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核電無害?“人造太陽”實現電力自由?

三位專家做客小谷圍科學講壇,科普能源最新動態和知識

    汽車加水能跑?人造太陽能實現電力自由?核電是否真的綠色無害?6月23日,以“先進儲能和共享能源”為主題的小谷圍科學講壇在廣東科學中心舉行。英國利茲大學智慧能源系統首席教授李慷、英國卡迪夫大學電氣與電子工程系系主任吳建中以及華威大學工學院電力系統與控制研究室主任王吉紅,三位能源方面的專家深度解析能源方面的最新動態。專家表示,汽車加水能跑完全不科學,以目前技術水平來看,其成本也會比汽油價格還高,普及應用仍不現實。

    搭建能源共享網絡 讓家庭發電并銷售

    從工業革命開始,人類能源消耗出現大幅增長。吳建中坦陳,科學界至今仍未找到能源可持續供給的有效解決方案。在互聯網+的時代,信息可以在互聯網里面流通、分享和存儲。能否像互聯網一樣,很多家庭都可以產生能源,很多社會小單元也可能產生能源,尤其是再生能源,然后通過能源互聯網這個新科技實現能源的系統和共享?

    國際能源署數據顯示,每年全球投資智能能源基礎設施約兩萬億美元。“體量非常大,我們正經歷一場能源變革。”吳建中介紹,綠色能源與綠色共享是一個全新概念,尤其是能源共享,可能會顛覆現有的能源供給模式。

    吳建中表示,能源共享網絡是一個物理網絡,類似每一個家庭、地區構建分布式發電能源基地,以實現能量雙向流動的能量對等交換與共享網絡。簡單來說,也就是每一戶家庭都可以進行發電并銷售,這樣的能源共享網絡將會讓很多公民用電不花錢了,甚至還能出售電。

    據介紹,目前能源共享網絡已在英國一個地區示范運行。但搭建能源共享網絡,不僅要看地區、能源、建筑等因素,還需要政策支持、商業模式以及重要的信任機制。

    壓縮空氣儲能系統 中國在該領域領先

    清潔能源的快速發展,也加速了儲能技術的發展。其中,壓縮空氣儲能系統具有規模大、效率高、成本低、環保等優點,被認為是最具發展潛力的大規模儲能技術之一,也是國家“十三五”規劃重點發展和推進的產業。

    壓縮空氣儲能技術是什么?華威大學工學院電子控制工程教授、博士生導師、美國電氣電子工程學會高級會員王吉紅,長期從事節能技術、壓縮空氣儲能技術等領域的應用研究。據她介紹,所謂儲能,就是發電多用電少的時候就給電池充電,發電少用電多的時候就讓它放電,這跟手機經常充電是一個道理。

    壓縮空氣儲能工作原理是,在用電低谷時段,利用電能將空氣壓縮至高壓并存于洞穴或壓力容器中,使電能轉化為空氣的內能存儲起來;在用電高峰時段,將高壓空氣從儲氣室釋放,進入燃燒室燃燒,利用燃料燃燒加熱升溫后,驅動渦輪機發電。

    “壓縮空氣儲能不是一個新的技術,它已迭代過幾代了”,王吉紅表示,壓縮空氣儲能系統的形式按照工作介質、存儲介質與熱源可以分為:傳統壓縮空氣儲能系統(需要化石燃料燃燒)、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統、液氣壓縮儲能系統。關于第三代儲能已經有很多人在研究,中國在這個領域里面是領先的,例如中科院熱物理所領導的大型壓縮空氣儲能示范項目,10MW示范系統效率為63.6%,為全球C A E S系統最高。

    關注

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    鋰電池是否安全?

