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　　當(dāng)前的能源工業(yè)都在想方設(shè)法降低碳排放，后達(dá)到零排放，所以采用清潔的綠色能源，如太陽能、風(fēng)能、核能、氫能、氨能、天然氣與水力發(fā)電等。按照規(guī)劃，我國將在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，而日本、德國和韓國力爭(zhēng)在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，這其中我國的任務(wù)繁重，因?yàn)橹袊F(xiàn)在的碳排放量是上多的。為此，在這次性的綠色能源革命中，中國起著決定性和性的作用。作為綠色金屬，鋁產(chǎn)業(yè)的低碳發(fā)展對(duì)綠色能源革命都起著推動(dòng)性的作用。

　　據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）數(shù)據(jù)，鋁工業(yè)占CO2-eq排放的1%左右。據(jù)2016年數(shù)據(jù)，在原鋁生產(chǎn)所用的電力中，煤電占61%、水電占27%、天然氣電占10%。同時(shí)，電解鋁用的電力結(jié)構(gòu)也不均勻，有的地區(qū)煤電占比很大，有些地區(qū)則幾乎全是水電。另外，從三大原鋁地區(qū)的用電種類來看，中國煤電約占80%，歐洲水電占44%，海灣經(jīng)濟(jì)共同體國家（GCC）天然氣電占87%，而這種能源結(jié)構(gòu)已持續(xù)15年之久。

　　那么，如何降低原鋁能耗成為了目前鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。筆者認(rèn)為，減少CO2排放量的措施，一是采用惰性陽極，不使用炭陽極，目前美國鋁業(yè)公司、力拓公司等正在聯(lián)合攻關(guān)；二是采用盡量多的清潔綠色能源，主要包括天然氣、太陽能、風(fēng)能、核能、水電、氫電與氨電等。

　　太陽能的潛力巨大

　　太陽能是取之不盡用之不竭的，太陽每秒鐘釋放到地面的能量高達(dá)80×104kW，若把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率按5%匡算，則發(fā)電量可達(dá)5.6×1012kWh，相當(dāng)于2020年總能耗的近40倍。中國有著豐富的太陽能資源，理論儲(chǔ)量約17000億t/a標(biāo)準(zhǔn)煤。中國地處北半球，南北距離及東西距離都在5000km以上，大多數(shù)地區(qū)平均輻射量4kW/（m2·d·a）以上，其中，西藏輻射量高達(dá)7000kWh/d。與同緯度的其他國家相比，中國的輻照太陽能與美國的相近，而比歐洲及日本的高得多。

　　大太陽能電站向環(huán)球鋁業(yè)公司供電

　　據(jù)德國刊物《Aluminium》報(bào)道，阿聯(lián)酋環(huán)球鋁業(yè)公司（EGA）計(jì)劃用太陽能提取原鋁，已與迪拜電力自來水公司（Dewa）達(dá)成協(xié)議，將通過穆罕默德太陽能園向鋁業(yè)提供電力，輸電量560000MWh/a，年可用以提取40kt鋁，未來將有更大潛力。環(huán)球鋁業(yè)公司用太陽能生產(chǎn)的鋁錠冠以“CelestiAL”為名的商標(biāo)，在全銷售，以標(biāo)示它們是用清潔能源生產(chǎn)的產(chǎn)品。

　　該太陽能園是迪拜清潔能源戰(zhàn)略2050項(xiàng)目之一，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)環(huán)球鋁業(yè)公司2050年生產(chǎn)的原鋁中有75%是用清潔能源生產(chǎn)的。穆罕默德太陽能園的建成，對(duì)于環(huán)球鋁業(yè)公司來說，具有里程碑式的意義，是天下大的單一太陽能項(xiàng)目，2030年的發(fā)電量將達(dá)5000MW，而2020年光伏太陽能板的發(fā)電能力只不過1013MW。

　　中國可利用太陽能巨大

　　2007年，中國科學(xué)院與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)中國太陽能發(fā)電站選址模型進(jìn)行了研究，結(jié)論為：在西北內(nèi)陸地區(qū)和青藏高原，即使僅利用這些地區(qū)1%的荒漠進(jìn)行太陽能發(fā)電，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，也可建設(shè)25億kW的太陽能發(fā)電站，其發(fā)電量是三峽電站高發(fā)電量的50倍，基本可滿足2020年的用電需求。

　　中國現(xiàn)有近500億m2的建筑面積，屋頂面積約44億m2，加上南立面約55億m2的可利用面積，若其中有20%利用光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化，其安裝量就可達(dá)100GWh，即相當(dāng)于5個(gè)三峽電站的發(fā)電量。

　　太陽能發(fā)電形式

　　目前，太陽能發(fā)電形式有兩種，一是光熱轉(zhuǎn)換發(fā)電（CSP，Concentrated Solar Power）；二是光電轉(zhuǎn)換發(fā)電，即光伏發(fā)電（PV，Photovoltaic）。中國已是PV發(fā)電大國，2020年的裝機(jī)容量已達(dá)約130GW（吉瓦），新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、西藏等地是中國相對(duì)較大的太陽能發(fā)電省、區(qū)。

　　截至2020年7月，安徽銅陵市利用工業(yè)區(qū)閑置土地、廠房屋頂架設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備，建設(shè)分布式光伏電站，目前已建成10余座，總裝機(jī)容量8MW，平均發(fā)電量800萬kWh/a，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤983.2t/a，減少CO2排放2674余t/a。另外，重慶黔江區(qū)利用高山地區(qū)充沛的日照，已于2016年起建設(shè)了100MW光伏發(fā)電項(xiàng)目，首期已于2017年6月并網(wǎng)發(fā)電，現(xiàn)該項(xiàng)目已全部建成，平均發(fā)電量約1億kWh/a。

