宋文吉，韓 穎，馮自平，孫永明

新能源技術(shù)在華南地區(qū)應(yīng)急科技裝備中的應(yīng)用潛力分析

宋文吉1,2，韓 穎1,2，馮自平1,2?，孫永明1,2

（1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

應(yīng)急救援的能源保障與當(dāng)?shù)丨h(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)，新能源技術(shù)的就地取材、高效轉(zhuǎn)化和原位供能等特點(diǎn)將為應(yīng)急科技裝備和相關(guān)人員的能源保障提供新的選擇。本文以典型應(yīng)用場(chǎng)景為技術(shù)案例，結(jié)合華南地區(qū)的新能源資源條件和應(yīng)急救援場(chǎng)景的能源需求，分別對(duì)近岸島嶼、南海海洋、偏遠(yuǎn)山區(qū)和無人飛行器等場(chǎng)景進(jìn)行分析，探討新能源技術(shù)在應(yīng)急保障領(lǐng)域的解決方案和應(yīng)用潛力，以期為新能源應(yīng)急科技裝備的發(fā)展提供借鑒。

應(yīng)急救援；新能源保障技術(shù)；科技裝備

0 引 言

各類突發(fā)的不可抗事件會(huì)對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大損失[1]。華南地區(qū)水路、陸路、鐵路、航空、航海線路網(wǎng)絡(luò)密集，與東南亞國(guó)家廣泛接壤，是國(guó)家重要的國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)戰(zhàn)略中心；瀕臨南海，是海上絲綢之路的重要門戶；有眾多的離岸島嶼和遼闊的海域面積，海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｒ虼?，?dāng)面臨各類自然災(zāi)害、突發(fā)事件或軍事事件時(shí)，如果不能及時(shí)有效應(yīng)對(duì)，將會(huì)造成更加嚴(yán)重的損失和持續(xù)的負(fù)面影響。

我國(guó)的自然災(zāi)害中，最主要的是洪澇、干旱、臺(tái)風(fēng)等氣象和氣候?yàn)?zāi)害，其次是地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)地貌災(zāi)害，其中以洪澇、干旱和地震的危害最大。我國(guó)是世界上自然災(zāi)害種類多、災(zāi)情最為嚴(yán)重的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一。幾千年的中華文明史也可以說是一部與自然災(zāi)害作艱苦斗爭(zhēng)的歷史。直至今天，自然災(zāi)害仍然是制約我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。尤其是近年來，我國(guó)重大自然災(zāi)害多發(fā)、頻發(fā)，影響范圍廣，人員傷亡重，災(zāi)害損失巨大，引起了全社會(huì)的進(jìn)一步關(guān)注[2]。

通過建立專業(yè)救援隊(duì)，健全應(yīng)急救援裝備保障能力體系，全面提高應(yīng)急救援行動(dòng)的裝備保障能力是我國(guó)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家成功經(jīng)驗(yàn)的必然選擇。實(shí)踐表明，強(qiáng)有力的裝備保障是高效完成應(yīng)急救援任務(wù)的必備條件[3]。

經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，新能源技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，培育出巨大的新能源技術(shù)裝備新興產(chǎn)業(yè)[4-5]。然而，在應(yīng)急科技裝備中使用新能源作為驅(qū)動(dòng)能源或保障能源，還處于初步階段。本文將結(jié)合華南地區(qū)的新能源資源稟賦和應(yīng)急能源需求特點(diǎn)，探討新能源技術(shù)在應(yīng)急保障領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，以期為新能源應(yīng)急科技裝備的發(fā)展提供借鑒。

1 華南地區(qū)新能源資源情況

廣義的新能源是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式，特指新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源。因此，不同的歷史時(shí)期和科技水平，新能源的內(nèi)容有所不同。當(dāng)今社會(huì)情況下，新能源一般包括太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能（含各種有機(jī)廢棄物）及衍生的生物燃料和氫能等。由于核能的特殊性及天然氣水合物尚未達(dá)到實(shí)際開采水平，在此不做討論。

