為發展新能源發電技術吶喊
廣州新能源發電實驗室位於廣州市北郊,從化區太平工業園內,佔地面積1200平方米。主要研究新能源發電技術,該實驗室由廣州同合能源科技有限公司於2014年創辦,由我國著名高能核物理科學家林溪石主持。林溪石現年70,畢業於瀋陽理工大學,碩士文化程度。曾任解放軍某工程科研設計院總工程師、博導,專業技術一級,少將軍銜。他在職期間曾先後獲得二十餘項軍隊、國家重大科研成果,這些成果並獲得國家和軍隊一、二等科技進步獎、發明獎。其中兩次獲得全軍重大貢獻獎,先後被國家人事部確定為國家級有突出貢獻的中青年專家,享受國務院特殊政府津貼,2013年以軍隊正軍職待遇退休。
林溪石經過長時間的探討和研究後認為,目前新能源的種類和形式很多,但是能夠供給全國使用千年以上的可再生能源主要有三大類,即冷聚變發電、可燃冰發電和乾熱巖發電這三大項。開發利用這些新能源並全部替代全國全部燃煤發電、熱電廠等污染嚴重的發電廠正是廣州新能源發電實驗室主要研究的目標和項目。現將該實驗室的有關情況簡介如下:
一、冷聚變技術
目前自然界中有兩種核能,一種是裂變、一種是聚變,核能除了可以用於武器,如原子彈、氫彈、中子彈等,還可以廣泛應用於民用,例如遍佈世界各地的核電站就是利用裂變核能建成的,但是目前為止聚變核能還沒開發成功,聚變核能無污染無輻射,是自然界的一種可再生能源,它的燃料來自大海,來源廣泛容易採集,是人類終身可用的可再生能源,它的開發成功將一勞永逸的解決人類的能源問題。核裂變能源是目前廣泛應用的能源,它已經廣泛地應用在遍佈世界各地的核電站和核動力艦船之中。但是核裂變的缺點太嚴重,它的廢料有強烈的放射性,半衰期長達千年之久,難以處理。裂變核電站也很容易發生核事故,一旦發生事故,波及範圍很大,危害的時間很長。就像前蘇聯的切爾諾貝利核電站和前不久的日本福島核電站事故那樣。應該説明的是核裂變所用的燃料鈾,在地球上的存量也是有限的,所以説核裂變並不是一種可再生能源。
聚變堆目前處於試驗研發階段,聚變堆最有前途。第一、它的核燃料是從海水中提煉的氫的同位素氘(來源於太陽風帶來的氘原子)和人造核元素氚,可以説是資源取之不盡用之不竭。第二、它沒有放射性核廢料,不產生任何污染。第三、它好控制,隨時可以關閉停堆,安全性極好。正因為此,所以世界各國均有傑出科學家投身於此,希望能讓聚變堆為民生所用。但是聚變堆的點火和維持反應的條件是需要接近一億度的高温和十萬個兆帕的壓力。所以也有人稱聚變堆為熱堆。這隻有天體才能創造的條件,想要在地球上完成十分困難。
林溪石認為在自然界中,絕不會只有一種方法達到一個目的。常温核聚變,又稱冷核聚變,是指在理論上接近常温(1000K以下)、常壓和相對簡單的設備條件下發生核聚變反應。核聚變反應中,多個輕原子核被強行聚合形成一個重原子核,並伴隨能量釋放。冷核聚變即是現在所用更正式名稱——“低能量核反應”的通俗名稱,隸屬於凝聚態物質核科學。
廣州新能源發電實驗室,從2014年起,開始研發冷聚變發電技術,現在已經完成從海水中提煉含氘量達到20%的濃縮海水作為冷聚變燃料,經初步試驗,取得良好的效果,用μ粒子作為催化劑的冷聚變反應腔,也取得初步進展。1000KW的冷聚變發電實驗裝置正在組裝調試中,預計在2019年底,可以實驗點火併網發電。
二、可燃冰發電技術
