能源科學(xué)導(dǎo)論的論文，誰(shuí)給我一篇？

【專家解說(shuō)】：能源科學(xué)與未來(lái)發(fā)展 摘要：通過(guò)了解過(guò)去以及現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)和能源利用技術(shù)，提出能源科學(xué)需要多學(xué)科交叉與綜合來(lái)為能源發(fā)展提出貢獻(xiàn)，而且能源科學(xué)的發(fā)展是能源高技術(shù)創(chuàng)新的源泉和先導(dǎo)。因此，能源科學(xué)和能源利用技術(shù)的發(fā)展不僅為國(guó)家未來(lái)的科學(xué)發(fā)展提供幫助，也為國(guó)家解決當(dāng)今的能源危機(jī)給予支持。 關(guān)鍵詞：能源結(jié)構(gòu)，能源利用技術(shù)，新能源， 能源是比較集中的含能體或能量過(guò)程，凡是能夠間接或者經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源，統(tǒng)稱為能源。在自然界里有一些自然資源本身就擁有某種形式的能量，它們?cè)谝欢l件下能夠轉(zhuǎn)換成人們所需要的能量形式，這種自然資源顯然是能源。 能源是人類從是物質(zhì)資料生產(chǎn)的原動(dòng)力。從人類遠(yuǎn)古時(shí)代在地球上出現(xiàn)后，隨著社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)生活的不斷發(fā)展，能源的應(yīng)用形勢(shì)和規(guī)模在不斷變化增長(zhǎng)。在古代，人類的主要能源來(lái)自人力和畜力，輔以柴薪。自西方工業(yè)革命開(kāi)始西方資本主義國(guó)家為滿足其工業(yè)化的需要， 18世紀(jì)末，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)、大量的以煤炭為能源的動(dòng)力機(jī)械逐漸替代了小作坊式的手工業(yè)，煤炭與資本主義大生產(chǎn)相結(jié)合，使世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。 1895年，美國(guó)開(kāi)始了石油鉆探開(kāi)發(fā)工作，這種液體燃料顯示出比煤炭更強(qiáng)大的吸引力，1876 年，德國(guó)人奧托創(chuàng)制了內(nèi)燃機(jī)，進(jìn)而形成了以內(nèi)燃機(jī)技術(shù)為核心的汽車工業(yè)，帶動(dòng)了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造了人類歷史上空前的物質(zhì)文明。 19世紀(jì)末開(kāi)始，以電力為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)大變革開(kāi)始，從法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)開(kāi)始，人們認(rèn)識(shí)到電和磁是統(tǒng)一的電磁現(xiàn)象，之后又發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種電器，使電力作為二次能源取得了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在世界上大約四分之三的能源是在發(fā)電廠中轉(zhuǎn)化為電力為人類使用。但是利用常規(guī)能源（如化石燃料煤炭、石油和天然氣）來(lái)產(chǎn)生電力，其儲(chǔ)量有限，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)就可能用盡或者由于利用成本過(guò)高而無(wú)法使用，因此為了滿足社會(huì)發(fā)展日益增長(zhǎng)的能源需求和可持續(xù)發(fā)展，我們必須尋找除化石燃料以外的新能源，來(lái)解決人類面臨的能源問(wèn)題。 能源的幾種分類 1、按照能源的來(lái)源分類： a) 來(lái)自地球以外的天體的能量，主要是太陽(yáng)輻射能。 包括：固化了的太陽(yáng)能，如化石燃料（煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖等，由一億年前存積下來(lái)的有機(jī)物質(zhì)形成）、草木燃料等；太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的能量，如風(fēng)能、水能、波浪能、海洋能；直接的太陽(yáng)輻射，如利用光電轉(zhuǎn)化、光合作用等。 b) 來(lái)自地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量。 包括：地球熱能，如地震能、火山熱能、地下熱水、地?zé)嵴羝?、熱巖層；原子核能，如蘊(yùn)藏核能的元素，鈾、釷、硼、氘等。 c) 來(lái)自地球和其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量。 