生活中的新能源

【專家解說】：能源是發(fā)展農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、科學技術(shù)和提高人民生活水平的重要基礎(chǔ)。煤、石油、天然氣是當今世界最重要的三大化石燃料，它們以及從它們中分離出來的各種燃料照亮了我們這個世界，使整個世界變得美麗多姿。然而，這些資源在地球上的蘊藏量是有限的，按照目前這些能源的消耗速度，并考慮人口增長等因素，有人估計石油和天然氣不過幾十年，煤不過幾百年就會消耗完。因此，我們一方面要節(jié)約開發(fā)現(xiàn)有的能源，另一方面還要研究和開發(fā)如太陽能、氫能、核能、地熱能、潮汐能、風能等新的能源。 1.太陽能 太陽照射到地面的能量相當于全球能耗的1.6萬倍，既無污染，又是永久性能源?？上栞椛涞降厍虻哪芰棵芏忍?，只有1kW／m2,還受氣候影響。太陽能的利用形式主要有兩種：一是熱能的直接利用，如利用鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收集器上，由中間介質(zhì)吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動氣輪機組發(fā)電；另一種形式是利用小型太陽能裝置為房屋采暖供熱，現(xiàn)己大量應(yīng)用。 發(fā)達國家都在積極開發(fā)太陽能，如美國“百萬屋頂”計劃、日本“600個屋頂”太陽能電池系統(tǒng)等。我國對西部地區(qū)的開發(fā)應(yīng)把太陽能的利用列為重點，因為西部地區(qū)日照好、居民分散，適合發(fā)展太陽能。20世紀70年代美國有一個異想天開的計劃，就是在同步人造衛(wèi)星上裝兩個16km2的電池板和聚光系統(tǒng)，將所獲電能用微波傳到地面。由于在大氣層外陽光強度比地面高1.4倍，又不受氣候影響，據(jù)估計，由此得到的電能成本可與常規(guī)電能相比。 2.氫能 氫被認為是理想能源，資源豐富、熱值高、無污染。但是氫作為能源，存在兩個問題，一是氫的來源，只能通過電解水，太陽能分解水，生物制氫，以及化工、冶金等流程制氫，這就需要消耗能源；二是氫在存儲、運輸及應(yīng)用過程中容易發(fā)生爆炸，加上氫對材料產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕，以及氫滲漏等，所以近年來對儲氫材料的研究很多。一種儲氫方式是將材料與氫結(jié)合成為氫化物，需要時加熱放氫，放完后還可繼續(xù)充氫。同時儲氫材料又是高能蓄電池的負極。目前正在研究的納米碳管，因其儲氫能力大而受到廣泛關(guān)注。 3.核能 原子核在聚變和裂變時，能放出巨大的能量，簡稱核能。核裂變的燃料是鈾、钚等物質(zhì)，核聚變的燃料是氘、氚等物質(zhì)。有些物質(zhì)，例如釷，本身并非核燃料，但經(jīng)過核反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為核燃料。核能不僅單位質(zhì)量產(chǎn)生的能量大，而且資源豐富。據(jù)初步統(tǒng)計，地球上已勘探到的鈾礦和釷礦資源，按蘊藏的能量計算，相當于地殼中有機燃料能量的20倍，如果將可控聚變反應(yīng)產(chǎn)生能量用于工業(yè)，那么人類就更不必為能源供應(yīng)擔憂了。 核能發(fā)電是利用核能的重要形式。從廿世紀50年代第一座核電站建成以來越來越受到人們重視，許多國家先后建造了核電站。據(jù)統(tǒng)計，截止2002年底世界上已有30多個國家和地區(qū)建成約441座核電站，發(fā)電容量約為3.6億千瓦。預(yù)計到2030年，世界核電站總數(shù)將達到1000座，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的三分之一，可以預(yù)期在相當長一段時期內(nèi)核電將成為電力工業(yè)的支柱。 核能除了用來發(fā)電外，還可以作為船舶、火箭、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的動力能源。特別是核動力不需要空氣助燃，因而它在地下、水下、空間等缺乏空氣的環(huán)境下作為特殊動力，它將是人類開發(fā)海底世界的理想能源。 4.地熱能 地熱能是指貯存在地球內(nèi)部的可再生能源，起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。其儲量比目前人們所利用的總量多很多倍，而且集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶、該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水而到達地面，自史前起它們就已被用于洗浴和蒸煮。通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲量相當大。不過，地熱能的分布相對來說比較分散，開發(fā)難度大。 5.潮汐能 潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋轉(zhuǎn)，這種水位的上升以周期為12小時25分和振幅小于1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽引力的作用與此相似，但是作用力小些，其周期為12小時。當太陽、月球和地球在一條直線上時，就產(chǎn)生大潮；當它們成直角時，就產(chǎn)生小潮。同時地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。除月球、太陽外，其他天體對地球同樣會產(chǎn)生引潮力。世界上潮差的較大值約為13~15m，但一般說來，平均潮差在3m以上就有實際應(yīng)用價值。 潮汐是因地而異的，不同的地區(qū)常有不同的潮汐系統(tǒng)，它們都是從深海潮波獲取能量，只有出現(xiàn)大潮，能量集中時，并且在地理條件適于建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有可能。我國海岸線曲折，沿海還有6000多個大小島嶼，組成1.4×104km的海岸線，漫長的海岸蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。我國潮汐能的理論蘊藏量達1.1×108kw，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，約占全國的80.9％。 6.風能 太陽能在地面上約2％轉(zhuǎn)變?yōu)轱L能，全球風力用于發(fā)電功率可達11.3萬億kW，很有發(fā)展前景。風能與風速密切相關(guān)，我國沿海與西北地區(qū)的風力資源豐富，大有作為，但風車材料是關(guān)鍵。一個2.5MW的風車，轉(zhuǎn)子葉片直徑要80m，包括傳動箱的總重達30t；風車高近百米，用材幾百噸。風車葉片要有足夠的強度和抗疲勞性能，目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強塑料，正向增強木材發(fā)展。雖然風能發(fā)電裝置造價較高，但電價可與常規(guī)能源相比。