未来20年最有发现前景的新能源是什么？

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汽车行业攻城狮一枚，就说说行业相关-新能源汽车电池
当下新能源汽车的动力电池类型主要可分为三类

以车载燃料电池为动力的燃料电池电动汽车
以车载蓄电池为动力的蓄电池动力汽车，蓄电池汽车为当下主流动力源
以车载多能源为动力的混合动力汽车，其动力源≥2

一.以车载燃料电池为动力的燃料电池电动汽车

燃料电池汽车英文名称Fuel Cell Electric Vehicle（FCEV），其动力源是燃料电池发动机-电动机系统，其也是FCEV的核心部分，不同燃料电池其匹配系统会相应随之变化。
燃料电池的主流类型
1.氢燃料电池汽车
燃料电池的基本原理-电化学反应
氢燃料电池汽车通过带氢与氧的电化学反应而发电，基本组成有燃料、电极、电解质以及催化剂，主要反应如下图所示。


其中，燃料为氢气，也可以为CH4、CH3OH等
氧化剂可为O2，H2O
电解质可为水溶液（H2SO4,NaOH等）、熔融盐（Na2CO3、K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等
发电时，燃料和氧化剂由外部分别供给到阳极与阴极，阳极发生燃料的氧化反应，阴极发生氧化剂的还原反应，电子在电解质中移动，通过外电路做功，形成回路。
单独的燃料电池并不足以使汽车跑起来，化学反应只是其中一部，它还需要燃料与氧化剂供给系统，水/热管理系统，以及燃料电池系统，简图如下。



以氢为燃料的电池发动机系统

氢燃料电池的优点：排放物为水，无任何污染
缺点：氢气的提取需利用电解水或天然气提纯，需消耗大量能源，得不偿失
氢气的存储和运输有一定困难
氢燃料电池成本过高
2.甲醇燃料电池
甲醇燃料电池汽车的构成系统相对简单，具体如下图



以为甲醇燃料的电池发动机系统

3.燃气汽车
燃气又可分为液化天然气LNG、压缩天然气CNG、液化石油气LPG以及吸附天然气ANG四类，燃气汽车的原理同传统燃油车原理一样，燃气与空气在发动机中混合，火花塞点火，嘣嘣嘣嘣，做功开始，通常燃气燃料汽车布局如下图所示。


好多taxi也是通过改制的形式，将燃油车改为加气车。
氢燃料电池的优点：安全，用车成本低、天然气资源相对丰富、NGV易于维护
缺点：天然气为不可再生能源
储气罐的存储占据车辆后备箱或其它空间
行驶里程有限
4.生物乙醇汽车（俗称酒精汽车）
生物乙醇的工作原理同天然气，优点在于其原材料为农作物或植物，属于可再生能源，很容易从自然界获得，且应用方式多用，现阶段较成熟的应用方式为掺烧，即乙醇和汽油混合燃烧，乙醇占比较小，这也是现阶段酒精汽车的主要应用方式。
缺点：能量密度低
使用单一乙醇作为燃料技术尚未成熟
与汽油混合充当燃料时，有一定腐蚀性，比例不宜过高
二、以车载蓄电池为动力的蓄电池动力汽车，蓄电池汽车为当下主流动力源

车载蓄电池作为当下主流的新能源动力，其发展历史悠久，应用种类繁多，有一定技术沉淀，且各有其优缺点，蓄电池中又以锂电池为主流的汽车电池类型
蓄电池的主流类型如下：
1.锂离子电池-当前汽车的主流选择
锂电池的基本原理
锂离子电池作为当下新能源汽车的主流电池类型，应用广泛，技术较为成熟，主要由三元锂电池、磷酸铁锂电池等类型，其充放电原理利用的是锂离子在正负极之间的往返嵌入和脱嵌形成锂电池的充放电过程，下图为锂电池的基本反应原理图。



钴酸锂电池中锂离子在正负极之间的游走

锂离子电池根据正极材料的不同来命名，磷酸铁锂电池其正极材料为磷酸铁锂，三元锂电池则是代表着以镍、钴和锰或者镍、钴和铝三种材料按一定比例生产的多元锂电池。而锂离子的种类应用也比较广泛，常用的锂离子电池如下：



不同锂离子电池的优缺点

锂离子电池相对其它电池来说优点明显，如：
能量比高
工作电压高
循环寿命久
几乎无污染
缺点是电池充电较慢，目前技术尚未完全成熟，续航里程多通过电池的叠加完成。
其中三元锂离子电池的主要应用车型验有特斯拉、国内新能源的翘楚威马、蔚来，荣威ERX5等
动力电池起家的比亚迪大哥则坚守着磷酸铁锂电池。
2.铅酸电池
铅酸电池是应用历史最久、最成熟、成本最低的一种蓄电池，其工作原理与锂离子电池类似，但铅酸电池的优缺点都较为明显。
优点：成本低
电压相对较高，低于锂电池
高倍率放电性能良好
高低温性能良好，可在零下40℃的条件下应用
缺点；相对锂电池来说，比能量低，要实现长续航里程必须堆积大量的电池，所以广泛应用于电瓶车等小型电动车。
充电时间长
铅是重金属，存在一定的污染
3.镍氢电池
镍氢电池工作原理同锂电池，只是材料不同，其相对于锂电池，安全性更好，工作电流更高，各类电池对比如下：