包括：地月相互吸引產(chǎn)生的潮汐能。地球上的能源主要來(lái)自于太陽(yáng)能、地球熱能、原子核能和潮汐能，占地球全部能源的99.9%。 2、按照能源存在和產(chǎn)生形式分類 a）一次能源———以現(xiàn)有的形式存在于自然界中的能源。 可再生能源———不會(huì)隨著它本身的轉(zhuǎn)化或被利用而日益減少的能源，包括風(fēng)能、水能、海流、海洋熱能、潮汐能、草木燃料、直接太陽(yáng)輻射、地震能、火山活動(dòng)、地下熱能等。 非再生能源———隨著人類的利用而逐漸減少的能源，包括礦石燃料（煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖等），核燃料（鈾、釷、硼、氘等）。 b）二次能源—需要依靠其他能源來(lái)制取或產(chǎn)生的能源，包括電能、氫能、汽油、煤油、柴油、火藥、酒精、甲醇等。他們使用方便，易于利用，是高品位能源。 3、按能源本身的性質(zhì)分類 a) 含能體能源———能量以某種載體形式存儲(chǔ)起來(lái)，而為人們利用。包括各種礦石燃料、核燃料、地下熱能、高位水庫(kù)、氫能等。 b) 過(guò)程性能源———能量在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中存在，無(wú)法直接的大量存儲(chǔ)，如需儲(chǔ)存起來(lái)，必須把它們轉(zhuǎn)化為含能體能源中的能量。包括風(fēng)能、水能、海流、地震能、潮汐能以及電能等，轉(zhuǎn)化方式如流水→高位水庫(kù)，電能→蓄電池。 大有潛力的常規(guī)能源 最基本的常規(guī)能源——煤炭 煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。 煤作為一種燃料，早在800年前就已經(jīng)開(kāi)始。煤被廣泛用作工業(yè)生產(chǎn)的燃料，是從18世紀(jì)末的產(chǎn)業(yè)革命開(kāi)始的。隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明和使用，煤被廣泛地用作工業(yè)生產(chǎn)的燃料，給社會(huì)帶來(lái)了前所未有的巨大生產(chǎn)力，推動(dòng)了工業(yè)的向前發(fā)展，隨之發(fā)展起煤炭、鋼鐵、化工、采礦、冶金等工業(yè)。而且煤炭在地球上的儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，一般也比較容易開(kāi)采，因而被廣泛用作各種工業(yè)生產(chǎn)中的燃料。 煤炭對(duì)于現(xiàn)代化工業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是重工業(yè)，還是輕工業(yè)；無(wú)論是能源工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)，還是輕紡工業(yè)、食品工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)，都發(fā)揮著重要的作用，各種工業(yè)部門都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人稱煤炭是工業(yè)的“真正的糧食”?，F(xiàn)我國(guó)已探明的煤炭?jī)?chǔ)量為世界第一位。盡管如此，煤炭供應(yīng)不足仍制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，應(yīng)用高新技術(shù)進(jìn)行煤炭的加工轉(zhuǎn)化，提高煤炭的利用效率，減少煤炭燃燒的環(huán)境污染，是解決能源缺乏、加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑之一。 煤炭的處理加工及轉(zhuǎn)化 （1）選煤技術(shù)：選煤是指除去或減少原煤中所含的雜質(zhì)（包括灰分、矸石、硫分等），并將處理過(guò)的煤分成若干個(gè)品種等級(jí)，以滿足不同用戶的需要。 （2）潔凈煤技術(shù)：潔凈煤技術(shù)是一系列新近開(kāi)發(fā)的煤炭加工、燃燒轉(zhuǎn)化和煤煙通道中的煙道氣凈化技術(shù)的總稱。目的是減輕煤炭燃燒對(duì)環(huán)境的污染，提高煤炭利用效率，并降低成本。 （3）型煤及利用：用粉煤或低品位煤制成的具有一定形狀的煤制品稱為型煤。燃燒型煤可以提高熱效率、節(jié)約煤炭并降低污染。型煤的節(jié)能率是所有潔凈煤技術(shù)中最高的，相對(duì)環(huán)境效益也很高。 （4）煤液混合新型燃料技術(shù)：煤液混合新型燃料是一項(xiàng)新技術(shù)，這些混合燃料是粉煤在液體中的一種懸浮物，即煤液混合料。目前已有多種混合料經(jīng)過(guò)全面試驗(yàn)，最有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的煤液混合料是水煤漿，是一種低污染的燃料。 當(dāng)代工業(yè)的血液——石油和天然氣 石油又稱原油，是從地下深處開(kāi)采的棕黑色可燃粘稠液體。