太陽能的主要利用形式有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)能轉(zhuǎn)換三種[6]。在我國(guó)，太陽光照輻射強(qiáng)度依據(jù)地區(qū)可以劃分為五類地區(qū)，華南大部分處于三類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)在2 000 h左右，輻射量在4.2 × 104kJ/(m2?a)以上[7]。良好的資源稟賦和巨大的市場(chǎng)需求，培育出太陽能民用領(lǐng)域雄厚的科研基礎(chǔ)和領(lǐng)先的裝備技術(shù)產(chǎn)業(yè)。1980年，中國(guó)第一臺(tái)商業(yè)太陽能熱水器在廣州誕生，隨后各類光伏發(fā)電和光熱利用技術(shù)得到快速發(fā)展并逐漸普及應(yīng)用。相對(duì)而言，光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)（如光催化裂解水制氫，可再與CO2合成制取甲醇，即太陽能液體燃料）仍處于研究的早期階段[8]，未來在應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中將會(huì)扮演重要角色。

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的最常見方式。以平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，華南沿海近岸70 ～100 m高度的風(fēng)功率密度大于300 W/m2、離岸距海面10 m高度的平均風(fēng)功率密度大于200 W/m2（4級(jí)，屬于豐富區(qū)）[9]，有豐富的近岸風(fēng)場(chǎng)和離岸風(fēng)場(chǎng)資源可供大規(guī)模開發(fā)。規(guī)?；_發(fā)風(fēng)力發(fā)電，單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電容量已超過10 MW，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝備產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為很多地市的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。小型風(fēng)力發(fā)電裝置具有安裝靈活、適應(yīng)局部微氣流、可與光伏發(fā)電風(fēng)光互補(bǔ)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于景區(qū)照明、戶外視頻監(jiān)控、通訊基站等場(chǎng)景的電源供應(yīng)[10-11]。

海洋能指蘊(yùn)藏在海水中的各種可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能等[12]。華南面向南海，海域?qū)掗煟园l(fā)展波浪能發(fā)電為主。如圖1所示，以年平均波浪能功率密度為評(píng)價(jià)指標(biāo)[13]，近岸功率密度約2 kW/m，而離岸及島礁海域的功率密度在6 kW/m以上，具備開發(fā)波浪能為離岸島嶼、海洋牧場(chǎng)、大洋科考觀測(cè)平臺(tái)、海上儀器等原位供電能力。同時(shí)，富余電能可以為海水淡化、制冰等提供動(dòng)力，滿足人員飲用水和漁業(yè)用冰保鮮等需求。目前，單機(jī)最大容量的波浪能發(fā)電裝置為百kW級(jí)，通過在漂浮式發(fā)電平臺(tái)上耦合光伏、風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)電系統(tǒng)，發(fā)電功率可達(dá)到MW級(jí)[14]。

圖1 我國(guó)波浪能資源年平均功率密度分布[13]

華南地區(qū)的地?zé)崮芤灾械蜏厮疅嵝唾Y源為主。根據(jù)溫度品位不同，可用于發(fā)電、供暖（烘干）、溫泉、熱驅(qū)動(dòng)制冷等。1984年，中國(guó)第一座地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)電站在廣東豐順縣建成投產(chǎn)，是中國(guó)唯一利用100℃以下地?zé)崴M(jìn)行發(fā)電并能長(zhǎng)期正常運(yùn)行的電站[15]。隨著電驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步開發(fā)利用土壤等低品位熱源，實(shí)現(xiàn)了清潔供暖/高效制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用[16]。

生物質(zhì)直接燃燒是最古老的能源利用形式，將各類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為清潔燃料是時(shí)代趨勢(shì)[17]。在人類物質(zhì)文明快速發(fā)展的形勢(shì)下，生物質(zhì)的內(nèi)涵和利用形式發(fā)生了巨大變化。除傳統(tǒng)的農(nóng)林廢棄物外，生物質(zhì)新能源還包括工業(yè)過程的廢棄物（如蔗糖工業(yè)的廢蔗渣、木材加工行業(yè)的廢木屑、造紙黑液等）、城市含碳廢棄物（生活垃圾、污水處理廠的高有機(jī)質(zhì)污泥等）、畜牧養(yǎng)殖業(yè)的排泄物、醫(yī)療廢棄物等。因此，生物質(zhì)資源豐富地區(qū)往往與工商業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)重合，清潔的生物燃?xì)?、燃油也符合城市發(fā)展需求。