　　2017年7月，中國熊貓綠色能源集團(tuán)有限公司在山西大同郊區(qū)建設(shè)的首座熊貓外形光伏發(fā)電站并網(wǎng)發(fā)電站項(xiàng)目，全部投入使用后，可提供32億kWh的綠色電力，相當(dāng)于節(jié)約煤炭105.6萬噸，減少CO2排放270萬噸。電站由黑白兩種顏色組成，從高處俯瞰，猶如一只十分可愛的大熊貓，其黑色部分，如爪子和耳朵，由單晶硅太陽能電池組成，白色部分由薄膜太陽能電池組成。

　　早在2017年8月，中節(jié)能太陽能股份有限公司的個(gè)水上漂浮式光伏電站建設(shè)項(xiàng)目就在安徽宿州市埇橋朱仙莊啟動(dòng)，這座太陽能電站裝機(jī)容量70MW，總投資概算為50483.43萬元。該項(xiàng)目的順利投建，對(duì)于采礦沉降區(qū)綜合治理，傳統(tǒng)煤炭地區(qū)能源轉(zhuǎn)型，具有廣泛和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。建設(shè)漂浮式光伏電站實(shí)現(xiàn)了采煤沉陷區(qū)的開發(fā)利用，雖然與常規(guī)地面光伏發(fā)電項(xiàng)目相比，同等規(guī)模的水上漂浮光伏電站的建造成本相對(duì)較高，但對(duì)于像沉陷區(qū)這樣的地貌特征來說，水上漂浮光伏發(fā)電站是很好的解決方案，不僅變廢為寶，而且更具經(jīng)濟(jì)性。

　　2012年3月，京東方北京8.5代線廠房光伏發(fā)電項(xiàng)目正式竣工，項(xiàng)目總投資9000多萬元。據(jù)介紹，這也是目前大規(guī)模的太陽能光伏屋頂發(fā)電項(xiàng)目。北京市發(fā)改委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，今年上半年，北京市還將開工建設(shè)八達(dá)嶺太陽能31兆W地面大型光伏發(fā)電項(xiàng)目、昌平12.8兆W礦山修復(fù)治理太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目、密云20兆W地面光伏電站項(xiàng)目等一系列新能源利用項(xiàng)目。據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司五院科技委主任李明研究員2017年11月透露：“如能保持并進(jìn)一步加大研發(fā)力度，中國有望成為建成有實(shí)用價(jià)值空間太陽能電站的國家。”

　　科學(xué)家認(rèn)為，與日益枯竭、環(huán)境污染問題嚴(yán)重的化石能源相比，太陽能是一種、持久、清潔的能源。目前，俄羅斯、美國和日本紛紛為該領(lǐng)域發(fā)展投入資金，印度、韓國和歐洲航天部門也在開展相關(guān)研究。中國自2008年開始在建立空間太陽能電站方面采取實(shí)際措施，已在無線能量傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)上取得重大進(jìn)展。據(jù)專家評(píng)估，空間太陽能電站能改善中國的生態(tài)和能源形勢(shì)，并帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和新興產(chǎn)業(yè)。

　　太陽能鋁材應(yīng)用市場(chǎng)

　　在太陽能裝備系統(tǒng)中,鋁材得到了廣泛應(yīng)用，主要用于邊框、支架、電池箔，在砷化鎵光伏電池組件中用作支架、立柱、散熱器、底板、路燈桿，在光電建筑一體化工程中用于觀景平臺(tái)、幕墻、屋頂?shù)取?/p>

　　太陽能產(chǎn)業(yè)對(duì)鋁材的需求取決于太陽能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和材料的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，對(duì)全太陽能鋁材需求的預(yù)測(cè)主要受兩方面影響：一是2006年歐洲聯(lián)合研究中心（JRC）的預(yù)測(cè)，認(rèn)為在未來能源結(jié)構(gòu)中光伏發(fā)電將占據(jù)極為重要的地位，成為能源主體，到2020年太陽能光狀發(fā)電在總電力供應(yīng)中將＞10%；到2040年則會(huì)達(dá)到＞40%，而到本世紀(jì)末無疑會(huì)達(dá)到60%或更多；二是國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）2010年發(fā)布的《太陽能光伏發(fā)電路線圖》，認(rèn)為光伏發(fā)電是可靠的商用技術(shù)，在幾乎任何地區(qū)都具有長(zhǎng)期增長(zhǎng)潛力，并預(yù)計(jì)到2030年，光伏發(fā)電可滿足5%的電力供應(yīng)，到2050年,這一占比將高達(dá)11%，而在太陽能光熱發(fā)電（CSP）路線圖中，國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2050年CSP的發(fā)電量可滿足全11.3%的電力需求。

　　太陽能熱發(fā)電（CSP）與太陽能光伏發(fā)電（PV）是不同的兩種系統(tǒng)，各有所長(zhǎng)，宜同時(shí)發(fā)展。中國在《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展》中指出，力爭(zhēng)使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量2020年達(dá)到1.8GW（百萬千瓦），2050年達(dá)到600GW；同時(shí)2050年可再生能源電力裝機(jī)容量將占總裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占5%。

