能量可分哪几种?
能量形式有机械能,热能,电能,光能,化学能和核能等。能量是物质的一种存在形态;它的表现形式是多种多样的。能量的每种形式都可以转换成其它形式,但能量不能消灭或无中生有。
光能(以可见辐射的形式转换而来或转换成可见辐射形式的能量。光能是由太阳蜡烛等发光物体所释放出的一种能量形式)。
声能(声能就像光能一样,所有振动的波形都具有能量!比如说光能/声能/红外线/次声波/超声波等都有能量。推动物质振动的那个能量)。
电能(电能是表示电流做多少功的物理量);热能(热能又称热量、能量等,它是生命的能源);磁能(泛指与磁相联系的能量,严格地说应指磁场能);机械能(机械能是动能与部分势能的总和)。
化学能(化学能是物体发生化学反应时所释放的能量,是一种很隐蔽的能量,它不能直接用来做功,只有在发生化学变化的时候才释放出来,变成热能或者其他形式的能量)。水能(水能是一种可再生能源,是清洁能源)。
风能(地球表面大量空气流动所产生的动能)。生物能(生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式)。动能(机械能的一种)。
能量是物质的一种存在形态,它的表现形式是多种多样的。基本能量形式包括动能、势能、辐射能、分子势能(内能)、光能、磁能、电能、化学能等。能量的每种形式都可以转换成其它形式,但能量不能消灭或无中生有。能量的损失,常为转换成其它类型的能量。扩展资料 基本能量形式包括动能、势能、辐射能、分子势能(内能)、光能、磁能、电能、化学能等。动能:是伴随著物质运动的能量;如,a.原子和物体的振动产生声能;b.物体作机械运动而产生的动能;c.电子运动产生电能;d.原子和分子的热运动产生的热能等。势能:物质静止时所具有的能量;它与物质所处的位置和状态有关;如,a.物体位于地球表面不同高度有不同的势能,称为重力势能;b.原子间形成的化学键储有化学能;c.原子核内存有核能;d.弹性物体受应变时存有弹性能;e.物体静止时的.本征能(爱恩斯坦认为,物质与能量互为等价);f.电子受原子或分子约束的游离能,g.静磁能等。辐射能:各种电磁辐射,包括光和热的辐射能。分子势能是分子间由于存在相互的作用力,从而具有的与其相对位置有关的能。分子势能是内能的重要组成部分。光能是光子运动对应的能量形式,光能是由太阳、蜡烛等发光物体所释放出的一种能量形式,光能是一种可再生性能源。磁能泛指与磁相联系的能量,严格地说应指磁场能。在线圈中建立电流,要反抗线圈的自感电动势而做功,与这部分功相联系的能量叫做自感磁能。电能,是指使用电以各种形式做功(即产生能量)的能力。电能既是一种经济、 实用、清洁且容易控制和转换的能源形态,又是电力部门向电力用户提供由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品( 它同样具有产品的若干特征,如可被测 量、预估、保证或改善。化学能是一种很隐蔽的能量,它不能直接用来做功,只有在发生化学变化的时候才可以释放出来,变成热能或者其他形式的能量。
二次能源是一次能源经过加工,转化成另一种形态的能源。主要有电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽、热水和汽油、煤油、柴油、重油等石油制品。在生产过程中排出的余能,如高温烟气、高温物料热,排放的可燃气和有压流体等,亦属二次能源。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源,统称二次能源。如电能是由煤炭、石油、天然气、水力等一次能源转换来的,在火电厂燃料燃烧之后先变成蒸汽热能,蒸汽再去推动汽轮机变成机械能,汽轮机又带动发电机转换成电能,一共转换了三次,仍叫二次能源。除余能外,一般来说,二次能源大都是提高了品位的能源,应珍惜使用。