它是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化形成的混合物，屬于化石燃料。石油及其產(chǎn)品廣泛用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，被稱為工業(yè)的血液。石油是現(xiàn)代世界一次能源消費(fèi)構(gòu)成中的主要能源，據(jù)1990年的資料統(tǒng)計(jì)，石油在世界一次能源消費(fèi)構(gòu)成中居第一位；在我國(guó)僅次于煤炭居第二位。至1990年底，世界天然氣在世界一次能源構(gòu)成中次于煤炭和石油，居第三位。我國(guó)已探明的天然氣儲(chǔ)量居世界第九位。1990年我國(guó)天然氣在一次能源消費(fèi)構(gòu)成中次于煤炭、石油、水電，居第四位。 原油經(jīng)過(guò)加工，形成汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油、化工輕油和石腦油六大類產(chǎn)品。石油產(chǎn)品的范圍從液化石油氣開(kāi)始，中間是石油化工原料、燃料和潤(rùn)滑油料，一直到瀝青。原油在加工過(guò)程中還會(huì)釋放出大量的石油氣。石油加工后，可以得到利用率高、經(jīng)濟(jì)、合理的各種液體燃料，主要為內(nèi)燃機(jī)燃料、鍋爐燃料和燈油三類。其他的石油產(chǎn)品主要有潤(rùn)滑油、蠟、瀝青以及石油化工產(chǎn)品如石油溶劑、乙烯、丙烯和聚乙烯等。天然氣是一種混合氣體，其主要成分為甲烷。天然氣作為燃料容易燃燒、清潔無(wú)灰渣、熱值高而且不污染環(huán)境。 天然氣和石油一樣是非常重要的基本有機(jī)化工原料。從天然氣中分離出來(lái)及從石油煉廠汽中回收和分離的許多物質(zhì)是最基本的化工原料，并可進(jìn)一步制造轉(zhuǎn)化出多種化工產(chǎn)品，如合成纖維、合成橡膠、合成塑料和化肥等產(chǎn)品。 火力發(fā)電的主要燃料就是前面我們講述過(guò)的煤炭，有時(shí)候也有用油作燃料的。而且我國(guó)在很長(zhǎng)一段時(shí)期電力建設(shè)的主要任務(wù)仍將是發(fā)展火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電設(shè)備容量和參數(shù)的提高，有一系列問(wèn)題需要解決。特別是在當(dāng)今我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境日趨惡化的情況下，如何降低甚至消除火力發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題，因此采取低污染的燃燒方式是必然的發(fā)展趨勢(shì)。 最干凈的常規(guī)能源——水能 水能利用的主要方式是發(fā)電。水力發(fā)電就是利用河流中蘊(yùn)藏著的水能來(lái)產(chǎn)生電能，其中最常用的方法就是在河流上建筑攔河壩，將分散在河段上的水能資源集中起來(lái)，然后靠引水管道引取集中了水能的水流去轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)在廠房中的水輪發(fā)電機(jī)組，在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，就將水能轉(zhuǎn)變成了電能。因?yàn)槔玫氖撬?，而水流本身并無(wú)損耗，仍可以為下游用水部門所利用。我國(guó)水能資源的特點(diǎn)是水力資源總量較多，但開(kāi)發(fā)利用率低，水力資源分布不均，西部多，東部少，相對(duì)集中在西南地區(qū)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源需求大的東部地區(qū)水力資源極少，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配。 水力發(fā)電有以下特點(diǎn)： （1）水作為一種資源可由自然界水循環(huán)中的降水補(bǔ)充，使水能資源成為不會(huì)枯竭的再生能源，所以其發(fā)電成本非常低。 （2）水力發(fā)電事業(yè)和其他水利事業(yè)可以互相結(jié)合。為了使水能產(chǎn)生電能，常常要修建水庫(kù)，而水庫(kù)可作為防洪、供水、發(fā)展航運(yùn)事業(yè)等多種任務(wù)。 （3）水電站中裝設(shè)的水輪機(jī)開(kāi)啟方便、靈活，適宜于作為電力系統(tǒng)中的變動(dòng)用電器，有利于保證供電質(zhì)量。 （4）水電站建成后，能夠連續(xù)提供廉價(jià)的電力。 （5）水力發(fā)電不污染環(huán)境，是一種公認(rèn)的清潔能源。 充滿希望的新能源 21世紀(jì)的主要能源——太陽(yáng)能 太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的氣體球，蘊(yùn)藏著無(wú)比巨大的能量。地球上除了地?zé)崮芎秃四芤酝?