丰田的RV4是世界首款搭载了镍氢电池的电动汽车。
三、以车载多能源为动力的混合动力汽车，其动力源≥2

乙醇+燃油：上文中提到的酒精汽车，当乙醇占比为10%左右时，其实际上就是一种混合动力汽车，其动力源为乙醇和汽油。
蓄电池+燃油：混合动力汽车玩到极致的丰田、本田大佬们，旗下车型动力源为锂电池搭配汽油或镍氢电池搭配汽油的组合方式。
太阳能电池+燃油/蓄电池：太阳能是一种极其丰富的能量来源，行驶过程中不会产生任何污染
缺点是现有技术条件下，太阳能的转换效率低，乘用车的采光面积受限，难以满足太阳能的光电板面积需求，此外还受制于天气等因素，所以为搭配组合使用。
巴拉巴拉巴拉巴拉了这么多，未来20年，个人觉得最有可能也是比较期待的汽车新能源主要如下，不要问为什么，哈哈。
1.太阳能电池+蓄电池电动汽车
2.充电如加油、安全如燃油的锂电池汽车

先给结论：可再生的廉价新能源，搭载以安全可靠的储能设备。

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气和水能等能源，称为常规能源。

来源：百度百科

时下，新能源通常指水能、太阳能、风能、地热能、氢能等可循环利用的清洁能源。

随着不可再生资源如石油、煤炭等能源的发掘和利用，人类已探明的不可再生资源存储，悲观态度是只能利用几十年。几十年后，我们用什么支持衣食住行？



而对于新能源，最有前景的仍然是可持续、无污染的可再生能源。最便捷、廉价和安全的，还是太阳能、风能、水能等能源。而这些能源，也大部分依赖“电”这个载体，而我国的电力生产量，已多年全球第一。



数据来源：2019年全球电力报告

而风能，太阳能，水力以及其他可再生能源发电，我国依然是全球第一。




数据来源：2019年全球电力报告



数据来源：2019年全球电力报告

如果油价长期低于20美元，新能源汽车还有优势吗？尽管如此，我们的电力发电结构却还是不健康的。

由于燃煤发电价廉，一直居高位，2011年占全球发电总量的9144/22126= 41.3%，到2018年回落速度缓慢，仍然保持在10100.5/26614.8= 38.0%。2018年最大的燃煤发电生产国是中国，占全球燃煤发电总量的4732.4/10100.5= 46.9%；其次是美国，占总量的1245.8/10100.5= 12.3%，比往年逐步回落。

数据来源：2019年全球电力报告

20年不长，20年也不短。
新能源的问题点在于：如何开发和如何存储（以促进升级）

一、开发和转型
以新能源汽车为例。
氢能源汽车、燃料电池、固态电池，再到核能，这些比较高科技的能源载体，按理说是要颠覆能源界，能逐渐取代传统燃油车。当下，这些高能材料，却因以下种种困难，难以推进。

• 制造难
  
• 存储难
  
• 投资高
  
• 价格贵
  

尽管困难重重，但在未来20年，却充满了无限可能。
这一些困难，也反向推动了锂电池发展。曾经作为消费类电子，转型向汽车动力电池发展。中国新能源汽车的发展，一方面加快了国内汽车行业产业升级，另一方面也为人类环保事业做出巨大贡献。
即便这样，我们仍然面临了一系列困难：

• 成本高昂--表现于售价普遍高于燃油车
  
• 安全不足--表现于电池的化学不稳定性
  
• 补能困难--表现于用户充电寻桩的困难
  

中国人讲究，方法总比困难多：

• 对于成本，随着锂电池的价格逐渐下降，新能源汽车成本与燃油车对比，逐渐缩小差距。而用车上，保养，电费也使得新能源汽车终身费用降低。预计在2022年左右，将于燃油车持平。
  

• 对于安全，国家近日也首次颁布安全性标准。
  

2020年5月12日，工业和信息化部组织制定的《电动汽车安全要求》《电动客车安全要求》和《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布，将于2021年1月1日起开始实施。据悉，这“三项强标”是我国首次出台电动汽车安全国家强制性标准。

标准性文件的出台，对于各新能源汽车厂家来说，提升自身产品安全性能，提升用户消费信心，尤为重要。同时，良好的热管理系统，能促进动力电池工作环境温度稳定，以达到稳定的工作环境。

• 对于补能，新基建中新能源充电桩赧然在列，充电桩的分布不均、利用率差、车桩比不足等问题，也能逐渐得到改善。解决用户充电难，充电慢，寻桩困难等问题，是解决补能的关键，也提高了消费者购买新能源汽车的信心和购买欲望，从而推动新能源的转型和发展。
  