基本介绍中文名 :二次能源 外文名 :Secondary energy 种类 :过程性能源、含能体能源 作用 :商品载体进行人类能源转换 别称 :次级能源、人工能源 概述,一次能源,二次能源,分类,利用意义,二次能源存储技术,发展储能技术的意义,热能,电能,机械能,氢能,二次能源在钢铁行业的套用,现状,解决方法, 概述 一次能源 含义:是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。 包括:原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。 分类:分为再生能源和非再生能源两大类。 再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等,它们在自然界可以循环再生; 非再生能源包括:煤、原油、天然气、油页岩、核能等,它们是不能再生的,用掉一点,便少一点。 二次能源 二次能源和一次能源不同,它不是直接取自自然界,只能由一次能源加工转换后得到,因此严格的说它不是“能源”,而应称之为“二次能”。能源危机,可再生能源等都不涉及二次能源。 含义:也称“次级能源”或“人工能源”,是由一次能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源。 包括:煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、电力、蒸汽、热水、氢能等。 一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源都被称为二次能源。在生产过程中的裕压、余热,如锅炉烟道排放的高温烟气,反应装置排放的可燃废气、废蒸汽、废热水,密闭反应器向外排放的有压流体等也属于二次能源。 二次能源亦可解释为自一次能源中,所再被使用的能源,例如将煤燃烧产生蒸汽能推动发电机,所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后,经由电风扇,再转化成风能,这时风能亦可称为二次能源,二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。 分类 二次能源又可以分为“过程性能源”和“含能体能源”。 电能是套用最广的过程性能源; 汽油和柴油是目前套用最广的含能体能源。 利用意义 二次能源作为商品载体进行人类能源转换,它的产生不可避免地要伴随着加工转换的损失,但是它们比一次能源的利用更为有效、更为清洁、更为方便。因此,人们在日常生产和生活中经常利用的能源多数是二次能源。 电能是二次能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种,它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起著特殊的作用。提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一。 二次能源存储技术 发展储能技术的意义 1、节省一次能源资源,节约和有效使用化石燃料。通过储能技术,可均匀负载,调节负荷,提高发电机组、送变电设备、空调系统的利用率,或降低设备容量和投资成本。 2、回收和利用在能源生产、输送、分配、使用过程中被浪费的能量,其中最突出的是工业生产排放的大量低品位热能。 3、为了从自然界中获取太阳能、风能、潮汐能、波浪能这类间断性能源并加以有效的利用,必须要配备相应的储能系统。 4、储能技术的发展为科技生产提供了各种间断性能源或特殊紧急用能。例如,氢能汽车、氢能飞机的储氢罐,储能机车的大型蓄电池组,家用空调系统中的蓄冷池,太空梭、人造卫星中的高效电池,乃至由超异储能装置产生巨大的电力脉冲来驱动反飞弹雷射器、电磁炮和粒子束武器等。 热能 热能的储存方法可分为物理蓄热和化学蓄热。 物理蓄热是利用储热介质的热物理性能,如在温度改变时要相应地吸收或释放出一定的热量(显热),在发生相变时要吸收或释放出相应的潜热(相变热),以及晶体材料在结晶与溶解过程中产生相应的结构变化热等。最早的热能储存技术是利用物质的显热。水和各种碎石、耐火砖、方镁石块等都是较理想的显热储存介质。显热的储存及释放是一个无相变的非等温过程。