　　在預(yù)測(cè)太陽能系統(tǒng)對(duì)鋁材（板、箔、型材、鑄件等）需求時(shí)，單位太陽能電池的鋁材消耗是預(yù)測(cè)市場(chǎng)的一個(gè)基本指標(biāo)，不過發(fā)電方式及技術(shù)進(jìn)步對(duì)鋁材需求會(huì)有相當(dāng)大的差異。據(jù)筆者測(cè)算，2020年，中國太陽能裝備凈鋁消費(fèi)量約360kt，在2060年前的年平均增長(zhǎng)率可達(dá)22%，其中擠壓鋁材占70%以上。

　　亟需關(guān)注太陽能鋁型材發(fā)展

　　在今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，至少在2060年以前，是利用太陽能的大發(fā)展時(shí)期。太陽能是一種極為豐富的自然能源，是今后大規(guī)模利用的方向，但隨著率和大面積光伏電池的不斷開發(fā)和涌入市場(chǎng)，以及鋼-鋁混合結(jié)構(gòu)支架的出現(xiàn)，單位功率鋁材消耗量會(huì)逐漸有所下降。

　　目前來看，由于6063型合金是一個(gè)的久經(jīng)考驗(yàn)的建筑-結(jié)構(gòu)鋁材合金，其光伏太陽能裝備邊框/支架主流材料的地位是不會(huì)改變的，不過隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷提升和使用環(huán)境的變化，會(huì)有各樣改良型合金和新狀態(tài)出現(xiàn)。同時(shí)，太陽能鋁材也會(huì)形成擠壓鋁材的一個(gè)獨(dú)立分支，隨著市場(chǎng)的興旺，會(huì)出現(xiàn)一些規(guī)模較小的邊框/支架廠與大企業(yè)內(nèi)的車間。隨著技術(shù)的進(jìn)步與市場(chǎng)的擴(kuò)大，太陽能裝備除用擠壓鋁型材外，板材與壓鑄件也會(huì)有所應(yīng)用，但量不會(huì)很大。

　　與此同時(shí)，開拓“一帶一路”市場(chǎng)，特別是中亞市場(chǎng)，應(yīng)關(guān)注新技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用。據(jù)英國《衛(wèi)報(bào)》網(wǎng)站2020年8月15日?qǐng)?bào)道，英國牛津光伏太陽能技術(shù)公司研制出一種上的新太陽能電池板。他們給傳統(tǒng)硅太陽能電池涂上一層薄鈣鈦礦，提高其發(fā)電量，降低清潔電力的總成本，因?yàn)檫@種晶體能吸收太陽光譜中的不同部分，可將27.3%的可用太陽能轉(zhuǎn)化為電，而當(dāng)前好的硅太陽能電池多只能轉(zhuǎn)化約22%的可用太陽能。另外，在太陽能發(fā)電新技術(shù)中還值得一提的是，特斯拉汽車公司的光伏屋頂瓦和英國埃克斯特大學(xué)于2018年發(fā)明的“太陽能方格”新型玻璃磚能把陽光轉(zhuǎn)化為電能。

　　此外，光伏發(fā)電是當(dāng)下乃至未來城市建筑的標(biāo)配。據(jù)稱，2020年中國建成的屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目已超過2萬個(gè)，總?cè)萘拷?00萬kW。自2008年以來，中國一直是太陽能電池板的主要出口國，太陽能電池板的生產(chǎn)、供應(yīng)與出口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年光伏發(fā)電量達(dá)2243億kWh，同比增長(zhǎng)26.3%；新增光伏發(fā)電裝機(jī)3011萬kW，同比下降31.6%。盡管同比有所下降，但中國新增和累計(jì)光伏裝機(jī)容量仍繼續(xù)保持。

　　風(fēng)能

　　我國生態(tài)環(huán)境部2019年11月26日發(fā)布報(bào)告稱，中國已經(jīng)提前達(dá)到了2020年的CO2減排目標(biāo)，說明了中國在推動(dòng)綠色循環(huán)低碳發(fā)展的成效。據(jù)國家能源局2020年2月發(fā)布的2019年風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行情況，2019年風(fēng)電發(fā)電量4057億kWh，突破4000億kWh，占全部發(fā)電量的約5.5%，約相當(dāng)于4個(gè)三峽電站2019年的發(fā)電量。截至2019年底，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.1億kW，其中陸上2.04億kW，海上593萬kW，風(fēng)電裝機(jī)占全部發(fā)電裝機(jī)的10.4%；2019年風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)2082h，平均利用小時(shí)數(shù)較高的地區(qū)是云南、福建、四川、廣西和黑龍江；2019年棄風(fēng)限電狀況進(jìn)一步緩解，棄風(fēng)電量169億kWh，平均棄風(fēng)率4%，同比下降3個(gè)百分點(diǎn)。

　　中國海上風(fēng)電項(xiàng)目

　　2019年3月，中國國家能源集團(tuán)與法國電力集團(tuán)簽署了國家能源集團(tuán)東臺(tái)海上風(fēng)電有限責(zé)任公司《合資合同》和《認(rèn)購協(xié)議》，雙方將合資建設(shè)并運(yùn)營(yíng)裝機(jī)容量達(dá)502MW的東臺(tái)海上風(fēng)電項(xiàng)目。據(jù)介紹，該項(xiàng)目包括于2019年12月全部并網(wǎng)發(fā)電的東臺(tái)四期項(xiàng)目，裝機(jī)容量302MW，以及目前在建且預(yù)計(jì)于2021年初投運(yùn)的東臺(tái)五期項(xiàng)目，裝機(jī)容量200MW。東臺(tái)海上風(fēng)電項(xiàng)目位于江蘇省東臺(tái)市，總投資約79億元，是國家能源集團(tuán)成立后海上風(fēng)電項(xiàng)目，也是現(xiàn)階段國內(nèi)綜合施工難度高的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。全部投入運(yùn)營(yíng)后，預(yù)計(jì)東臺(tái)四期和五期項(xiàng)目年發(fā)電量13.9億kWh，可滿足近200萬居民的年用電需求，相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)煤44.19萬t，減排二氧化碳93.75萬t、二氧化硫1704t。

