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为发展新能源发电技术呐喊
发表时间 2017-10-24 13:31 来源 本站原创

  ---记广州新能源发电实验室科研工作

  广州新能源发电实验室位于广州市北郊,从化区太平工业园内,占地面积1200平方米。主要研究新能源发电技术,该实验室由广州同合能源科技有限公司于2014年创办,由我国著名高能核物理科学家林溪石主持。林溪石现年70,毕业于沈阳理工大学,硕士文化程度。曾任解放军某工程科研设计院总工程师、博导,专业技术一级,少将军衔。他在职期间曾先后获得二十余项军队、国家重大科研成果,这些成果并获得国家和军队一、二等科技进步奖、发明奖。其中两次获得全军重大贡献奖,先后被国家人事部确定为国家级有突出贡献的中青年专家,享受国务院特殊政府津贴,2013年以军队正军职待遇退休。

  林溪石经过长时间的探讨和研究后认为,目前新能源的种类和形式很多,但是能够供给全国使用千年以上的可再生能源主要有三大类,即冷聚变发电、可燃冰发电和干热岩发电这三大项。开发利用这些新能源并全部替代全国全部燃煤发电、热电厂等污染严重的发电厂正是广州新能源发电实验室主要研究的目标和项目。现将该实验室的有关情况简介如下:

  一、冷聚变技术

  目前自然界中有两种核能,一种是裂变、一种是聚变,核能除了可以用于武器,如原子弹、氢弹、中子弹等,还可以广泛应用于民用,例如遍布世界各地的核电站就是利用裂变核能建成的,但是目前为止聚变核能还没开发成功,聚变核能无污染无辐射,是自然界的一种可再生能源,它的燃料来自大海,来源广泛容易采集,是人类终身可用的可再生能源,它的开发成功将一劳永逸的解决人类的能源问题。核裂变能源是目前广泛应用的能源,它已经广泛地应用在遍布世界各地的核电站和核动力舰船之中。但是核裂变的缺点太严重,它的废料有强烈的放射性,半衰期长达千年之久,难以处理。裂变核电站也很容易发生核事故,一旦发生事故,波及范围很大,危害的时间很长。就像前苏联的切尔诺贝利核电站和前不久的日本福岛核电站事故那样。应该说明的是核裂变所用的燃料铀,在地球上的存量也是有限的,所以说核裂变并不是一种可再生能源。

  聚变堆目前处于试验研发阶段,聚变堆最有前途。第一、它的核燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘(来源于太阳风带来的氘原子)和人造核元素氚,可以说是资源取之不尽用之不竭。第二、它没有放射性核废料,不产生任何污染。第三、它好控制,随时可以关闭停堆,安全性极好。正因为此,所以世界各国均有杰出科学家投身于此,希望能让聚变堆为民生所用。但是聚变堆的点火和维持反应的条件是需要接近一亿度的高温和十万个兆帕的压力。所以也有人称聚变堆为热堆。这只有天体才能创造的条件,想要在地球上完成十分困难。

  林溪石认为在自然界中,绝不会只有一种方法达到一个目的。常温核聚变,又称冷核聚变,是指在理论上接近常温(1000K以下)、常压和相对简单的设备条件下发生核聚变反应。核聚变反应中,多个轻原子核被强行聚合形成一个重原子核,并伴随能量释放。冷核聚变即是现在所用更正式名称——“低能量核反应”的通俗名称,隶属于凝聚态物质核科学。

  广州新能源发电实验室,从2014年起,开始研发冷聚变发电技术,现在已经完成从海水中提炼含氘量达到20%的浓缩海水作为冷聚变燃料,经初步试验,取得良好的效果,用μ粒子作为催化剂的冷聚变反应腔,也取得初步进展。1000KW的冷聚变发电实验装置正在组装调试中,预计在2019年底,可以实验点火并网发电。