近年来,相变储热(特别是固一液相变,获得很大发展,它的优点是吸热、放热时温度变化不大,具有恒定的热力学效率和产热能力,且其贮热密度远高于显热贮热。 化学蓄热:是利用可逆化学反应的热效应进行蓄热。当反应正向进行时吸收热量,将热存储起来;当反应逆向进行时,化学能转变为热能放出。其中,可以利用化学反应时伴随发生的热量吸收来储热,也可以利用可逆吸附或吸收过程的热效应及化学反应时伴随浓度变化的热效应来储热。优点是具有较高的贮热密度与热力学效率,同时,由于具有热效应的化学反应种类繁多、比比皆是,为各种场合下工业和科技的储能需要提供了广阔的选择余地。化学蓄热特别适合于高温蓄热领域,在热管技术化学热泵、太阳能集热装置等技术领域据偶遇广泛的实用价值。 电能 电能由于其易于生产、输送、使用及转变成其它形式能量等突出优点,而成为不业化社会的命脉。水能、核能、风能和一部分化石燃料,都是首先转变为电能之后再提供工农业、交通运输业和居民生活使用的。但是,电能的储存性能极差,一般都要先把电能转换成其它形式的能量再加以储存。 常用的电能转换储存技术包括电能一机械能、电能一静电能、电能一磁能和电能一化学能四大类。其中,近年来发展较快的是高性能蓄电池和超导储能装置。 电能一机械能转换存储。为了解决火力发电站的削峰”问题,早期发展了蓄水发电系统。例如,美国70年代在密执安湖边的悬崖上修建一座高出湖面的人工水库,在发电厂低峰时间,利用剩余电力将湖水抽上水库将电能转受成位能加以储存;用电高峰时通过涵道将水库中的水放回湖里,并利用水位落差开动水轮发电机组,蓄水发电系统的效率高达 67 %。近年来,国外又发展了压缩空气蓄能发电系统 ,利用发电厂附近的夭然岩洞、废弃矿井或人造地下洞窟,在用电低峰时利用多余电力开动空压机, 将压缩空气打入岩洞或洞窟内;高峰时放出压缩空气, 推动备用涡轮机一发电机系统, 将储存的机械能重新转换为电能馈入电网。 电能一静电能转换存储。电容器在充电时能够以静电场能的形式储存电能,放电时再释出电能。由于受到结构方面的限制 ,电容器的储能密度和能通量均比较小,作为储能系统来说用途远不如蓄电池广泛。但它的独特优点是储存的能量能在一瞬间全部释出,这是任何蓄电池都不可能达到的。近年来,由于人造卫星、太空梭等空间技术的发展,以及雷射武器、电磁炮、粒子束武器等新武器的研制,要求配备能够在极短时间内释放出巨大功率的电源。 电能一磁能转换存储,通电线圈能够以磁场形式存储能量。 机械能 在河流上游修筑河坝和蓄水库,蓄水的同时储存水能。 国外研制了用风车带动空气压缩机,有风时利用风能将空气压缩储存在容器中,再利用压缩空气推动小型涡轮发电机组发电。 飞轮储能。质量很大的飞轮在高速转动下储能。 氢能 早期利用高压钢瓶储存氢气或利用杜瓦瓶储存液氢。1969年以来,出现一种新型储氢材料,目前储氢材料主要有以TiFe为代表的钛系、以LaNi 5 为代表的镧系、以Mg 2 Ni为代表的镁系三大系列储氢合金,还有一些混合合金、非结晶合金等。 二次能源在钢铁行业的套用 现状 在钢铁生产流程各工序中,二次能源的产生量很大,理论产生量约为408.73千克标煤/吨(修正的基准温度下),如果充分利用现有技术,二次能源回收利用率可以达到约85.6%。目前我国钢铁工业在二次能源利用上存在着一定的问题:一是落后产能影响整体能效水平的提高;二是我国钢铁工业在余热余能回收效果上与国外先进水平相比还有一定差距。 提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一,表现为: 1、二次能源回收利用技术的节能效果和普及率有待提高 各企业二次能源利用情况对于工序能耗的影响很大,但部分企业尚未采用有效的二次能源利用技术,已实施的节能技术在各企业间的效果差距也很大。 2、二次能源自发电有待进一步加强 “十一五”期间,我国钢铁企业自发电水平已有较大幅度提高,自发电比例从2005年的19.4%提高至2010年的31.9%,但与自发电水平较高的日本相比仍有较大差距。 目前,发电是钢企利用二次能源的一个重要途径。提高自发电比例目的在于充分利用生产过程中产生的二次能源,但发电并不是唯一途径,还可适当开辟煤气等优质二次能源的利用途径,提高能源使用效率。 解决方法 1、普及和推广现有成熟的节能技术:干熄焦、高炉炉顶余压发电、转炉煤气回收、蓄热式轧钢加热炉、铸坯热装热送等,并着重对已有的节能技术的使用效果进行改进; 2、开发套用一批关键节能技术并实现产业化:包括烧结余热发电、焦化煤调湿、转炉低压饱和蒸汽发电等; 同时关注钢铁工业节能前沿技术的开发与套用:冶金渣显热回收、冶金副产煤气制取清洁能源等。