氫氣是二次能源，需要利用含氫原料制取，如水、含氫燃料（如氨、煤、天然氣、生物質(zhì)氣、甲醇等）甚至高糖高淀粉食物[18]等。氫氣是高熱值的清潔能源，既可以通過燃燒輸出熱能和動(dòng)能，也可以通過燃料電池輸出電能和熱能。因此，從火箭飛機(jī)到船舶潛艇、從汽車動(dòng)力到手機(jī)電池，都可以見到以氫氣為燃料的相關(guān)技術(shù)。由于氫能利用技術(shù)的含金量高、初期使用成本高，因此，氫能技術(shù)及裝備產(chǎn)業(yè)和終端應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度高度吻合。

2 華南地區(qū)應(yīng)急科技裝備的用能需求

科技裝備作為終端用能設(shè)備，對(duì)能源的需求包括液體/氣體燃料、電能、冷能、熱能等二次能源。人員作為救援的實(shí)施主體和保障對(duì)象，應(yīng)急保障條件下需要統(tǒng)籌考慮飲用水的供給。華南地區(qū)的新能源資源條件優(yōu)越，如何就地取材并高效地將新能源轉(zhuǎn)化為適合科技裝備使用的二次能源，需要科技、產(chǎn)業(yè)和需求各方的共同努力。

能源的使用與當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)、地理?xiàng)l件甚至人文風(fēng)俗習(xí)慣關(guān)系密切。例如，高溫濕熱的氣候，人員對(duì)空調(diào)的需求更多，數(shù)據(jù)中心等高功率設(shè)備的散熱需求更迫切；山區(qū)的霜凍環(huán)境，體感溫度更低，電能和熱能的綜合保障尤為重要；高濕的海洋鹽霧環(huán)境，對(duì)能源的安全存儲(chǔ)和設(shè)備的安全運(yùn)行提出了更高要求。因此，結(jié)合華南地區(qū)的新能源資源稟賦和應(yīng)急能源需求特點(diǎn)，探討新能源技術(shù)在應(yīng)急科技裝備的應(yīng)用和發(fā)展意義重大。

3 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

下文將以華南地區(qū)典型場(chǎng)景中的新能源技術(shù)應(yīng)用方案為例進(jìn)行介紹。

3.1 海島獨(dú)立微電網(wǎng)供能技術(shù)

兩廣地區(qū)沿海城市有眾多的離岸有人島嶼，海南省的三沙市更是深處南海，傳統(tǒng)的能源供給以柴油發(fā)電為主，燃料保障成本高，供給周期長(zhǎng)，既制約了島上居民的生活便利性，也限制了海島旅游資源的開發(fā)。

以光伏發(fā)電、陸上風(fēng)力發(fā)電、近岸波浪能發(fā)電和儲(chǔ)能電池構(gòu)建離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以為島上居民提供日常電力保障。以廣東珠海東澳島的可再生能源微電網(wǎng)工程為例，海島平時(shí)總用電負(fù)荷約為300 kW，初期光伏裝機(jī)總?cè)萘繛?00 kWp，儲(chǔ)能電池總?cè)萘? 600 kW?h，備用柴油發(fā)電機(jī)為300 kVA，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示[19]。建成投運(yùn)10年來，經(jīng)過數(shù)次增容，微電網(wǎng)容量已達(dá)到2.05 MW，實(shí)現(xiàn)了海島負(fù)荷的不間斷供電穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[19]

海島應(yīng)用場(chǎng)景下的應(yīng)急能源保障，可按需集成便攜式、可擴(kuò)展型光伏電源和高效的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，為野外提供不同類型、功率等級(jí)、高可靠應(yīng)急電源，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電力保障。同時(shí)，微電網(wǎng)系統(tǒng)富余的電能還可以用于海水淡化、制備燃料（H2、甲醇或其他碳?xì)湟后w燃料）等用途，從而實(shí)現(xiàn)立足新能源技術(shù)滿足更長(zhǎng)時(shí)間的能源物資保障。