　　2020年12月25日，中廣核新能源有限公司浙江岱山4號(hào)23.4萬kW海上風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)54臺(tái)風(fēng)機(jī)全容量投產(chǎn)運(yùn)行。此項(xiàng)目采用了深厚軟土地質(zhì)條件坐底式安裝工藝，創(chuàng)造了風(fēng)機(jī)安裝平臺(tái)大插腿深度35m的紀(jì)錄，年上網(wǎng)電量達(dá)6.18億kWh，可節(jié)約標(biāo)媒170kt/a，減少溫室氣體排放470kt/a，將改善當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，助力生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

　　鋁材在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

　　風(fēng)力發(fā)電的主柱、葉片、發(fā)電設(shè)備、緊固件、電力輸送導(dǎo)體等都可以用鋁、鋁基復(fù)合材料制備。早在本世紀(jì)初期，美國克利斯塔爾·菲尼悉系統(tǒng)公司（Crystal Finishing Systems）與盧西德公司（Lucid）就合作擠壓成功了形狀復(fù)雜的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備關(guān)鍵構(gòu)件——葉片與立式渦輪發(fā)電機(jī)。在發(fā)電設(shè)備中，螺旋曲線葉片可在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)均勻分配翼的橫截面，以使峰值應(yīng)力小、緩和扭矩、降低噪聲和震動(dòng)，它是用6061鋁合金擠壓的，熱處理狀態(tài)T6。因?yàn)槿~片是一種復(fù)雜的多腔中空擠壓材，要求具有高的性能和長(zhǎng)久的使用期，所有葉片型材具有相等的壁厚、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

　　中國雖已成為風(fēng)電大國，但還不是強(qiáng)國，與北歐挪威相比在風(fēng)能利用效率和技術(shù)方面還有差距，仍需追趕，筆者預(yù)計(jì)到2025年以后就能趕超他們，成為大風(fēng)電強(qiáng)國。

　　氫能

　　氫是元素周期表中個(gè)化學(xué)元素，在通常條件下，它是由雙原子分子（H2）組成的無色、無臭、無味的氣體。氫是水和有機(jī)物的主要成分，不僅廣泛地分布于地球上，也充斥于宇宙間。它有三個(gè)同位素，分別為：氕，質(zhì)量數(shù)1，構(gòu)成天然元素的99.98%；氘，質(zhì)量數(shù)2，構(gòu)成天然元素約0.02%；氚，質(zhì)量數(shù)3，存在于自然界的量少之又少，但可以用人工方法以不同的核反應(yīng)產(chǎn)生出來。

　　地球上只有少量自由狀態(tài)的氫，大氣中的含量還不到1ppm?；蠎B(tài)的氫可占地殼質(zhì)量的0.76%，是第9位較多的元素，地殼中原子的13.5%是氫，僅次于氧和硅。這些氫大部分在海水中，占10.82%質(zhì)量；宇宙中約有90%的原子是氫。其中，氫的熱核反應(yīng)產(chǎn)生的熱核能是太陽和其它星球輻射能的主要源泉。

　　氫能經(jīng)濟(jì)時(shí)代降臨

　　當(dāng)前，減少碳排放是全面臨的大挑戰(zhàn)之一，所以更應(yīng)采用清潔能源技術(shù)。目前看，具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)就是綠色氫能，氫能在傳統(tǒng)可再生能源不適用的一系列工業(yè)用途中均具有潛力，比如煉鋼、水泥和重型卡車。若能貯存在地下，它甚至能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供備用電力。

　　據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)估計(jì)，到2050年，氫能可以滿足24%的能源需求，年銷售額達(dá)到2000億～7000億美元。為了刺激新能源——氫能的發(fā)展，各國政府都應(yīng)提供補(bǔ)貼，使綠色氫能成本低于傳統(tǒng)能源。

　　我國為加快氫社會(huì)的到來，2020年9月，北京市新設(shè)大興國際氫能示范區(qū)，建立氫能源基礎(chǔ)設(shè)施，以此提升擁有核心技術(shù)的廠商的技術(shù)實(shí)力。

　　氫電列車到來

　　名為科拉迪·伊林特（Coradia ilint）的藍(lán)色列車于2020年6月12日起在德國西北部的綠茵茵平原上奔馳，它的速度140km/h，不排放任何煙氣，而是一團(tuán)團(tuán)水蒸氣。這是氫提供動(dòng)力的客用列車。所有驅(qū)動(dòng)列車的電力都來自車頂?shù)碾姵睾椭車諝庵械难?。?020年10月，兩列樣車已在德國下薩克森州四座城市間商業(yè)運(yùn)行了23個(gè)月，總運(yùn)行了22萬km，達(dá)到了預(yù)定的運(yùn)行目標(biāo)。

　　首艘遠(yuǎn)洋液氫運(yùn)輸船

　　2019年12月11日，神戶川崎重工業(yè)公司為首艘8000t的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舉行了下水儀式，標(biāo)志著氫運(yùn)輸試驗(yàn)性項(xiàng)目的階段宣告完成。該船下一步將把澳大利亞生產(chǎn)的-253℃的液氫運(yùn)回日本。目前，該船是上采用國際海事組織液氫裝載臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的船只，2020年完成試航后，它的措施無疑會(huì)成為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

　　空客將推出氫動(dòng)力飛機(jī)