磁流体发电厂:据高温高速燃料气流通过磁场,气体由于高温电离变成等离子导电流体,切割磁力线而产生感应电势,使热能就直接转变成电能的原理。研究开发燃煤磁流体发电技术及其设备,又对如何大幅度提高热能转换效率;提高煤炭资源利用率;燃用我国丰富的中等热值煤和高硫煤;减少燃煤发电带来的煤炭运输和污染等问题进行了研究。最后,对此领域研究工作的工程意义及今后的研究展望进行的阐述。【关键词】磁流体发电高新技术环境保护原理应用【abstract】Thistextresearchanddevelopcoal-firedmagneticfluidgenerateelectricitytechnologyhowaboutraisestheconversionefficiencyofheatenergybyalargemarginImprovethecoalresourceutilizationratioUseabundantmedium-sizedcalorificvaluecoalinourcountryandhighsulphurcoalQuestionofreducingandgeneratingelectricitywithcoalthecoalbroughtandtransportingandpollutingetcmagnetichydrodynamicgenerationNewandhightechnologyEnvironmentalprotectionPrincipleApplication能源问题是21世纪世界面临的重大问题之一。能源的开发利用不仅为人类带来了文明和繁荣,也为人类的生存环境带来了巨大的灾难,所造成的温室效应、酸雨、臭氧层空洞、生态失衡以及核燃料污染等问题严重威胁着人类的生存。因此,为实现可持续发展,开发新的能源种类、研究节能新技术、探讨能源与环境的关系已成为世界瞩目的课题。“物理学——研究物质、能量和它们的相互作用的学科——是一项国际事业,它对人类未来的进步起着关键的作用。有专家预测,21世纪将是一个以磁力(磁能)作为能源代表的时代。高温超导体磁场特性的发现和利用,使梦想中的新能源——受控热核聚变、磁流体发电、太阳能卫星电站——逐步成为现实。利用磁能作为驱动力的超导磁悬浮列车和超导磁动力船已向我们驰来。我国目前采用的燃煤发电方式要向大气排放大量SO2、NOx和黑烟,对大气环境造成严重污染。因此,发展洁净煤发电技术,减少污染物排放,提高燃煤发电效率是一项重要的战略任务。火力发电为什么会造成能量使用效率低,最重要的原因是能量转换过程中环节过多,这就必然消耗很多能量,如能革除这些由热能转换成机械能的中间环节,则可以使燃料能量利用率大幅度提高,这对能源使用的意义是何等巨大,而磁流体发电方式正是朝这个方向努力的一种十分有效的尝试。利用热等离子气体或液态金属等导电流体与磁场相互作用,把热能直接转换成电能的发电方式。常规火力发电需将燃料的热能通过汽轮机先转换成机械能,带动发电机发出电能,比磁流体发电多一个环节,效率自然较低。磁流体发电不仅少一个转换环节,而且允许采用更高的入口温度(1000~3000K,火力发电所用超临界汽轮机,允许采用的入口温度约为873K),因而,它的热效率高。如果与常规火力发电机组联合循环运行,其综合热效率可达50%~60%(20世纪80年代,世界最好的火电厂,热效率也仅为40%)。磁流体发电装置没有高温、高速的旋转运动部件,能减少大气污染,节省冷却用水,是一种很有发展前途的发电方式。
根据电磁感应原理,用导电流体(气体或液体)与磁场相对运动而发电。