天然氣水合物又稱“可燃冰”,是分佈於深海沉積物或陸域的永久凍土中,由天然氣與水在高壓低温條件下形成的類冰狀的結晶物質。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”。其資源密度高,全球分佈廣泛,具有極高的資源價值,因而成為油氣工業界長期研究熱點。自上世紀60年代起,以美國、日本、德國、中國、韓國、印度為代表的一些國家都制訂了天然氣水合物勘探開發研究計劃。迄今,人們已在近海海域與凍土區發現水合物礦點超過230處,湧現出一大批天然氣水合物熱點研究區。就我國的能源需求而言(以2016年全國能源使用量為例),目前光是南海海域儲存的可燃冰就足夠全國使用1000年以上。由於探測開採,可燃冰技術已經有很多單位在研究和開發,所以廣州新能源發電實驗室只研究利用可燃冰直接發電問題。由於可燃冰的成分是甲烷,如果讓它逃逸在大氣層中,引發温室效應,其比二氧化碳還要嚴重。產生嚴重的環境污染問題,所以目前以天然氣為燃料的燃氣、蒸汽鍋爐,其燃燒室的温度均超不過1000度,甲烷難以充分燃燒,只有提高燃燒室温度,才能夠使甲烷充分燃燒,從而減少甲烷逃逸現象。廣州新能源發電實驗室可燃冰發電項目組,研製了超千攝氏度的高温燃燒室,並將高温氣體直接噴射在汽輪機熱片上,再轉化為動力發電。這種不經過燃氣、蒸汽鍋爐直接發電的技術稱之為:可燃冰高温燃氣直髮電技術。該技術預計2020年可研發樣機。並在2025年研發出5X600MW的可燃冰發電機組。屆時即可逐步淘汰全國燃煤電廠。
三、乾熱巖發電
乾熱巖( HDR) 是指一般温度> 150 ℃,埋深數千米,內部不存在流體或僅有少量地下流體的高温巖體,並以熱能的方式賦存在深部熱巖體中。其熱量來源由兩部分組成: 一部分為由地幔向地表傳導的熱量; 另一部分為地殼表層( 10 km) 巖體中鈾U、釷Th、鉀K 放射性衰變產生的熱量。乾熱巖是可再生資源,全球儲量豐富,分佈廣泛,可以廣泛應用於發電、供熱,不存在氮氧化物和二氧化碳排放,是最具環保性能的未來清潔能源。據國土資源部的評價結果顯示,我國位於深度 3. 5 ~ 7. 5 km 之間,温度介於 150 ~250 ℃的乾熱巖資源量,可摺合標準煤 85. 6 × 10 5 億 t,以 2%作為淺層乾熱巖開發利用效率計算,可節約能源總量摺合標準煤 1. 71 ×10 5 億 t,按全國乾熱巖儲量開發20%來計算,足可以供應全國所有能源穩定使用一萬年以上。
廣州新能源發電實驗室,乾熱巖發電技術項目主要研究項目:
(1)研發激光土壤岩石穿孔技術。該技術可以在土壤岩石上穿孔直徑為50mm穿孔作業,穿孔深度可達到萬米以上,而且速度快,出碴容易。主要用於乾熱巖的勘探。
(2)乾熱巖紅外測温技術。能夠隨激光鑽孔深入岩石探温,温度為500℃內,上述兩種技術用於乾熱巖儲量分佈勘察和開發工程設計。
(3)大口徑旋挖式深孔鑽探技術。能夠用旋挖的方法在土壤和岩石之中鑽直徑為100-150mm之間的深孔,孔深5000米。主要用於開發乾熱巖發電時的注水井和生產井的打井作業。
(4)半導體温差發電技術。主要是利用從乾熱巖抽上熱水直接進行温差發電(無需蒸汽輪機等機械轉動部分)
計劃:上述技術如果資金充裕預計在兩年內均可試製出樣機,並用於實際作業。
四、新能源發展計劃建議
上述三種新能源,廣州新能源發電實驗室目前所研究的新能源,都是能夠滿足全國使用千年以上的可再生新能源,如果能及時開發,將對我國能源格局產生重大響應和幫助,我國現在能源對外的依存度很大,除了價格的因素外,供應和運輸等整個能源供應鏈,都很脆弱,國家的安全性受到很大的影響。如不及時開發我國自有的新能源,我國在能源問題很可能陷入被動局面,因此我們強烈呼籲,國家領導要重視上述三種能源開發,加大支持力度,在定製中、長、遠能源規劃時加以積極考慮。
1、為此我們建議,首先開發可燃冰發電技術,在近期內研發出3000MW國家示範可燃冰直髮電電站。
2、積極支持冷聚變發電研究工作,聚變核電站是人類最根本的能源出路,國家應給予高度重視,對於聚變發電技術,我國目前是冷熱不均的,國家對於由託卡馬克裝置技術演變以來的高温磁約束項目給予很大力度支持,但是對於剛剛起步的冷聚變項目卻不予支持。
3、我國的乾熱巖儲量很大,僅在青海一省就探有乾熱巖儲量達以全國使用,建議國家動工建設乾熱巖示範電廠。