，所有能源都?lái)源于太陽(yáng)能，因此可以說(shuō)太陽(yáng)能是人類的“能源之母”。沒(méi)有太陽(yáng)能，就不會(huì)有人類的一切。1945年，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室制造出了世界上第一塊實(shí)用的硅太陽(yáng)能電池，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代人類利用太陽(yáng)能的新紀(jì)元。 人們利用太陽(yáng)能的方法主要有三種，一種是使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，即光電轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能電池就屬于這種轉(zhuǎn)換方式；第二種是使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成熱能，即光熱轉(zhuǎn)換，如太陽(yáng)能熱水器等；第三種是使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，即光化學(xué)轉(zhuǎn)換，如太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī)等。 實(shí)際上，人類早就有意識(shí)地利用太陽(yáng)能，自從有了太陽(yáng)能電池，就為太陽(yáng)能的利用開(kāi)辟了廣闊的途徑，人造衛(wèi)星和宇宙飛船探測(cè)宇宙空間時(shí)用上了重量輕、使用壽命長(zhǎng)和耐沖擊振動(dòng)的太陽(yáng)能電池。目前，世界各國(guó)都在大力研究新型太陽(yáng)能電池，提高光電轉(zhuǎn)換率，使太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)一步深化。 太陽(yáng)能電站通常人們所說(shuō)的太陽(yáng)能電站，指的是太陽(yáng)能熱電站。這種發(fā)電站先將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)變成熱能，然后再通過(guò)機(jī)械裝置將熱能轉(zhuǎn)變成電能。 太陽(yáng)能電站能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程是：利用集熱器（聚光鏡）和吸熱器（鍋爐）把分散的太陽(yáng)輻射能匯聚成集中的熱能，經(jīng)熱換器和汽輪發(fā)電機(jī)把熱能變成機(jī)械能，再變成電能。 太陽(yáng)能電站靠太陽(yáng)能熱管來(lái)聚集熱能，太陽(yáng)能熱管又叫真空集熱管，它在結(jié)構(gòu)上與我們平常所用的熱水瓶相似，但熱水瓶只能用來(lái)保溫，而太陽(yáng)能熱管卻能巧妙地吸收太陽(yáng)的熱能，即使陽(yáng)光很微弱，它也能達(dá)到較高的溫度，比一般太陽(yáng)能集熱器的本領(lǐng)強(qiáng)。熱管在一天之內(nèi)可以提供大量的工業(yè)用熱水，又能一年四季不斷地為它的主人供應(yīng)所需要的熱能。 魔鬼與天使——核能 從 1954年前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站以來(lái)，人類和平利用核能的歷史還不到半個(gè)世紀(jì)；然而，核能的發(fā)展卻異常迅速。 核能的發(fā)展之所以如此迅速，主要是因?yàn)樗兄@著的優(yōu)越性：其一，它的能量非常巨大，而且非常集中。其二，運(yùn)輸方便，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)。其三，儲(chǔ)量豐富，用之不盡。 從目前情況來(lái)看，世界各國(guó)的核能發(fā)電技術(shù)已相當(dāng)成熟，大量投入使用的單機(jī)容量達(dá)百萬(wàn)千瓦級(jí)的發(fā)電機(jī)組，使核電站得到了迅速的發(fā)展。 近十多年來(lái)，人們已經(jīng)成功地研制出能充分利用鈾燃料的核反應(yīng)堆，這就是被稱為“明天核電站鍋爐”的快中子增殖核反應(yīng)堆。這種核反應(yīng)堆能使核燃料增殖，也就是說(shuō)，核燃料在這種“鍋爐”里越燒越多。如果能大量使用快中子增殖核反應(yīng)堆，不僅能使鈾資源的有效利用率增大數(shù)十倍，而且也將使鈾資源本身擴(kuò)大幾百倍。 另外，近年來(lái)在激光核聚變、核電池、太空核電站和海底核電站等研究試驗(yàn)方面也都取得了一定的成果，促進(jìn)了核能發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步提高。 前景誘人的海洋能 海洋能是海水運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的可再生能，主要包括溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、鹽差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太陽(yáng)和其他星球引力，其他海洋能均源自太陽(yáng)輻射。