除此之外，傳統(tǒng)柴油內(nèi)燃機(jī)的煙氣余熱也可以通過新能源技術(shù)加以利用，用于海水淡化?；诓裼蜋C(jī)余熱回收的船用型海水淡化裝置，海水除鹽率高于99.5%，產(chǎn)水量2 ～ 5 t/d，可滿足船員生活用水和設(shè)備補(bǔ)給用水?；诓裼蜋C(jī)余熱回收的海島型海水淡化裝置，可滿足島上居民生活淡水的需求。珠海桂山島建成的日產(chǎn)60 t淡水的柴油機(jī)廢熱海水淡化示范工程，安裝在桂山島新建柴油發(fā)電廠內(nèi)，與一臺(tái)1 000 kW柴油發(fā)電機(jī)配套，系統(tǒng)產(chǎn)水量為1 ～ 2.5 t/h，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006），可滿足150 ～ 300人日用淡水需求[20]。

3.2 開闊海域獨(dú)立供電技術(shù)

遠(yuǎn)海島礁、海上設(shè)施（科考平臺(tái)、海洋觀測(cè)儀器、航標(biāo)等）和海洋牧場(chǎng)等，傳統(tǒng)方式在開闊海域?qū)崿F(xiàn)電力和淡水的供應(yīng)和保障存在巨大困難。要長(zhǎng)效解決電力和淡水供應(yīng)問題，根本辦法是利用不占用島礁陸地面積的海上波浪能可再生能源就地發(fā)電，就近使用。在浩瀚的海面上，從波浪中獲得可再生的清潔電力可有效降低柴油用量及其帶來的環(huán)境污染。

目前，正在廣東海域運(yùn)行的260 kW漂浮多能互補(bǔ)平臺(tái)“先導(dǎo)一號(hào)”，將波浪能、風(fēng)能和太陽能集中在一個(gè)能量轉(zhuǎn)換平臺(tái)裝置上，具備向島礁及途經(jīng)船只提供電力和淡水補(bǔ)給的能力[21]，可再生能源的實(shí)用性大大增強(qiáng)。首臺(tái)500 kW鷹式波浪能發(fā)電裝置“舟山號(hào)”（如圖3），已于2020年7月交付，正在珠海市大萬山島開展MW級(jí)波浪能示范。該裝置波浪能的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22%，可在海上獨(dú)立穩(wěn)定輸出10 kV、3 kV、380 V、220 V及24 V標(biāo)準(zhǔn)電力。在此基礎(chǔ)上，有望開發(fā)出完全由海洋可再生能源驅(qū)動(dòng)的大洋科考?；脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底、水下、水面、天空等區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)周期、大范圍、全天候、自持性的綜合科學(xué)考察。在不同應(yīng)用場(chǎng)景下，?；脚_(tái)可與島嶼、艦船結(jié)合，形成島、船、平臺(tái)互補(bǔ)的新型科技裝備，這將會(huì)填補(bǔ)全球大洋科考有船無站的空白，同時(shí)為我國(guó)海洋應(yīng)急救援提供新型能源保障裝備。

圖3 500 kW波浪能供電平臺(tái)——舟山號(hào)

小型化的波浪能發(fā)電裝置投放簡(jiǎn)單，可在固定海域錨泊永久投放，也可按需投放和回收，從而為海洋觀測(cè)儀器等原位供電。2019年12月25日，我國(guó)首臺(tái)波浪能供電觀測(cè)浮標(biāo)“海聆”投放于珠海大萬山海域，搭載多種海洋觀測(cè)儀器開展應(yīng)用示范。內(nèi)置式波浪能航標(biāo)“海聆”系列起始發(fā)電有效波高小于0.3 m，可在15級(jí)臺(tái)風(fēng)下安全發(fā)電，在臺(tái)風(fēng)中航標(biāo)姿態(tài)平穩(wěn)、錨泊牢固、監(jiān)控準(zhǔn)確、通訊暢通，展現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)電能力、良好的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。至今已實(shí)現(xiàn)在開闊海域全系統(tǒng)無故障連續(xù)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在海洋觀測(cè)原位供電方面邁出了重要一步[22]。目前不同型號(hào)的“海聆”與“海星”（如圖4）系列供電裝備，功率覆蓋10 W、60 W、100 W、200 W、300 W、1 kW、3 kW和10 kW，正在搭載不同觀測(cè)設(shè)備持續(xù)開展實(shí)海況試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。

圖4 千瓦級(jí)波浪能原位供電裝置——海星

3.3 偏遠(yuǎn)山區(qū)的低能耗供暖技術(shù)

