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新型能源材料

2001年10月10日至12日，在北京香山饭店召开了主题为“新型能源材料”的香山科学会议第171次学术讨论会。此次会议是中欧双边国际学术交流研讨会，会议聘请师昌绪、李恒德、周廉院士和P.SIFFERT博士为本次会议执行主席。三十多位中国专家和来自欧洲各国的六位专家共聚一堂，就世界能源的现状与未来，经济评估及各种能源材料，包括核能、透平、风能、太阳能、燃料电池、锂离子电池镍氢电池等的有关问题交流了看法并展开了讨论。20多位与会专家在会上作了报告，欧盟驻华代表团科技参赞J.SANDERS博士应邀到会就欧洲的能源政策做了专题报告。与会专家交流了当前国际及我国的能源现况及发展趋势。欧盟人口仅占全世界的6%，但能源消耗却占全世界的14-15%。世界上每人每年的一次性能源消耗的平均值为2.0TCE，我国低于此值。在能源构成方面，欧盟1998年比例为：41%油，22%气，16%煤，15%核能，6%为可再生能源（包括2%水电）；到2030年：38%油，29%气，19%固体燃料，6%核能，8%为可再生能源（如果提供足够的财政支持，有望在2010年增至12%）。我国2020年一次能源需求可增至2694MTCE，2050年增至3440MTEC（约2.2吨/人）。而2050年国内的供应能力仅为3000MTCE，包括1700MTCE煤（煤矿的能力极限），260GW水力及120GW核能。与会专家指出，到2030年，欧盟70%的一次能源将依靠进口。而我国虽缺油少气，但不能走依赖进口的道路，应把发展核电及利用可再生能源，如水力、太阳能、风能、地热等可再生能源提高到应有的高度。在涉及核能及相关材料研讨时与会专家指出，根据国外有关资料，世界可经济开采的年限为原油95年，天然气190年。且这些资源主要分布在中东地区。因此核能已成为主要的替代能源之一。1998年法国核燃料消耗已占总一次能源消耗的37%。由于原苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故，造成欧洲人“谈核色变”。1998年丹麦、爱尔兰、意大利、奥地利和葡萄牙的核燃料消耗几乎为零，德国也仅占11%。欧盟对核电站的要求非常严苛。欧洲核材料研究工作也在加紧进行。我国在上世纪50年代由国防需求的牵引，建立起完整的核工业体系，同时也建立了一支科技队伍。尽管我国大陆核电的起步较晚，但已能设计建造核电站。泰山二期将于明年中期并网发电。为了提高核反应堆的固有安全性及提高铀资源的利用，高温气冷堆及快中子增殖堆的原型堆正在建造中。与会专家指出，材料在保证核电站经济、高效、安全运行中起着关键作用。核燃料包壳材料--锆合金、压力壳体用钢的质量至关重要。为了延长反应堆的寿命，目前的限制因素是压力壳钢的辐照脆化问题。需要开发耐辐照、耐腐蚀及应力腐蚀的新材料。聚变堆对材料的要求更为严苛，目前我国的差距还很大。核废料的处理和贮存是制约核电发展的关键问题之一，我国专家这方面的报告深受欧方欢迎。与会专家认为，我国应把核能利用提高到一定的高度，并在加速培养年轻人才和在核材料基础研究方面（包括核废料处理）建立与欧洲的国际合作关系。关于地面燃气透平材料方面，专家认为，欧洲国家由于对核能使用的限制，地面燃机发电已成为主要能源之一。燃气轮机越造越大，单机容量超过125MW的已占11.5%。最小的微型燃机（MICROTURBINE）只有几千瓦。燃气透平联合发电系统（GTCC）尽管其投资略高于单独的透平发电站（分别为700和500DM/KW），但热效率高，运行成本低，已成为主要的选择，。SIEMENS开发的微型燃机所用燃料可以是天然气、煤气或沼气。由于燃气轮机的工作条件十分苛刻，对高温合金提出了更高的要求。对叶片材料，国外开发出一系列抗热腐蚀高温合金，同时在工艺上从精炼、精铸、定向结晶到表面涂层都做了大量工作。我国燃气轮机发电量2000年为7000MW，2005和2010年预期将分别达到25000和39000MW。在西气东输工程中约需总量为3000MW的燃气轮机。在材料方面，尽管科研生产都取得很大成绩，但由于投入不足，并且习惯于重复引进国外成套设备，严重影响了国产化进程。每年花费在进口备件叶片上就达上亿美元。与会专家认为，我国应在燃气轮机高温材料研制方面给予充分重视。在可再生能源及相关材料方面，与会专家认为从全球环围看，随着矿物能源的日趋枯竭，可再生能源的利用正日益受到重视。除水力资源外，可再生能源还包括地热、风能、太阳能及波浪潮汐能等。据统计，2000年世界发电量中地热、风能、太阳能发电各占后四种能源发电总量的66%，31%和3%；到2020年将变为21%，66%和5%，波浪和潮汐能将占8%。但四项总和仍低于全球总发电量的2%。水力发电将维持在19%左右。在风能利用方面，目前世界上已安装了18，000MW的风能装置。德国在过去12年中安装了一万台