全世界海洋能的總儲(chǔ)量，約為全球每年耗能量的幾百倍甚至幾千倍。這種海洋能是取之不盡、用之不竭的新能源。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，海洋能在造福于人類方面，將發(fā)揮巨大而重要的作用。 海洋潮汐發(fā)電你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎？大海也會(huì)進(jìn)行呼吸。海洋的潮汐，是由于月亮、太陽(yáng)對(duì)地球上海水的吸引力和地球的自轉(zhuǎn)而引起海水周期性、有節(jié)奏的垂直漲落現(xiàn)象。 海洋的潮汐中蘊(yùn)藏著巨大的能量。在漲潮的過(guò)程中，洶涌而來(lái)的海水具有很大的動(dòng)能，隨著海水水位的升高，就把大量海水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在落潮過(guò)程中，海水又奔騰而去，水位逐漸降低，大量的勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。海水在漲落潮運(yùn)動(dòng)中所蘊(yùn)含的大量動(dòng)能和勢(shì)能，稱為潮汐能。 潮汐發(fā)電具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）潮汐發(fā)電的水庫(kù)都是利用河口或海灣建成的，不占用耕地，也不像河川水電站或火電站那樣要淹沒(méi)或占用大面積土地。 （2）潮汐發(fā)電站不像河川水電站那樣受洪水和枯水的影響，也不像火電站那樣污染環(huán)境，是一種不受氣候條件影響的、干凈的發(fā)電站。 （3）潮汐電站的堤壩較低，容易建造，投資也較少。 海水鹽差發(fā)電海水里面由于溶解了不少礦物鹽而有一種苦咸味。然而，這種苦咸的海水大有用處，可用來(lái)發(fā)電，是一種能量巨大的海洋資源。 在大江大河的入?？冢拖趟慕粎R處，淡水和咸水就會(huì)自發(fā)地?cái)U(kuò)散、混合，直到兩者含鹽濃度相等為止。在混合過(guò)程中，還將放出相當(dāng)多的能量。這就是說(shuō)，海水和淡水混合時(shí)，含鹽濃度高的海水以較大的滲透壓力向淡水?dāng)U散，而淡水也在向海水?dāng)U散，不過(guò)滲透壓力小。這種滲透壓力差所產(chǎn)生的能量，稱為海水鹽濃度差能，或者叫做海水鹽差能。 海流能顧名思義，海流就是海洋中的河流。浩瀚的海洋中有一部分海水經(jīng)常是朝著一定方向流動(dòng)的，在海洋中常年默默奔流著。海流和陸地上的河流一樣，也有一定的長(zhǎng)度、寬度、深度和流速。風(fēng)力的大小和海水密度不同是產(chǎn)生海流的主要原因。由定向風(fēng)持續(xù)地吹拂海面所引起的海流稱為風(fēng)海流；而由于海水密度不同所產(chǎn)生的海流稱為密度流。歸根結(jié)底，這兩種海流的能量都來(lái)源于太陽(yáng)的輻射能。利用海流發(fā)電比陸地上的河流優(yōu)越得多，它既不受洪水的威脅，又不受枯水季節(jié)的影響，幾乎以常年不變的水量和一定的流速流動(dòng)，完全可成為人類可靠的能源。海流發(fā)電是依靠海流的沖擊力使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后再變換成高速，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 海水溫差能，遼闊的海洋，是一個(gè)巨大的“儲(chǔ)熱庫(kù)”，它能大量地吸收輻射的太陽(yáng)能；它又是一個(gè)巨大的“調(diào)溫機(jī)”，調(diào)節(jié)著海洋表面和深層的水溫。海水的溫度隨著海洋深度的增加而降低。這是因?yàn)樘?yáng)輻射無(wú)法透射到400米以下的海水，海洋表層的海水與500米深處的海水溫度差可達(dá)20℃以上。海洋中上下層水溫度的差異，蘊(yùn)藏著一定的能量，叫做海水溫差能。利用海水溫差能可以發(fā)電，叫海水溫差發(fā)電。現(xiàn)在新型的海水溫差發(fā)電裝置，是把海水引入太陽(yáng)能加溫池，把海水加熱到45～60℃，有時(shí)可高達(dá)90℃，然后再把溫水引進(jìn)保持真空的汽鍋蒸發(fā)進(jìn)行發(fā)電。用海水溫差發(fā)電，還可以得到副產(chǎn)品——淡水，所以說(shuō)它還具有海水淡化功能，可以用來(lái)解決工業(yè)用水和飲用水的需要。 生物能源——沼氣能 沼氣是一種可燃?xì)怏w，由于這種氣體最早是在沼澤、池塘中發(fā)現(xiàn)的，所以人們稱它“沼氣”。我們通常所說(shuō)的沼氣，是人工制取的，所以它屬于二次能源。而作為能源的沼氣，至今尚未得到廣泛的應(yīng)用，所以它還屬于現(xiàn)代新能源的成員。沼氣的主要成分是甲烷（CH4）氣體。通常，沼氣中含有60～70％的甲烷，30～35％的二氧化碳，以及少量的氫氣、氮?dú)狻⒘蚧瘹?、一氧化碳、水蒸汽和少量高?jí)的碳?xì)浠衔铩?