　　空客計(jì)劃在2035年底前推出零碳排放的商用飛機(jī)，并于2020年9月展示了三種氫動(dòng)力的“零排放”飛機(jī)視覺概念，一種是能搭載120人～200人、航程3700km的渦扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；另一種是使用能搭載100人航程1600km的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)；第三種則是采用革命性的“翼合融合”設(shè)計(jì)。眼下正在開發(fā)驗(yàn)證機(jī)，初步成果預(yù)計(jì)2021年面世。第三種是研發(fā)重點(diǎn)。

　　據(jù)說，為實(shí)現(xiàn)2035年底前推出零碳排放商用飛機(jī)的目標(biāo)，空客在2025年底前選定所采用技術(shù)；也有人分析，空客要讓推進(jìn)裝置使用清潔能源起碼要等到2040年。

　　首架氫燃料飛機(jī)成功試飛

　　2020年10月7日，首架燃?xì)滹w機(jī)在英國克蘭菲爾德機(jī)場(chǎng)成功完成滑行、起飛、所有起落航線飛行、著陸等試飛項(xiàng)目，成為低碳飛行史上具有里程碑意義的重要事件。

　　這架飛機(jī)由澤羅瓦阿（Zero Avia）航空公司在派珀（Piper）m級(jí)6座飛機(jī)的基礎(chǔ)上改裝而成。澤羅瓦阿航空公司表示，該架飛機(jī)的飛行距離和有效載荷將與噴氣飛機(jī)的相當(dāng)，但運(yùn)營(yíng)成本明顯降低。

　　日本將在月球建氫燃料工廠

　　2020年9月27日，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)宣稱，計(jì)劃于本世紀(jì)30年代中期在月球表面利用存在于月面的水制造氫燃料工廠，以獲得往返于空間基地和月球表面移動(dòng)所必需的動(dòng)力，以減少從地球運(yùn)輸燃料的時(shí)間和費(fèi)用。據(jù)悉，日本將與美國合作建設(shè)繞月空間站“入口（Gateway）”。工廠建在月球南極，因?yàn)槟抢镉斜?；工廠2035年建成，通過利用太陽能電池把水分解為氫與氧，以作為燃料。

　　歐洲計(jì)劃2035年實(shí)現(xiàn)氫能源客機(jī)商業(yè)化

　　航空工業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)是排放的溫室氣體巨大，目前航空業(yè)每年排放的CO2超過9億t。假設(shè)每年工業(yè)增長(zhǎng)3%～4%，燃油效率提高2%，到2050年排放量將增加一倍以上。在同一時(shí)期，航空運(yùn)輸行動(dòng)小組（ATAG）承諾到2050年將CO2排放量減少50%（與2005年相比），歐盟（EU）也在綠色協(xié)議中設(shè)定了碳中和的目標(biāo)。歐盟《氫動(dòng)力航空航天》研究報(bào)告指出，氫適合作通勤、支線、短程和中程飛機(jī)燃料，長(zhǎng)途航空很可能以液態(tài)碳?xì)淙剂蠟榛A(chǔ)。

　　氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)

　　2020年6月，以色列電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器制造商城市航空公司選擇美國海波英特（HyPoint）公司為其研發(fā)氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)，為該公司“城市鷹”（City Hawk）飛行器提供動(dòng)力。

　　中國鋁工業(yè)在氫能經(jīng)濟(jì)時(shí)代大有可為

　　中國已建成了強(qiáng)大的鋁工業(yè)體系，可為氫能經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供所需要的全部鋁材。氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鋁材較多的板塊分別包括：制取氫的工藝設(shè)備約含12%的鋁；運(yùn)輸與貯存液氫的容器約含＞85%的鋁，這些容器也可以用鋼制造，但鋁材是佳的材料選擇；使用液氫的設(shè)備如航空器與軌道車輛等約含>75%的鋁。

　　氨能

　　氨在國民經(jīng)濟(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，而且由于氨在燃燒時(shí)不排放溫室氣體，是一種綠色的燃料。在日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2020年底發(fā)布的“綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略”中，“燃料氨產(chǎn)業(yè)”是其重點(diǎn)領(lǐng)域之一。雖然氨和氫在燃燒時(shí)都不排放二氧化碳，但氨比氫更易于儲(chǔ)存運(yùn)輸。液態(tài)氨可以在-33℃儲(chǔ)存，而液態(tài)氫的儲(chǔ)存溫度需保持在-253℃上下，而且建造氨儲(chǔ)存罐花費(fèi)更少，氨也更便于運(yùn)輸。

　　但是，流通量小似乎將成為氨能大的發(fā)展障礙。隨著未來氨能的流通量增加，制造和運(yùn)輸技術(shù)的革新，氨還要克服的另一個(gè)困難就是成本。日本政府估算的1kWh氨電的成本，在“20%混合燃料”的情況下為12.9日元（約合0.79元人民幣），在純氨燃料發(fā)電的情況下則為23.5日元。比起運(yùn)輸成本昂貴的氫，用氨發(fā)電的成本已經(jīng)大幅降低，但仍高于用煤炭發(fā)電的成本。

　　核能

　　利用核燃料（鈾235、钚256、鈾233）或可聚變核素（氘、氚）裂變反應(yīng)或核聚變反應(yīng)產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)為動(dòng)力的裝備稱為核裝備，發(fā)出的核電，是當(dāng)今三大電之一，與火電、水電并列。核動(dòng)力裝備包括核反應(yīng)堆、產(chǎn)生動(dòng)力的系統(tǒng)和設(shè)備，以及為保證設(shè)備正常運(yùn)行、人員健康和所需要的系統(tǒng)和設(shè)備等三個(gè)主要部分。

