能源开发与利用中的化学问题

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1、能源开发与利用中的化学问题学院：化学化工专业班级：姓名：学号：指导老师：唐有根能源开发与利用中的化学问题（湖南长沙111南大学化学化工学院410000）摘要：在社会越來越发展的今天，能源问题也凸显的越來越明显。人们在提高传统能源的利用率的同时，也在寻找着可以替代传统能源的口J再生能源。但是，在可再生能源的开发与利用屮，存在着很多的问题。木文主要讨论在能源开发利用屮面临的化学问题。关键词：能源开发化学风能氢能太阳能1.前言能源问题一直是困扰着人们的一个亟待解决的问题Z—。煤矿资源的过度开采，石油资源的逐渐匮乏，这些都使得人们开始不得不面对传统能源的持续使用以及新

2、能源的开发问题。经过一段时期的研究与开发，氢能、风能、太阳能、潮汐能等新能源，也称之为可再牛能源开始登上历史的舞台。虽然人们已经找到了开发和使用这些能源的方法，但是，怎么最大限度的使用这些能源，使得能源的浪费和对环境的污染减到最少，这其中仍然存在很多的问题。众所周知，风能、太阳能等再生能源的利用，有着时间和空间上的问题，对于怎么储存这些能源，人们已经找到了比较好的媒介一一电池。但是不同的能源其性质也不相同，所以电池的种类、形式、结构等等也不尽相同。怎样研究出分别适用于不同能源的电池成为了能源开发中的化学问题。2•能源开发中的化学问题2.1传统能源开发中的化学问

3、题曾经在很t一段时间内，传统能源都在能源利用中占据主导地位。但是，在传统能源的开发中，也存在着很多的化学问题。比如，煤炭开采中，矿井中的瓦斯爆炸问题，水污染问题，大量堆积的煤砰右散发的气体对空气质量的影响，对地表地下水的污染；石油开采屮，尤其是海上石油的开采屮，原油的泄漏，对海水中的生物的影响；再者，传统能源常有燃烧不完全，以致排放的CO、NO等对大气造成很大的污染，使用不当还会危及人身安全。所以，如何安全开采？开采中不能完全利用的煤什石等这类物质如何处理？如何安全使用？怎样使得这些能源得到最人限度的利用？这些都是传统能源开发与利用中需耍解决的化学问题。2.2

4、可再生能源开发利用中的化学问题2.2.1风能开发利用屮的化学问题风能发电自身所固冇的随机性、间歇性特征，决定了英规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带來显著影响，必须要有先进的储能技术作支撑。研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在10%以内，依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全；但如果所占比例达到20%英至更高，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。耳前为了减少对电网的冲击，每一台风机需要配备其功率4%的后备蓄电池。另外还需要大约相当于其功率1%的蓄电池用于紧急情况吋风机保护收风叶用。电网对风电输出平稳性的要求已成为风电发展

5、的瓶颈。随着风电的快速发展，风电与电网的矛圧越来越突出。如果需要平滑风电90%以上的电力输出，需要为风电场配置20%左右额定功率的储能电池；如果希望风电场还能具冇削峰填谷的功能，将需要配备相当于40-50%功率的动态储能电池；如果风机离网发电，则需要更大比例的动态储能电池。风机现在使用的铅酸电池容量小、寿命短、稳定性茅、维护费时费力、污染大。虽然目前来讲锐电池所具备的优点，完全可以取代现有的铅酸电池，成为风电场动态储能系统的主体，但是研制出低成本、高能量密度的锐电池，还需要一定的研究发展。2.2.2氢能开发利用中的化学问题由于氢燃烧或催化氧化后的产物为水，其与

6、化石能源诸如煤炭、石油等相比不会对环境造成污染；又由于其具冇来源丰富、质量轻、能量密度高、绿色环保、储存方式与利用形式多样化等特点，使得氢能的开发利用成为一项人们热衷于的科研课题。由氢能作为动力的电动口行车、汽车小匕是将来氢能应用的一个重要方面。但是，如何获取氢能，以及车载氢能的储氢材料，是需要攻克的难题。（1）氮气的制収彳⑷目前來说，氮气的制取主要方法冇，化石燃料（石油、煤和天然气）的裂解、电解水和牛物制氢。制氢所需的原材料一般为碳氢化合物和水。工业用氢的制备方法主要是化石燃料的热分解，包括天然气的重整、碳氢化合物的部分氧化和煤的汽化，产氢的成本较低。然而，

7、这些技术严重依赖化石燃料资源且排放二氧化碳。近年来也发展了从化石燃料产氢而不释放二氧化碳的方法，即直接热分解和催化裂解碳氢化合物，这种方法已经被用于制备碳，但相对丁•制氢成木较高，因此，如何研制出低成本的制氢方法，是化石燃料制氢重耍问题，但是，这种方法中氧能的来源主要还是依靠化石燃料，所以，人们更倾向于通过屯解水来制氮。但是电解水制氢又冇另外一个问题，电解效率太低，容易造成能源的浪费。而生物制氢与前两者相比，具有能耗低，污染小的特点，引起了科学家们极大的兴趣，也是未来很有可能的制氢方向。（2）储氢技术'"储氢技术按氢的聚集状态可分为高压气态储氢、低温液态储氢以

8、及同休储氢材料储氢。与前两种方法相比，