磁流体发电按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是:在燃料燃烧后产生的高温燃气中,加入易电离的钾盐或钠盐,使其部分电离,经喷管加速,产生温度达3000℃、速度达1000米/秒的高温高速导电气体(部分等离子体),导电气体穿越置于强磁场中的发电通道,作切割磁力线的运动,感生出电流。
磁流体发电机没有运动部件,结构紧凑,起动迅速,环境污染小,有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃,可通入锅炉产生蒸汽,推动汽轮发电机组发电。这种磁流体-蒸汽动力联合循环电站,一次燃烧两级发电,比现有火力发电站的热效率高10-20,节省燃料30,是火力发电技术改造的重要方向。
磁流体发电的研究始于20世纪50年代末,被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式。它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域,是一项大型工程性课题。许多先进国家都把它列为国家重点科研项目,有的建立国际间协作关系,以期早日突破。第1章磁硫体发电的由来及发展趋势1831年法拉弟发现电磁感应原理后,相继出现了三大发明:励磁电机、电灯、电话,从而引起电力技术革命。1882年世界第一座较正规的发电厂建成,容量671.5kW,到1996年末全世界电力装机容量2.773TW,发电量达11601TWh;我国1882年在上海建成第一个12kW发电厂,到1998年装机容量277GW,发电量1167TWh。一个世纪以来,电力得到如此迅速的发展,是由于它在使用上的高效、清洁和方便,电不但给家庭带来光明、舒适,更是一个国家现代化、工业化的标志之一。1959年,美国的阿夫柯1号磁流体发电机发出11.4kW的电力,点亮了228盏50W的灯泡,运行了10S,世界上第一台能够发出实际有用电功率的磁流体发电机宣告研制成功。1966年,美国空军研制成功一台实际输出电功率18MW的磁流体发电机,每天大约运行3次,每次1miN。这是世界上第一台作实际应用的磁流体发电机。1977年美国建成300MW磁流体发电示范站。20世纪90年代,独联体建造了一个燃烧天然气的磁流体-蒸汽联合电站,总输出功率582MW。该电站采用超导磁体,磁感应强度为6T。自从1959年美国阿英柯公司试验燃煤磁流体发电技术成功后,世界上对磁流体发电的研究,以美、日、前苏联为代表,进展较快,目前巳有近20个国家正在从事这项发电技术的研究和开发工作,其中有13个国家重点研究燃煤磁流体发电技术,大部分正在进入实验电站研究阶段。20世纪60年代我国就开始磁流体发电的开发研制工作。1964年,中科院电工所建成第一台小型模拟磁流体发电试验机组,燃烧汽油和纯氧,发电功率为80W,运行1miN。1978年南京工学院(现东南大学)研制成功我国第一台民用长时磁流体发电机组,电功率为12kW,累计运行1000H。“七五”期间,我国研制的磁流体发电机组的最高发电功率为2200kW。我国巳把这项技术作为"863计划"重点项目之一,千千瓦级磁流体发电机组已完成试验任务,最高输出功率为2200千瓦,到2000年的目标是建造一座万千瓦级燃煤磁流体--蒸汽联合循环中试电站。最近几年,科学家在导电流体的选用上有了新的进展,发明了用低熔点的金属(如钠、钾等)作导电流体,在液态金属中加进易挥发的流体(如甲苯、乙烷等)来推动液态金属的流动,巧妙地避开了工程技术上一些难题,制造电极的材料和燃料的研制方面也有了新进展。但想一下子省钱省力地解决磁流体发电中技术、材料等方面的所有难题是不现实的。随着新的导电流体的应用,技术难题逐步解决,磁流体发电的前景还是乐观的。在美国,磁流体发电机的容量已超过32000千瓦;日本、西德、波兰等许多国家都在研制碘流体发电机。我国也已研制出几台不同形式的磁流体发电机。燃煤开环磁流体发电,目前已有示范工程,预计在2010内可局部商业化,其将对节能和减少CO2排放实现电力行业的绿色生产做出重大贡献。非平衡电离式闭环磁流体发电,由于工作温度较低,又适合于100~300MW中型机组和配合发展以煤为燃料的燃气发电行业具有巨大的潜力。