　　核電站反應(yīng)堆型主要有沸水堆、壓水堆、氣冷堆和快中子堆四種。核動(dòng)力裝備主要應(yīng)用于發(fā)電、艦艇和空間技術(shù)。核裂變技術(shù)已成熟，而可控的核聚變技術(shù)尚處于研發(fā)階段，實(shí)用核聚變反應(yīng)裝備即將面世。

　　核電站（原子能發(fā)電站）是利用人為控制的緩慢裂變反應(yīng)釋放的能量發(fā)電。一座100萬kW的核電站每年只需30t濃縮鈾，而同等功率的火電站每年需耗2.5×106t煤，同時(shí)放出大量的CO2與含硫的有害氣體，以及固體廢棄物。

　　中國在建核電規(guī)模

　　1955年1月15日，黨中央作出了發(fā)展中國原子能事業(yè)的戰(zhàn)略決策，中國核工業(yè)就此誕生。66年來，中國核工業(yè)從無到有，從小到大，實(shí)現(xiàn)了一系列自主重大跨越，構(gòu)筑了完整的核工業(yè)體系，形成了更高水平的核工業(yè)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，提升了中國核工業(yè)的資源整合利用水平和整體國際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

　　截至2020年6月30日，中國大陸地區(qū)運(yùn)行核電機(jī)組47臺(tái)，裝機(jī)容量4876萬kW。保持穩(wěn)定運(yùn)行，第三；在建核電機(jī)組11臺(tái)，在建核電規(guī)模。在反應(yīng)堆研發(fā)、核電站設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)和運(yùn)行管理等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，部分領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際水平。

　　在環(huán)保效益方面，中核集團(tuán)自北向南建成了田灣、秦山、三門、福清、昌江五大核電基地，商運(yùn)核電機(jī)組達(dá)21臺(tái)，在建核電機(jī)組6臺(tái)，2019年中核集團(tuán)核能發(fā)電量1362.14億kWh，累計(jì)核能發(fā)電9690.76億kWh，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤38760.8萬t，減少二氧化碳排放96611.3萬t、二氧化硫排放2907.06萬t，相當(dāng)于造林260萬公頃。

　　在核電方面，中國從未發(fā)生二級(jí)及以上核事件，核材料保持“一克不丟、一件不少”的紀(jì)錄，在工業(yè)中保持著地位，其經(jīng)驗(yàn)和成果也為核工業(yè)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

　　在對(duì)外合作方面，中俄大核能合作項(xiàng)目已進(jìn)入實(shí)施新階段：田灣核電7、8號(hào)機(jī)組，徐大堡核電3、4號(hào)機(jī)組完成全部商務(wù)合同簽署；中核集團(tuán)收購納米比亞羅辛鈾礦，躋身前五大天然鈾供應(yīng)商；中法國際聯(lián)合體成功中標(biāo)國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目核心安裝工程，將為“人造太陽”安裝“心臟”；與俄羅斯、歐洲多個(gè)國家深化核能合作，打開了多元化高水平開放合作的新局面。

　　中國已是核電大國，但還不是大國，仍在美國與法國之后，在技術(shù)方面與他們相比還有差距，正在奮起直追，筆者認(rèn)為，中國將在2030年超過他們成為大核電國。據(jù)核工業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2020年4月，中國正在運(yùn)行、在建和擬建核電站的總裝機(jī)容量為10870萬kW，超過美國的10512萬kW。如果僅觀察正在運(yùn)行的核電站，位是總裝機(jī)容量約為9800萬kW的美國，約6200萬kW的法國次之，中國以約4500萬kW排在第三位。但中國正在建造11個(gè)核電機(jī)組，還有超過40個(gè)機(jī)組的建造計(jì)劃。一般來說，核電站從開工建設(shè)算起需5年左右完工。

　　核聚變電

　　現(xiàn)有的核裂變反應(yīng)堆與聚變反應(yīng)堆的大區(qū)別在于，前者是通過裂解鈾等元素的重原子核獲得能量。裂解這些原子核會(huì)釋放出大量的能量，但也會(huì)釋放出危險(xiǎn)的核輻射。與之相反的是，核聚變將輕原子核結(jié)合在一起，形成重原子核。當(dāng)產(chǎn)生的原子的質(zhì)量小于參與反應(yīng)的原子的質(zhì)量時(shí)，多余的質(zhì)量就會(huì)轉(zhuǎn)化為能量，釋放出大量光和熱，而且不會(huì)釋放出任何核輻射。核聚變不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，也不會(huì)產(chǎn)生其它污染物，而且其反應(yīng)所必需的燃料——氫氣，在地球上的儲(chǔ)量足以滿足人類長(zhǎng)達(dá)數(shù)百萬年的能源需求。

　　科學(xué)家很早以前就很清楚，核聚變這種核反應(yīng)能夠產(chǎn)生比它所需要的能量大得多的能量，但直到現(xiàn)在，能量余額依然是負(fù)數(shù)。換言之，用于引發(fā)核聚變的能量比核聚變過程本身產(chǎn)生的能量還要多。美國麻省理工學(xué)院（MIT）與美國聯(lián)邦核聚變系統(tǒng)公司2020年開發(fā)出了新的名為SPARC的核聚變反應(yīng)堆。研究人員指出，SPARC將能夠產(chǎn)生是其運(yùn)行所需10倍以上的能量。研究人員預(yù)計(jì)，未來在SPARC基礎(chǔ)上建設(shè)的核聚變電站將能產(chǎn)生250MW至1000MW的電力，目前在美國的能源市場(chǎng)中，普通發(fā)電廠的發(fā)電量一般為100MW～500MW。