甲烷氣體的發(fā)熱值較高，因而沼氣的發(fā)熱值也較高，所以說(shuō)沼氣是一種優(yōu)質(zhì)的人工氣體燃料。甲烷在常溫下是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的氣體，它比空氣要輕。由于甲烷在水中的溶解度很低，因而可用水封的容器來(lái)儲(chǔ)存它。生產(chǎn)沼氣的原料豐富，來(lái)源廣泛。人畜糞便、動(dòng)植物遺體、工農(nóng)業(yè)有機(jī)物廢渣和廢液等，在一定溫度、濕度、酸度和缺氧的條件下，經(jīng)厭氧性微生物的發(fā)酵作用，就能產(chǎn)生出沼氣。沼氣是一種可以不斷再生、就地生產(chǎn)就地消費(fèi)、干凈衛(wèi)生、使用方便的新能源。在目前，它可以代替供應(yīng)緊張的汽油、柴油，開(kāi)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，驅(qū)動(dòng)農(nóng)機(jī)具加工農(nóng)副產(chǎn)品，也可以用來(lái)煮飯照明。 從現(xiàn)今情況看來(lái)，使用沼氣具有以下的優(yōu)點(diǎn)： （1）沼氣不僅能解決農(nóng)村能源問(wèn)題，而且能增加有機(jī)肥料資源，提高質(zhì)量和增加肥效，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改良土壤。 （2）使用沼氣，能大量節(jié)省秸桿、干草等有機(jī)物，以 便用來(lái)生產(chǎn)牲畜飼料和作為造紙?jiān)霞笆止I(yè)原材料。 （3）興辦沼氣可以減少亂砍樹(shù)木和亂鏟草皮的現(xiàn)象，保護(hù)植被，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)逐步向良性循環(huán)發(fā)展。 （4）興辦沼氣，有利于凈化環(huán)境和減少疾病的發(fā)生。這是因?yàn)樵谡託獬匕l(fā)酵處理過(guò)程中， 新時(shí)代“古老”能源——風(fēng)能 在自然界，風(fēng)是一種巨大的能源，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)礦物能源所提供的能量總和，是一種取之不盡、尚未得到大量開(kāi)發(fā)利用的能源。風(fēng)能是空氣在流動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的能量，而大氣運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源于太陽(yáng)輻射。由于地球表面各處受太陽(yáng)輻射后散熱的快慢不同，加之空氣中水蒸汽的含量不同，從而引起各處氣壓的差異，結(jié)果高壓地區(qū)空氣便向低氣壓地區(qū)流動(dòng)，從而形成了風(fēng)，因此，風(fēng)能是一種不斷再生的沒(méi)有污染的清潔能源。 當(dāng)前，世界各國(guó)對(duì)風(fēng)能的利用，主要是以風(fēng)能作動(dòng)力和發(fā)電兩種形式，其中以風(fēng)力發(fā)電為主。以風(fēng)能作動(dòng)力，就是利用風(fēng)輪來(lái)直接帶動(dòng)各種機(jī)械系統(tǒng)的裝置，如帶動(dòng)水泵提水等。這種風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，投資少、工效高、經(jīng)濟(jì)耐用。 根據(jù)我國(guó)風(fēng)能資源分布情況和當(dāng)前的技術(shù)條件，近期開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的重點(diǎn)將放在內(nèi)蒙古、東北、西北、西藏和東南沿海，以及島嶼、高山、風(fēng)口等風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。在年平均風(fēng)速超過(guò)6米／秒的地區(qū)，特別是電網(wǎng)很難達(dá)到的牧區(qū)、海島和高山邊遠(yuǎn)地區(qū)，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能資源更具有深遠(yuǎn)意義。 21世紀(jì)的理想能源——?dú)淠?在眾多的新能源中，氫能將會(huì)成為21世紀(jì)最理想的能源。這是因?yàn)?，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒(méi)有灰渣和廢氣，不會(huì)污染環(huán)境，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會(huì)用完。氫的用途很廣，適用性強(qiáng)。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學(xué)能、熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲(chǔ)氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)?？