数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟。

新基建的提出，也大大加快了解决以上问题的进程。所以新能源汽车作为未来新能源的有效载体之一，对于促进开发和转型，意义非凡。而新能源汽车的推进，也并不一蹴而就，随着时间转移，未来20年，新能源汽车能够逐渐普及，并慢慢替代传统燃油车。
今年提出加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络，拓展5G应用等，释放了哪些利好信号？将带来哪些影响？电动车在十年内能否取代汽油车？
二、储能升级

大部分能源，先转化成电能，再把电能转换到其他形式的能量。大部分电能的传输，不像我们想象的那样，简单得存放到某个大型蓄电设备。而是直接发电后，通过电力输送设备，输送到用户使用，可概括为随用随发。如此一来，铺张浪费和供求不满成为难题。尽管近些年，我国强大的电网系统，大大改善了这情况，但对于浪费，于能源界算是一种可耻行为。






当前大部分电能以抽水蓄能的形式，将电能先将水搬运到高处，等到急需时再转化为电能输送。其实这种形式大可以类比为“搬运”，而不是存储。当我们遇到以下这些困难，“停电”成为了家常便饭。

• 用电高峰
  
• 设备检修
  
• 传输故障
  

如果能将得到的电能，直接存储起来，一方面降低能源损耗，另一方面能源也能被计划利用。


这个时候，蓄电池又能派上重大用处。将已发得电能，转化为化学能，当电力紧缺时，则打开备粮仓库，实施电能输送；当设备损坏时，则打开蓄电站，实施紧急供应。
当然，蓄电池储能的壁垒，仍然是安全。因为电池本身的化学不稳定性，导致电池易受环境因素干扰而不稳定，甚至发生爆炸等。
但是随着科技进步，方法总比困难多

• 使用活性低，能量比高的化学材料的蓄电池
  
• 热管理系统建立，以实现实时监控
  
• 分区域小型化储能电站，以加强储能电站精细化管理
  

储能作为新话题和新愿景，未来能有更大一步发展空间。无论是哪一种新能源，都能快速有效进行存储并高效转化。
而当我们解决了储能问题后，我们的发电结构也将发生变更。以可再生清洁能源为主的太阳能、风能、水能等，可存储起来，大大降低燃煤等不可再生资源的开发和利用。同时，对于我们的环境保护，也将做出巨大贡献。
归根结底，如何将新能源最大化使用，减少能源浪费，提高安全性能才是最大保障。
<hr/>参考
1.百度百科
2.中国电动汽车充电基础设施促进联盟
3.<2019年全球电力报告>

太阳能聚集发电（CSP），未来20年不知道，但是未来100年还是很有潜力的。
CSP原理很简单,太阳能聚板（类似于凹面的镜子）聚集太阳光，加热水到变成200-300 C 蒸汽，蒸汽推动涡轮发电。整个过程污染小，前期投入大（大面积太阳能板占主要），回报收益五到十年（此次估计，不一定准确）；太阳能聚合方法大概有四种，太阳能塔，抛物板，碟板，linear Frensel，各有优缺点。
CSP八十年代开始研究，最近五年大量的电厂开始建立。原因多种：1是油气价格的上涨, 2，光合板成本下降，效率提高 3 政府的支持。今年，美国刚建完Ivanpah太阳能发电厂，392MW的发电量。
CSP厂地点一般选在太阳能平均辐射高的地方（如沙漠），目前研究的最多的是西班牙，其次是美国。中国目前有两家太阳能塔，北京2012建成的1.5MW，青岛2010建成的1MW
部分资料来自于wiki-CSP和NREL-CSP

芒草，生长范围广，生命力旺盛，抗虫性非常好，同等重量燃烧放出的热量比煤还多，而且生长过程吸收二氧化碳，所以可以看作连二氧化碳都不产生超清洁型能源
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三年前看到一篇科学杂志随便一答的，没想到现在都还有人点赞。现在国内很多地方都开始关注这个芒草，湖南农大通过将芒与
南荻人工杂交培育出了湘杂芒1号、2号、3号三个新品种，其干物质产量亩产达2500公斤，株高可达4米，单株分蘖数达到100以上，纤维素和
半纤维素达75%，总灰分在5%以下，并且适应性和无性繁殖系数大大提高，这差不多就是国外科学家培育的高芒草了。近年来中国城市化高速发展，我是老家是四川的。每年回家看到耕地荒废比例越来越大。特别最近两三年速度几乎是之前荒废速度的两倍。原因是大量人口都迁往城市，爷爷那一辈几乎就是最后一代耕田的，现在这一辈的人几乎都老了，于是大量的耕地荒废。现在如果让所有有土地的农民把土地以租的方式给投资商，然后投资商在本地招募一些工人大量机械化种植高芒草，如果把所有荒废的土地全部种植起来，产生的经济效益不但凭空增加了GDP，还解决了能源问题；届时靠它发电和水力发电基本够整个西部使用

当然送核聚变发电啦，但是现在技术上存在问题，不能突破！