　　核聚變發(fā)電廠可以逐步取代現(xiàn)有的化石燃料發(fā)電廠，而且不需要像太陽能或風(fēng)能那樣重組電網(wǎng)。

　　中英在核聚變方面的突破性成就

　　據(jù)媒體報(bào)道，西交利物浦大學(xué)與英國利物浦大學(xué)合作，在可控核聚變領(lǐng)域取得突破，于2019年研究出一種可有效獲取高純度氘的工藝。氫的同位素——氘，就是一種潛在的可控核聚變?nèi)剂?，但氘在自然界中的濃度很低。通常，高純度、高濃度的氘是通過分離“氫-氘”混合氣體來獲得的，但目前實(shí)現(xiàn)這種分離的技術(shù)能耗大、效率低、價(jià)格昂貴。由英國皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的中英聯(lián)合團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種新材料，它能通過一種被稱為“動(dòng)態(tài)量子篩分”的過程，將氘氣體從混合氣體中有效地分離出來。

　　中國“環(huán)流器二號(hào)M”運(yùn)行

　　據(jù)我國媒體消息，成都一研究中心開發(fā)的新一代可控核聚變研究裝置——“中國環(huán)流器二號(hào)M”于2020年投入運(yùn)行，它的運(yùn)行原理與太陽相似，所以又稱為“人造太陽”，2019年11月在成都開始安裝。

　　國際“人造太陽”正式組裝

　　國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃（ITER）旨在模擬類似于太陽內(nèi)部發(fā)光發(fā)熱的熱核聚變過程產(chǎn)生能源。2020年7月28日，該項(xiàng)目在法國圣保羅-萊迪朗斯啟動(dòng)。是人類歷史上大的科學(xué)項(xiàng)目，是依據(jù)2006年達(dá)成的一份由35個(gè)國家簽署的協(xié)議而啟動(dòng)。簽署協(xié)議的國家包括整個(gè)歐盟成員以及英國、瑞士、俄羅斯、中國、印度、日本、韓國和美國，預(yù)計(jì)在2050年將實(shí)現(xiàn)制造一種清潔和能源的共同夢(mèng)想。

　　這個(gè)名為“托卡馬克”實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目的規(guī)模之大讓人目眩，僅負(fù)責(zé)啟動(dòng)等離子內(nèi)部電流的一個(gè)超導(dǎo)磁體線圈就可以舉起一艘航母。目前，項(xiàng)目需要的各個(gè)組成部分已逐步抵達(dá)，剩下的就是組裝這些上百萬的零件了。組裝工程由2300人實(shí)施，預(yù)計(jì)到2024年完工。

　　鋁材是核反應(yīng)堆不可或缺的材料

　　在核反應(yīng)堆用的金屬材料中，雖然按質(zhì)量計(jì)算鋁材的用量并不多，據(jù)估算約為7.5%，但卻是不可或缺的關(guān)鍵材料，如裝填核燃料的工藝管就是用Al-Mg-Si系的6063型合金制造的，中國用的工藝管的外徑為43mm，內(nèi)徑41mm。

　　反應(yīng)堆鋁材可分為兩種：一是在100℃～130℃的低溫堆中用元件包殼及結(jié)構(gòu)材料，主要用的是工業(yè)純鋁及6063型合金；二是使用溫度≤400℃的中溫堆用材料，有Al-Ni-Fe系、AI-Si-Ni系合金。其中8001合金（0.45%～0.7%Fe、0.9%～1.7%Ni；其余為AI及不可避免雜質(zhì)）曾在核電項(xiàng)目建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已列入非常用合金。此外，在建設(shè)原子能發(fā)電站的同時(shí)，還要建設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)設(shè)施，如辦公樓房、職工住房等，據(jù)筆者粗略匡算，建設(shè)一座100×104kW的原子能發(fā)電站，生產(chǎn)和生活設(shè)施建設(shè)用鋁材的采購總質(zhì)量約18kt。

　　中國廣泛采用的元件包殼及結(jié)構(gòu)鋁材料有1060、1050、1030、LT26、LT21型合金，前蘇聯(lián)及俄羅斯采用6063型合金，美國則以1100工藝純鋁作包殼材料，但這些材料的工作溫度≤130℃，否則應(yīng)采用Al﹣Si﹣Ni系合金。此外，中國還用過LT27、305、306、LT24、167等非標(biāo)準(zhǔn)合金作為包殼材料和結(jié)構(gòu)材料。

　　國外有采用9%～12%Si、1%～1.5%Ni的與11%Si、1.0%Ni、0.5%Fe、0.8%Mg、0.1%Ti的Al-Si-Ni系合金作元件的包殼材料，它們?cè)诟唠x溫水中不易腐蝕，后一個(gè)合金在260℃～300℃水中的抗蝕性比8001合金的還高。此外，Al-Fe-Ni系合金也得到了應(yīng)用，這類合金的成分為（質(zhì)量%）：Ni1～5, Fe0.3～1.5，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)。在某些特珠情況下，如果作為屏蔽材料的混凝土的質(zhì)量與體積不能滿足要求，或不便使用，則除水以外，還可以用一種名為波拉爾（Boral）的厚鋁板作屏蔽，這是一種含有碳化硼的鋁合金，熱軋Boral鋁板，在其表面包覆一層1100工藝純鋁。

