 合 合 适 的 能 量转 换 方 式 " 研 究 高 效 % 低 成 本 捕 获 太 阳 辐 射 并 转换为热能以及分频 %分质利用太阳能的最优途径 #
+) 太阳能制冷与热泵 + 利用太阳能制冷技术季节匹配性
好的特点 "结合太阳能规模化利用的趋势 " 应重点研究 $! 中 低温位热能驱动的太阳能制冷循环系统 " 特别是能与常规太 阳能集热器结合使用的制冷系统 &" 从能源结构多元化角度 出 发 "研 究 有 辅 助 能 源 的 各 类 太 阳 能 制 冷 空 调 系 统 "以 太 阳 能 利 用 分 数最 大 化 为 目 标 " 考 虑 太 阳 辐 射 的 波 动 性 " 解 决 不 同能源结构之间的耦合匹配问题 &# 系统的动态稳态特性与 传递过程强化研究等 &$ 太阳能热泵中的两相流动传热及系 统优化研究 +
. 引言
能源 问 题 是 制 约 :; 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 D;EFG! :HHI 年 " 我 国一 次 能 源 生 产 量 :J=I 亿吨标煤 " 消费量 :K=F 亿吨标煤 " 二者均居世界第二 ! 鉴于

文献 !"# 认为 " 太阳能光热转换利用领域今后发展的目标 主要有 $! 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 " 以太阳能大规模 ! 低成本 ! 高效化应用为目标 " 不断提高太阳 能的转换利用效率 &" 进一步丰富和发展太阳能转换利用研 究体 系 " 尤 其 是 将 热 力 学 % 传 热 传 质 学 % 热 化 学 % 热 经 济 学 等 领 域 的 研 究 成 果 深 入贯 穿 到 太 阳 能 转 化 利 用 现 象 的 分 析 之 中 " 以解决太阳辐射 $ 热能 % 太阳辐射 $ 电能 % 太阳能 $ 化学能 % 太阳辐射 $ 制冷效应等转换中所涉及的热力学问题 " 以及能 量转换 % 储存 % 传递等过程的经济化与高效化问题 " 为实现能 源结构多元化和提高太阳能利用水平发挥积极作用 # 为实现 上述 目 标 " 结 合 参 加 第 %& 期 双 清 论 坛 的 专 家 学 者 建 议 " 以
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*) 太阳能供热与采暖 + 民用建筑和工业加热领域的供热
与采暖 " 是太阳能规模化应用的最重要领域 + 该领域重点需 要解决大规模太阳能阵列复杂辐射 ! 对流和传导耦合传热问 题 " 以 低热 损 ! 低 成 本 为 目 标 " 建 立 太 阳 能 集 热 $ 用 能 环 节 最 优耦合匹配的热力学分析方法 " 不断解决太阳能光热转换规 模化利用过程中出现的新问题和新现象等 +
等科 技 期 刊 近 J 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 !
/ 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 O 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 PLN! 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 && :HHK 年我国共有 J HHH 多家太阳能热水器生产企业 " 位& 热水器保有量一直占据世界总保有量的 FHQ 以上 P;HN! 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
!"#$%& ’()) *+ , %)-*.) /$-*)+01 . *-22)+"+34 5-$ 26+ 7-3(,) ,"8 +3-"-0(3,) 8+9+)-/0+"2 (" 26+ :;26 3+"2<$&= >" 0.//("% -<2 (27 7<72.(".*)+ 8+9+)-/0+"21 ?6(". (7 %-("% 2- $+72$(32 (27 <7+ -5 5-77()+ +"+$%& ."8 $+7-$2 0-$+ ."8 0-$+ 2- "<3)+.$ ."8 $+"+’.*)+ +"+$%(+7= @6(7 /./+$ $+9(+’7 26+ *.7(3 /$-*)+07 -5 $+"+’.*)+ +"+$%(+7 ."8 $+).2+8 2+36"-)-%(+71 5-3<7("% -" 7-).$ +"+$%&1 *(-0.77 +"+$%& ."8 ’("8 +"+$%&= $+"+’.*)+ +"+$%&A 7-),$ #"#$%&A B(-0,77 #"#$%&A ’("C +"+$%&