  二、可燃冰发电技术

  天然气水合物又称“可燃冰”,是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高,全球分布广泛,具有极高的资源价值,因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起,以美国、日本、德国、中国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今,人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处,涌现出一大批天然气水合物热点研究区。就我国的能源需求而言(以2016年全国能源使用量为例),目前光是南海海域储存的可燃冰就足够全国使用1000年以上。由于探测开采,可燃冰技术已经有很多单位在研究和开发,所以广州新能源发电实验室只研究利用可燃冰直接发电问题。由于可燃冰的成分是甲烷,如果让它逃逸在大气层中,引发温室效应,其比二氧化碳还要严重。产生严重的环境污染问题,所以目前以天然气为燃料的燃气、蒸汽锅炉,其燃烧室的温度均超不过1000度,甲烷难以充分燃烧,只有提高燃烧室温度,才能够使甲烷充分燃烧,从而减少甲烷逃逸现象。广州新能源发电实验室可燃冰发电项目组,研制了超千摄氏度的高温燃烧室,并将高温气体直接喷射在汽轮机热片上,再转化为动力发电。这种不经过燃气、蒸汽锅炉直接发电的技术称之为:可燃冰高温燃气直发电技术。该技术预计2020年可研发样机。并在2025年研发出5X600MW的可燃冰发电机组。届时即可逐步淘汰全国燃煤电厂。

  三、干热岩发电

  干热岩( HDR) 是指一般温度> 150 ℃,埋深数千米,内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体,并以热能的方式赋存在深部热岩体中。其热量来源由两部分组成: 一部分为由地幔向地表传导的热量; 另一部分为地壳表层( 10 km) 岩体中铀U、钍Th、钾K 放射性衰变产生的热量。干热岩是可再生资源,全球储量丰富,分布广泛,可以广泛应用于发电、供热,不存在氮氧化物和二氧化碳排放,是最具环保性能的未来清洁能源。据国土资源部的评价结果显示,我国位于深度 3. 5 ~ 7. 5 km 之间,温度介于 150 ~250 ℃的干热岩资源量,可折合标准煤 85. 6 × 10 5 亿 t,以 2%作为浅层干热岩开发利用效率计算,可节约能源总量折合标准煤 1. 71 ×10 5 亿 t,按全国干热岩储量开发20%来计算,足可以供应全国所有能源稳定使用一万年以上。

  广州新能源发电实验室,干热岩发电技术项目主要研究项目:

  (1)研发激光土壤岩石穿孔技术。该技术可以在土壤岩石上穿孔直径为50mm穿孔作业,穿孔深度可达到万米以上,而且速度快,出碴容易。主要用于干热岩的勘探。

  (2)干热岩红外测温技术。能够随激光钻孔深入岩石探温,温度为500℃内,上述两种技术用于干热岩储量分布勘察和开发工程设计。

  (3)大口径旋挖式深孔钻探技术。能够用旋挖的方法在土壤和岩石之中钻直径为100-150mm之间的深孔,孔深5000米。主要用于开发干热岩发电时的注水井和生产井的打井作业。

  (4)半导体温差发电技术。主要是利用从干热岩抽上热水直接进行温差发电(无需蒸汽轮机等机械转动部分)

  计划:上述技术如果资金充裕预计在两年内均可试制出样机,并用于实际作业。

  四、新能源发展计划建议

  上述三种新能源,广州新能源发电实验室目前所研究的新能源,都是能够满足全国使用千年以上的可再生新能源,如果能及时开发,将对我国能源格局产生重大响应和帮助,我国现在能源对外的依存度很大,除了价格的因素外,供应和运输等整个能源供应链,都很脆弱,国家的安全性受到很大的影响。如不及时开发我国自有的新能源,我国在能源问题很可能陷入被动局面,因此我们强烈呼吁,国家领导要重视上述三种能源开发,加大支持力度,在定制中、长、远能源规划时加以积极考虑。

  1、为此我们建议,首先开发可燃冰发电技术,在近期内研发出3000MW国家示范可燃冰直发电电站。

  2、积极支持冷聚变发电研究工作,聚变核电站是人类最根本的能源出路,国家应给予高度重视,对于聚变发电技术,我国目前是冷热不均的,国家对于由托卡马克装置技术演变以来的高温磁约束项目给予很大力度支持,但是对于刚刚起步的冷聚变项目却不予支持。

  3、我国的干热岩储量很大,仅在青海一省就探有干热岩储量达以全国使用,建议国家动工建设干热岩示范电厂。

  林溪石参加2015年全国英模劳模大会在天安门城楼留影 新华社摄

  林溪石与他的专家团队 新华社摄