　　晶間腐蝕對(duì)堆用鋁材的危害大，是由晶界區(qū)與基體之間的電位差引起的。因此凡是能減少這種電位差的措施，都能提高材料抗晶間腐蝕能力。防止鋁材晶間腐蝕的有效措施是向鋁中添加量的Ni和Fe，使其形成電位較低的陰極相Al3Fe、Al3Ni等。這就是中、高溫堆用鋁材大都含有量的Fe和Ni的緣由。向Al-Mg-Si系合金中添加少量Cu也能提高合金抗晶間腐蝕的能力。合金的晶粒越細(xì)，抗晶間腐蝕能力也相應(yīng)地增強(qiáng)。熱處理?xiàng)l件也因之對(duì)合金晶間腐蝕有明顯影響。高溫退火往往使呈陰極的第二相沿晶界析出和使晶粒長(zhǎng)大，增大合金的晶間腐蝕敏感性。

　　為了發(fā)展中國的原子能工業(yè)與核反應(yīng)堆的建設(shè)，在當(dāng)時(shí)的哈爾濱鋁加工廠即現(xiàn)在的東北輕合金有限責(zé)任公司建了一個(gè)專門擠壓-軋制-拉拔-陽極氧化工藝管的車間，有1臺(tái)擠壓機(jī)與1條陽極氧化生產(chǎn)線，1965年投產(chǎn)，此前需要的產(chǎn)品都從前蘇聯(lián)進(jìn)口。1966年～1983年共生產(chǎn)了53306根（352t）工藝管，平均每根6.603kg，是用Al-Mg-Si系合金生產(chǎn)的。工藝管外徑43mm，內(nèi)徑41mm，1979年榮獲國家品銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。目前，建設(shè)核反應(yīng)堆所需的鋁材中國都能生產(chǎn)。

　　太空電站又稱空間太陽能電站，是太陽能電站家族的成員，只不過不是建在地面，而是建在距地面3.6萬km的地球同步軌道上。

　　太空電站會(huì)非常大，它的太陽能電池板面積將達(dá)到五六平方千米，相當(dāng)于約12個(gè)天安門廣場(chǎng)的面積。關(guān)于太空電站形狀，各國研究人員已提出了方形、圓形、碗形等幾十種設(shè)想。為了能用火箭發(fā)射到太空，把太空電站的太陽能電池做得非常薄、非常輕，每m2的質(zhì)量不超過200g。還要突破率的無線能量轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)。只有無線能量轉(zhuǎn)換和傳輸效率達(dá)50%左右，太空電站才具有商用價(jià)值。

　　2020年11月初，美國空軍宣布了一項(xiàng)激進(jìn)的新計(jì)劃，將與國防承包商諾思羅普﹣格魯曼公司合作投資1億美元，開發(fā)一套帶有太陽能電池板的衛(wèi)星系統(tǒng)，以便在其繞地球軌道飛行時(shí)獲取太陽能。這些衛(wèi)星收集的能量隨后將被轉(zhuǎn)化為無線電波，并傳輸?shù)降厍虮砻?，在那里它們將被轉(zhuǎn)化為可用的能源。

　　該系統(tǒng)名為“太空太陽能增量示范和研究”，它要求一大群裝有太陽能板的衛(wèi)星收集太陽能，每個(gè)太陽能板的大小相當(dāng)于兩個(gè)多足球場(chǎng)。這些衛(wèi)星可以飛往太陽能充足的地區(qū)，比如新墨西哥州，然后將其傳送到陽光照射較少的地區(qū)。據(jù)系統(tǒng)工程師蕾切爾·德萊尼說，該項(xiàng)目眼下面臨的大挑戰(zhàn)是衛(wèi)星在處理如此大量的太陽能時(shí)要控制其熱度；此外，還要長(zhǎng)期維護(hù)這些大型衛(wèi)星的后勤問題。

　　結(jié)語

　　2020年9月底，習(xí)近平主席宣布，中國力爭(zhēng)在2030年達(dá)到其碳排放峰值，并努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，中國正在擴(kuò)大綠色能源技術(shù)的國內(nèi)市場(chǎng)，很多清潔技術(shù)是中國創(chuàng)造的，近些年來，中國在此領(lǐng)域取得的專利居，中國正在贏得清潔能源競(jìng)賽，已成為這場(chǎng)綠色革命的，獲得了國際社會(huì)的廣泛贊譽(yù)，充分彰顯了中國重信守諾、為應(yīng)對(duì)氣候變化作出貢獻(xiàn)的大國擔(dān)當(dāng)。

　　當(dāng)前，綠色能源特別是光伏發(fā)電已在許多國家和地區(qū)成為經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式，近10余年來，其發(fā)電成本不斷下降，低中標(biāo)電價(jià)紀(jì)錄被不斷刷新。中國光伏發(fā)電成本也有了大幅降低，2021年有望全部實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，不再需要補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)“十四五”期間光伏發(fā)電成本將低于大部分煤電。

　　在常用的大宗金屬中，鋁是綠化率高的，是這場(chǎng)能源綠色革命的關(guān)鍵材料，是可以推動(dòng)光伏發(fā)電、風(fēng)電、 核電、水電等綠色產(chǎn)業(yè)高速向前奔馳的材料?？梢哉f，沒有鋁就沒有今天這樣興旺發(fā)達(dá)的清潔能源產(chǎn)業(yè)。到2025年，鋁在能源中的用量將成為大金屬，在國民經(jīng)濟(jì)中的用量將僅次于建筑-結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸裝備、包裝，而成為第四大用量的結(jié)構(gòu)-功能（導(dǎo)電與熱傳輸）材料，鋁在國民經(jīng)濟(jì)中的作用將會(huì)越來越重要與。（王祝堂）