粵桂邊遠(yuǎn)山區(qū)霜凍等自然災(zāi)害頻發(fā)，受交通和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平限制，應(yīng)急救援周期長(zhǎng)，只能提供基本能源保障?？蓸?gòu)筑以太陽能、地?zé)崮芎透咝Ч?jié)能裝備為主的新能源清潔供暖系統(tǒng)，克服山區(qū)晝夜溫差大、取暖能耗高、燃料消耗大等問題。

對(duì)于太陽能資源較為豐富的地區(qū)和季節(jié)，優(yōu)先利用太陽能資源。采用具有高效集熱性能的太陽能集熱器，構(gòu)建可與建筑一體化的太陽墻；核心光熱轉(zhuǎn)換裝置，使用優(yōu)良光學(xué)性能及耐候性能的選擇性吸熱涂層；集熱器使用新型密封結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)在潮濕寒冷地區(qū)的使用壽命；光熱系統(tǒng)結(jié)合高效率的蓄熱技術(shù)，可以滿足晝夜全天的供暖需求。

對(duì)于永久性地面設(shè)施和地下設(shè)施等處的供暖，可以采用地?zé)峁┡夹g(shù)。地?zé)衢_采方式可以采用套管式換熱器[23]，以水為介質(zhì)，也可以采用超長(zhǎng)重力熱管技術(shù)[24]。供暖取熱在地下，散熱在室內(nèi)，系統(tǒng)具有全封閉運(yùn)行、不采地下熱水、沒有腐蝕結(jié)垢和回灌難題、不受地域限制、占地面積小等特點(diǎn)。

對(duì)于通過燃燒液體或氣體燃料進(jìn)行取暖的傳統(tǒng)方式，空氣源熱泵更加高效。新型的燃料驅(qū)動(dòng)型無電空調(diào)熱泵技術(shù)（如圖5所示），通過內(nèi)燃機(jī)將液體（或氣體）燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，直接帶動(dòng)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)制冷劑實(shí)現(xiàn)冷/熱?聯(lián)供[25]。由于供暖工況可以回收發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱，燃料驅(qū)動(dòng)比電驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)能效更高，可以大幅度減小燃料保障壓力；發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“發(fā)電?供冷?供熱?熱水”的高效集成，一套裝置滿足多種能源需求，大幅度減小應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量需求，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備用電與舒適性用電的分離。

圖5 燃?xì)鉄岜脵C(jī)組工作原理

3.4 應(yīng)急移動(dòng)電力保障技術(shù)

由電力驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急裝備，當(dāng)供電網(wǎng)遭到破壞時(shí)，必須由應(yīng)急發(fā)電裝置提供應(yīng)急電力保障。傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)存在噪聲大、尾氣污染等問題，鋰離子電池、氫氧燃料電池、金屬?空氣電池、氫鎳電池等新型的化學(xué)電源技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效替代。

以鋰離子電池為代表的高能二次電池。電池系統(tǒng)安裝在改裝的面包車或者載貨汽車，成為移動(dòng)“充電寶”。在電網(wǎng)充電站充電后，移動(dòng)到電力保障點(diǎn)。根據(jù)使用環(huán)境特點(diǎn)（主要是溫度、濕度和氣壓），可選擇不同類型的鋰離子電池?，F(xiàn)階段比較成熟的有磷酸鐵鋰電池、三元電池、鈦酸鋰電池等，處于研發(fā)階段但有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的有固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鈉電池等。蓄電池容量10 ～ 1 000 kW?h，可輸出不同電壓等級(jí)的直流、交流電，滿足不同電力負(fù)載的應(yīng)急用電保障。

以燃料電池為代表的高能化學(xué)電源。常見的燃料有氫氣、甲醇、乙醇等。在應(yīng)急發(fā)電場(chǎng)景下，由于液體燃料具有更高的體積能量密度，因此甲醇燃料電池具備更好的適用性。特殊情況下，也可以使用含糖（淀粉）的高能食物為原料，發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，然后通過乙醇燃料電池發(fā)電，滿足特殊便攜式裝備的應(yīng)急供電。

以金屬?空氣電池為代表的一次電池。利用廉價(jià)活潑金屬氧化過程，如鎂、鋅、鋁等，制作成高能量密度的一次電池，可滿足應(yīng)急通訊供電等小功率的使用場(chǎng)景[26]。