    已有新的技術實時監測電池內部狀態

    據統計,2019年4月以來,全國多地出現新能源汽車起火事故。接二連三的自燃爆炸事故,將新能源汽車電池安全性、穩定性問題推上輿論風口。鋰電池是否安全?英國利茲大學智慧能源系統首席教授李慷表示,任何安全都是相對的。從最早用的鉛酸電池到后來的鋰電池,電池材料的變化導致其壽命和安全性也發生變化。對于鋰電池或將來出現的新電池,最重要的是監控電池管理系統。

    “電池管理系統最大的問題是,其外部特性包括端口電流、電壓、電池包的殼外溫度都可以直接測量,但里面的物理、化學變化特別是電熱特性變化很難做到實時測量。”李慷表示,有時里面的溫度和外面的溫度相差十幾攝氏度甚至更高。通常大家覺得從電池外面判斷沒問題,但里面可能已開始出問題了。“在電池監控方面目前也推出一個新的傳感技術,實時監測電池里面的狀態。”

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    汽車加水就能跑?

    從技術、經濟方面分析是不可行的

    今年5月23日,河南《南陽日報》發表了一篇文章《水氫發動機正式下線市委書記點贊!》,引起網友熱議。報道稱“水氫發動機在我市正式下線啦,這意味著車載水可以實時制取氫氣,車輛只需加水即可行駛。”

    事后,青年汽車集團董事長龐青年接受央視記者采訪時表示,其技術的基本路徑是“水灌入水解制氫裝置后,和鋁等原材料進行化學反應后生成氫”。

    水氫發動機,究竟是技術突破還是商業噱頭?汽車加水就能跑?吳建中接受南都記者采訪時表示,通過加水產生氫氣,推動汽車前行,目前國際上還未見經濟可行的方案。“打破化學結構通常需要大量的能源,從全生命周期的角度考慮,不存在不需要外在能源而直接制造氫氣的現象。如果基于鋁-水反應制造氫氣,生產原料鋁需要消耗大量能量,加之目前的技術局限,制造的氫氣成本將會高出許多倍,不但效率低,而且價格比汽油成本還高。總的來說,從技術、經濟方面分析是不可行的。”

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    “人造太陽”真能實現?

    很多技術問題待解,50年內或難突破

    今年4月22日,由國務院國資委新聞中心發起的“科幻作家走進新國企”中核篇活動中,神秘的“太陽”基地首次大規模對外開放,“人造太陽”高清全景大圖首次公布。科學家想在地球上建造一個裝置,模擬太陽發光發熱釋放能量,一勞永逸解決人類的能源問題。

    到底啥叫“人造太陽”?是否要真的造一個太陽?吳建中介紹,“人造太陽”基于氫彈的核聚變原理,但氫彈的核聚變過程是不可控的,即使想要控制,能夠維持幾秒高功率運轉,也是一個很大的挑戰。另外,這么大的能量即使發出來,可以維持很長時間,怎樣被電力系統消納?

    吳建中分析,除了可控核聚變的難題,這個系統接下來還有很多相應電氣方面的問題亟待解決。“人造太陽的技術難題,很可能在50年之內都很難突破。但如果技術突破的話,對能源系統的影響將是顛覆性的,因為它的能源幾乎是取之不盡、用之不竭,而且還很清潔。”

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    核電發展如何?

    核廢料回收問題仍未完全解決

    2011年3月11日,一場大地震引發的巨型海嘯,切斷了福島第一核電站的電力供應,又摧毀用來保證堆芯冷卻系統運轉的關鍵性備用保障電源。日本福島核事故成為自1986年烏克蘭切爾諾貝利核電站泄漏事故之后全球遭受的最嚴重一次核危機。

    核電的安全性發展到哪個階段?是否足夠安全?李慷介紹,就核本身來講,核電站的使用執行標準很高。“基本上是像飛機一樣的,飛機設計時對于造成災難性后果的故障率不能高于10的負9次方,也就是10億分之一。每個核電站核心設備保證不出事故的幾率也是千萬分之一。因此相對來講核電站的標準非常高。”

    人類首次實現核能發電是在1951年,核電技術的應用至今有五六十年,技術發展越來越成熟。有時事故是由多種原因組成的,即便可靠率很高的系統都有出故障的可能。王吉紅認為,在能源供給日趨緊張,太陽能、光伏等新能源尚無法完全取代化石能源的當下,發展核電成為很多國家的選擇。“不過,雖然核電不排放二氧化碳,但核廢料的回收問題并沒有完全解決,因此核電不能算是可持續發展能源。”

    出品:南方都市報科學新聞工作室

    主持:陳養凱 采寫:南都記者 楊麗云

 
 
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