液体金属式闭环磁流体发电,从工作温度范围和能源种类的适应性大及高导电率看,可适用于小型发电装置,发展前途广阔,但各国尚在基础研究阶段。由此可见,对磁流体发电的研究与探索已由实验阶段发展到在军事、民用的实际应用阶段,作为一种新的能源开发途径,世界各国越来越受到普遍关注。专家们预测,目前磁流体发电在技术上已日趋成熟,随着超导技术的发展,可望在21世纪初,磁流体发电将广泛应用在矿物燃料发电站中,这对整个能原发展,促进经济兴旺,必将产生重大影响。在经济发展、社会进步的同时,人们认识到了一个严峻的现实:几亿年形成的矿物质燃料储量是有限的,地球自净化的环境容量也不是无限的,在经济高速发展进程中,人类过度消耗能源的同时,严重地污染了自己赖以生存的地球和空间,能源与环境是进入21世纪必须考虑的四大难题之首--能源、环境、人口和粮食。节约能源,抑制化石燃料的过度消耗;保护环境,净化人类生存的有限空间;开发与利用再生能源与新能源,带来在环境及价格上均有竞争能力的能源革命。既满足人类当前发展的需要,又不对后代人满足其需求的能力构成危害,这一“持续发展”已成为人类当前和未来共同遵循的迫切问题。第2章我国的能源形势及电力工业概况第2.1节能源与我国现代化我国是一次能源储量丰富的国家,但从可持续发展观点看,存在着十分严重的能源问题。
2.1.1、人均能源不足,人均能耗低而单位产值能耗高我国人均煤炭探明储量为世界均值的51.3%,石油仅为11.3%,天然气只有3.78%。1996年,人均商品能源消费量为世界平均值的55%,为发达国家平均值的1/6;家庭人均用电量只有美国的2.4%;单位国民生产总值能耗(能源消耗强度)高于发达国家和发展中国家平均值。
2.1.2、一次能源分布不均煤炭探明储量中,山西、内蒙古及陕西占65.2%;可开发水能资源中,近67.8%集中在西南地区;松辽、渤海湾、塔里木和准噶尔盆地的石油资源占全国的52.6%;天然气总储量中,2/3分布在中西部,而经济发达的东南沿海地区则缺乏能源。
2.1.3、我国是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家,是世界最大煤炭生产国与消费国。煤炭提供了70%的工业燃料和动力、60%的化工原料。80%民用商品能源。由于煤炭耗量大,而烟气净化装置又不完善和低效,使得环境污染成为我国经济发展的一大拦路虎。
2.1.4、发电用能源占一次能源比重低电是优质、高效、可靠、清洁的二次能源,世界各国电力增长速度始终高于经济增长速度,发电用能源占一次能源比重逐年增大。1992年统计,这一比重为:加拿大60.8%、法国53.6%、英国36.3%、日本51.2%、德国36.9%、意大利32.2%、美国40.8%;但我国目前只有28.8%左右。
2.1.5、能源利用效率低初步分析表明,到2050年我国煤炭供应能力的极限为1857Mtce、石油143Mtce、天然气239Mtce;经济可开发水能全部开发利用为260GW,年发电相当于229Mtce;再加上核电装机200GW,年发电量相当于360Mtce;可再生能源370Mtce,于是一次能源总供应能力约3200Mtce。但如果按目前大量增加能源消耗来支撑经济的增长,则2050年一次能源需求约为6000Mtce。显然,这是不可能的,也是不应该的,必须靠节约能源这“第六能源”和新能源来解决可持续发展对能源的要求。
反正这么说吧
钢铁是否是可再生的??他虽然在地球上已经确定是这么多了,不可能再多了,所以应当是不可再生资源吧,但他可以熔铸,和金属一样,熔化后再制造,他的强度和性质都不会改变。
磁铁其实就是一些剩磁量比较高的物质,比如钕化硼,四氧化三铁以及其他很多物质,这些物质在用线圈进行充磁之后就可以积累很多磁性,就成为永磁体了。当然, 也有非人工的,比如一些自然缓慢由于地质原因导致带磁性的。
但现在大多都是人工充磁的了
大概就是这么个概念。
十年前,电气工程教授、著名电子电力、高压工程与电力系统专家 Dr. George Karady便论述过储能是极有潜力的方向,从日常用的手机、智能手表、AR/VR设备到电动车和电网等,都需要储能设备维持设备的正常运行。