便攜式柔性光伏技術(shù)使得小型儀器設(shè)備的原位供電成為可能。以銅銦鎵硒、砷化鎵[27]、有機(jī)光電子材料[28]等技術(shù)為代表的新型薄膜柔性光伏發(fā)電技術(shù)，具有弱光發(fā)電效率高、重量輕、柔性可折疊卷曲等優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)急原位供電領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

3.5 新興的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

高效利用生物質(zhì)資源，可以實(shí)現(xiàn)就地取材、豐富能源供給的目標(biāo)。水相催化技術(shù)[29]首次實(shí)現(xiàn)以秸稈為原材料，生產(chǎn)出汽油、柴油和航空煤油，產(chǎn)品性能和碳數(shù)分布與石油燃料一致，提升了生物質(zhì)燃料品位。榮獲第六屆廣東省專利金獎(jiǎng)的秸稈制油技術(shù)[30]，引領(lǐng)了生物質(zhì)能液體燃料從低品質(zhì)的含氧燃料向更先進(jìn)的烴類燃料發(fā)展，促進(jìn)了生物質(zhì)燃料技術(shù)的跨越發(fā)展。

人類社會(huì)廢棄的生物質(zhì)是環(huán)境污染的最大源頭。人員聚集會(huì)產(chǎn)生大量的生活垃圾及餐廚垃圾，突發(fā)事件也會(huì)產(chǎn)生大量有害垃圾。采用能源化的協(xié)同處置技術(shù)，既可以最大化消除環(huán)境隱患，也可以增加能源供給，一舉兩得。

新興的生產(chǎn)?生活?生態(tài)?生命（人）一體化協(xié)調(diào)發(fā)展的“四位一體”農(nóng)村發(fā)展模式[31]，同樣適用海島等相對(duì)封閉的生產(chǎn)生活場(chǎng)景。通過將生活和養(yǎng)殖、種植過程中的大量代謝廢棄物，如生活垃圾、畜禽糞便、農(nóng)林廢棄物等進(jìn)行協(xié)同處置，利用各種廢棄物處置過程的互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)各類有機(jī)廢物的能源化與資源化利用，副產(chǎn)的熱能、電能可回用于海島的生產(chǎn)生活。新型的移動(dòng)式醫(yī)療廢物清潔熱處置技術(shù)與裝備，適用于日常和應(yīng)急情形。通過上門處理廢棄口罩、防護(hù)服等醫(yī)療廢物，避免轉(zhuǎn)運(yùn)到集中處理點(diǎn)的過程風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)就地、無害化處置。將可燃醫(yī)療廢物在高溫下熱解氣化為可燃?xì)獬浞秩紵?，協(xié)同處置廢棄物的同時(shí)，可向外提供熱量。燃燒廢氣經(jīng)脫酸、脫硝、除塵等凈化器，實(shí)現(xiàn)氣體的達(dá)標(biāo)排放[32]。

3.6 飛行器新型高效動(dòng)力技術(shù)

飛行器的動(dòng)力分為電力驅(qū)動(dòng)和燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，新能源技術(shù)的突破可提供更加高效的動(dòng)力技術(shù)。

電力驅(qū)動(dòng)具有靜音、無排放等突出優(yōu)點(diǎn)，但受限于電池能量密度，在有效載重和續(xù)航里程方面受到很大限制，因此多見于小型無人機(jī)執(zhí)行輕載荷、短時(shí)間的低空飛行任務(wù)。新型的高電壓（4.0 V以上）、高能量密度（300 W?h/kg以上）、可快速充放電（3 C以上）的鋰離子電池技術(shù)發(fā)展迅速[33]，可根據(jù)不同的溫濕度環(huán)境（對(duì)應(yīng)飛行高度和氣象條件）、飛行器配重（對(duì)應(yīng)電池功率和容量）等特點(diǎn)進(jìn)行定制。

燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有載荷大、滯空飛行時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)急救援中發(fā)揮重要作用。生物質(zhì)基的新燃料技術(shù)，可以在燃料的能量密度提升、高空低溫耐受度（低冰點(diǎn)）等方面發(fā)揮重要作用[34]。基于生物質(zhì)原料的醛、酮等活性官能團(tuán)，平臺(tái)分子可通過羥醛縮合反應(yīng)或麥克爾加成反應(yīng)精確構(gòu)建含有支鏈結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)碳鏈含氧前驅(qū)體，再經(jīng)加氫脫氧轉(zhuǎn)化為烴類燃料，從而實(shí)現(xiàn)航油組分的分子結(jié)構(gòu)調(diào)控，獲得理化特性指標(biāo)可控的特種航油產(chǎn)品。

氫氣的質(zhì)量能量密度很高，因此氫燃料電池技術(shù)兼顧了電驅(qū)的靜音和燃料的長(zhǎng)續(xù)航特點(diǎn)，在飛行器動(dòng)力領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景[35]。目前在燃料電池車（乘用車和重載卡車）及固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，燃料電池組件的性能特點(diǎn)不能滿足無人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景的要求，一旦在模組減重、高密度儲(chǔ)氫、高功率放電、長(zhǎng)壽命催化劑等方面獲得突破，將會(huì)極大推動(dòng)氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)在飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用。

4 結(jié)論與展望

梳理了華南地區(qū)新能源資源條件及相對(duì)應(yīng)的新能源技術(shù)及裝備研究進(jìn)展，結(jié)合應(yīng)急科技裝備及人員對(duì)能源供給的保障需求，以典型應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)案例分析的方式，探討新能源技術(shù)在應(yīng)急保障領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。提出以下建議：

（1）華南沿海附近有大量有人居住島嶼，發(fā)展基于可再生能源技術(shù)的獨(dú)立微電網(wǎng)供能技術(shù)，在滿足日常能源需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合移動(dòng)電力保障技術(shù)、新興生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)應(yīng)急情況下的能源保障，同時(shí)有效保護(hù)脆弱的生態(tài)環(huán)境。

（2）中國(guó)南海海域面積遼闊，應(yīng)急能源保障適宜發(fā)展以波浪能發(fā)電平臺(tái)為主，儲(chǔ)電、海水制淡等為輔的新能源裝備。

（3）對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)等場(chǎng)景，宜發(fā)展以太陽能、地?zé)崮?、新型燃料?qū)動(dòng)型空氣源熱泵等新能源技術(shù)裝備，滿足突發(fā)情況下的基本能源保障；生活垃圾、有害有機(jī)廢棄物等可通過能源化協(xié)同處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無害化處置并提供能量輸出。

（4）飛行器尤其是無人飛行器在應(yīng)急救援中的作用日益突出，適宜的生物航油技術(shù)、氫燃料電池技術(shù)、高效二次電池技術(shù)等都有良好的應(yīng)用前景。

新能源技術(shù)日新月異，應(yīng)急科技裝備和相關(guān)人員的能源供應(yīng)方式將會(huì)隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和完善而發(fā)生重要變化。廣東作為經(jīng)濟(jì)和科教強(qiáng)省，其豐富的智力資源和雄厚的產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，必將在推動(dòng)新能源科技裝備技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)揮重要作用。

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Technical Potential Analysis on New-Energy Driven Emergency Equipment Applications in South China

SONG Wen-ji1,2, HAN Ying1,2, FENG Zi-ping1,2, SUN Yong-ming1,2

(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;2. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China)

The guarantee of energy supplies at the situation of emergency aids is closely related to the local environment status and emergency facilities demands. Adopting innovative new-energy and renewable energy technologies, with the characteristics of local source harvesting, high-efficiency energy conversion and on-spot energy supply, will be an alternative option for the guarantee of energy supplying for the emergency facilities and related stuffs. Based on energy resource conditions and the application energy demands at the situation of emergency aids in South China, some typical cases were analyzed to discuss the application potential of innovative new-energy and renewable energy support technologies for the energy supply guarantee. These can provide guidelines and references for the research and development of technical emergency facilities and applications.

emergency aids; new-energy support technologies; scientific and technological equipment

TK09

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2021.03.011

2095-560X（2021）03-0258-07

2021-01-25

2021-03-31

馮自平，E-mail：fengzp@ms.giec.ac.cn

宋文吉（1978-），男，博士，研究員，主要從事可再生能源與儲(chǔ)能技術(shù)研究。

馮自平（1968-），男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)能與先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究。