如今,在可再生能源技术取代化石能源的全球转型中,储能市场也随着清洁能源技术与市场的发展而快速成长,逐渐凸显出其重要地位与战略价值。
作为注重环境保护与可持续发展的技术型初创公司,自由创始人科技一直关注清洁能源及各类环保科技。在本篇文章中,我们将介绍部分储能技术与创新思路,希望能给正在寻找储能方向的创业者们一些启发,感兴趣的小伙伴可以与我们联系。
Energy Storage: The Key to a Reliable, Clean Electricity Supply
| 1. 锂电池
说到储能,目前首选的储能技术必然要提及锂电池。
锂电池在化学电池中应用广泛,再加上电动汽车的发展,使其在市场内的需求不断扩增。MIT Technology Review 2021十大breakthrough的technology就有锂电池和绿色氢能。
但目前大部分锂电池依旧在充放电循环次数、使用寿命、材料回收、及其对环境的影响等方面存在问题。行业内已有很多实验室、工厂与企业着力于改进锂电池的产能、提高能量密度、增加电池寿命与改善材料。然而对初创公司来说,锂电池创新所需成本与技术要求较高,独立开发会有一定困难,部分初创则是通过与电池厂和大公司合作来实现自己设计的产品。
除了硬件创新,初创公司还可以从软件层面来提高和优化电池表现,比如利用BMS(Battery Management System)系统。由于不同尺寸和电池类型对BMS的具体要求不一样,不同电池和应用场景的BMS会有差别,对这部分感兴趣的初创者们可以找一个合适的细分市场(niche market)尝试开发自己的软件产品。
| 2. 绿色氢能
绿色氢能是通过风能太阳能等再生能源生产的电,通过水电解后产生的氢能储能。在疫情期间,各国政府纷纷出台绿色能源方案, 欧盟发布了《欧洲氢能战略》,我国亦在政府业务报告中新增了“促进建设氢能设备级充电站”的项目。
作为可再生能源的“核心”,绿色氢能被许多能源领域寄予厚望。“电解槽技术学习率已接近风力发电的历史学习率。谷歌网站搜索数据显示,‘绿色氢能’一词的搜索量增至2019年的三倍。”(BHP,2021年6月)
The 75 hydrogen technology startups and companies disrupting the space
(Contrarian Ventures, 2020)
致力于绿色氢能的初创公司,可以从氢能的不同生命周期来考虑创新,例如氢能储能、应用、换电站、充电,及其各类辅助硬件等等。氢能仍属于发展初期,技术尚未成熟,但其拥有丰富的应用场景,在未来具有万亿级市场规模,风险与机遇并存。
| 3. 电磁储能
电磁储能解决方案主要有两种,分别是Flywheel和SMES。
飞轮储能(Flywheelenergy storage) 的工作原理是加速一个转子(飞轮)到非常高的速度,并保持系统中的能量作为转动能量,结构精密容量大,目前在电网的大型储能设备中有比较多的应用。而超导磁储能系统 (SuperconductingMagnetic Energy Storage, SMES)是一种将电能储存在磁场中而不转化为化学或机械形式的储能装置,容量较小,但能在几乎瞬间存储和释放大量电能。
磁能储能是一个涉及电,磁,热,应力等多场耦合的综合领域,灵活性强且理论较为成熟,初创公司可以从成本、材料、工程、复合储能等多个角度对其进行尝试与创新。
| 4. 超级电容
超级电容器(supercapacitorSC) 是一种大容量电容器,其电容值远高于其他电容器,但具有较低的电压限制,弥补了电解电容器和可充电电池之间的差距。在单位体积或质量上,它通常比电解电容器多存储10到100倍的能量,可以比电池更快地接受和传递充电,并比可充电电池容忍更多的充放电循环。
欧美的初创公司们在这个领域做出了些有意思的突破。
比如英国的初创公司AllotropeEnergy开发了离子型超级电容器(ionic supercapacitors),通过带电电子和相反电荷的离子的相互作用来储存能量,同时提供了电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度,被应用于汽车部件、混合动力汽车和快速充电等场景中。
而美国的初创公司Capacitech则创造了一个基于电缆的电容器(Cable-Based Capacitor),它拥有十分灵活的物理特质,可以缠绕在电线或电路板上,在电子、太阳能和储能等领域大受好评。
Capacitech Cable-Based Capacitor (http://capacitechenergy.com)
| 5. 其他
除了以上储能方式外,还有水储能(例如三峡水电),热储能(熔融盐技术)等等。科研界也一直对储能有诸多新尝试,比如MIT提出的利用2400℃熔融硅实现长时间热能储存的方案也有很强的价格优势,有的研究把太阳能通过化学反应存储成液体能量以方便运输销售。对于初创公司而言,可以考虑从自己感兴趣或熟悉的方向领域入手。
当然,与能源相关的不仅仅只有储能技术,电池回收也有很多创新方向可以尝试。譬如怎样减少锂电池等化学电池的环境污染并高效回收,或是提高太阳能板的回收利用率等等。电池回收目前是许多海内外高校实验室的重点项目,特斯拉也将其视为着力方向之一,其中有许多可以探讨的技术与内容,如果有小伙伴对其感兴趣不妨与我们聊一聊。
结尾语:对于储能种类及创新的介绍就先到这里,希望这篇文章能对您有所帮助。我们自由创始人在储能硬件与环保技术方向拥有丰富的项目经验与顶尖的专业人才,如果您对能源储存感兴趣,或正在做储能方向的产品,欢迎与我们联系
能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。
这个看似晦涩的定义其实是在说,谈论能量,离不开变化,离不开过程。变化,过程一定伴随着作用,要严格区分能量的种类,其实不能看能量的外在表现形式,一个“本质”可以有无数的表现形式,你所罗列的这些能量的形式都是一些同种作用下的不同表现形式,每一个都不能作为独立的能量形式。比如声,光,电,这都属于电磁作用,其能量的表现形式都是电磁波。再如热能,是系统大量分子无规则运动的结果,它仍然是电磁作用的宏观结果。所以,你所说的声光电热,可以归结为电磁作用的能量。
再看风能和动能,这里风能和动能都是由引力场引起的,(动能不一定都是引力场引起,电磁场也可以引起分子运动,动能到底属于那种能量,要看具体情况)所以可以归结这两种能量为“万有引力作用”的能量,此外,“万有引力作用”引起的还有潮汐能,这是地球和月亮的引力作用引起。还有重力势能,这也是重物体和地球的“引力作用”引起的能量,但是有一点要注意,分子的势能不是万有引力,而是电磁作用。
化学能,一般也是化学键结合的能量,其本质仍然是“电磁作用”
所以,上面你说了这么多种类型的能量,他们很多本质上都一样。
除了,上面的能量外,还有核能,是和你所说的能量都不一样的类型。在提到核能之前,可以先提一个问题供楼主参考,原子核的质子都带正电,原子核是非常的小,那么,在如此小的距离内,质子之间的电磁作用--库伦力有多大呢,只要你列出库伦力的公式,你一定能发现,这个力是大的惊人,但是,存在如此大的排斥力,质子为什么还被粘在一个原子核大小的空间?这个粘着质子的胶水就是强相互作用,顾名思义,这种作用是非常强大的,如果把原子核打散,让强相互作用的能量释放,就产生了核能,最易懂的例子就是原子弹。想一想原子弹的威力,你就会对强相互作用留下深刻的影响。库伦力比万有引力大了几十亿倍,而核力比库伦力还大,那么,为什么我们宏观世界最能感受到万有引力,而只有很少数情况下能感受到库伦力,几乎从来没有感受到核力,如果有兴趣,楼主可以仔细思考。
最后还有一种能量,来自弱相互作用,它表现在一些放射衰变中,虽然这种作用很小,但是它是不同于其他3中作用的。
总结下,能量的分类最好是从本质作用来分,至于“作用”和“能量”的关系,要楼主慢慢体会。这个是很难在这里说清楚的。
能量要分的话,应该分为:
“电磁作用”产生的能量
“万有引力作用”产生的能量
“强相互作用”产生的能量
“弱相互作用”产生的能量