蓪崃?jī)?chǔ)存起來(lái)，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。 氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵路罐車、公路拖車或者輪船運(yùn)輸都很方便。液態(tài)的氫既可用作汽車、飛機(jī)的燃料，也可用作火箭、導(dǎo)彈的燃料。美國(guó)飛往月球的“阿波羅”號(hào)宇宙飛船和我國(guó)發(fā)射人造衛(wèi)星的長(zhǎng)征運(yùn)載火箭，都是用液態(tài)氫作燃料的。 另外，使用氫—?dú)淙剂想姵剡€可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在字宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯(cuò)。當(dāng)然，由于成本較高，一時(shí)還難以普遍使用。 本世紀(jì)70年代，人們用半導(dǎo)體材料鈦酸鍶作光電極，以金屬鉑作暗電極，將它們連在一起，然后放入水里，通過(guò)陽(yáng)光的照射，就在鉑電極上釋放出氫氣，而在鈦酸鍶電極上釋放出氧氣，這就是我們通常所說(shuō)的光電解水制取氫氣法?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能在陽(yáng)光作用下制取氫。人們利用在光合作用下可以釋放氫的微生物。通過(guò)氫化酶誘發(fā)電子，把水里的氫離子結(jié)合起來(lái)，生成氫氣。 本學(xué)科存在的主要問(wèn)題 一、簡(jiǎn)單運(yùn)用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行具體工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)工作較多,研究運(yùn)用技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)不夠。 二、在發(fā)展新技術(shù)方面, 創(chuàng)新概念少, 自主概念少, 往往是跟著外國(guó)人提出的一種概念和已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn),缺乏自己獨(dú)立自主的見(jiàn)解和正確分析判斷, 跟著上馬, 以致往往在人家已下馬之后,不得不跟著下馬。應(yīng)結(jié)合我國(guó)實(shí)際,做出科學(xué)分析,提出自己獨(dú)立的見(jiàn)解。要做到這一點(diǎn),需要有深厚的技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)。 三、能源項(xiàng)目規(guī)模大, 投資多, 周期長(zhǎng), 全新概念不是很多,需要看準(zhǔn)方向,長(zhǎng)期堅(jiān)持,及時(shí)總結(jié),調(diào)整發(fā)展。 重點(diǎn)發(fā)展方向的展望 結(jié)合我國(guó)情況,重點(diǎn)發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是以下一些技術(shù): 石油天然氣工業(yè)關(guān)鍵技術(shù) 油氣地球物理勘探與鉆井新技術(shù),海洋石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù),提高石油采收率新技術(shù),在注水開(kāi)發(fā)后期的油田,應(yīng)用三次采油等方法提高石油采收率。 煤炭高效潔凈利用關(guān)鍵技術(shù) 我國(guó)煤炭開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵是解決生產(chǎn)效率低、不安全和環(huán)境嚴(yán)重污染兩個(gè)方面的問(wèn)題, 并應(yīng)逐漸發(fā)展兩大技術(shù):一是安全、高效開(kāi)采技術(shù);二是高效、潔凈利用的潔凈煤技術(shù):煤炭安全、高效開(kāi)采技術(shù);煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù);煤洗選、加工、處理技術(shù);潔凈煤燃燒技術(shù);煤炭氣化技術(shù)。 電力工業(yè)關(guān)鍵技術(shù) 超臨界、超超臨界蒸汽參數(shù)發(fā)電技術(shù),燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù),潔凈煤發(fā)電技術(shù),熱電聯(lián)產(chǎn)及多聯(lián)供技術(shù),先進(jìn)壓水堆發(fā)電技術(shù), 燃料電池發(fā)電技術(shù), 全國(guó)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)和靈活的交流輸配電技術(shù)。 節(jié)能技術(shù) 中低溫余熱利用系統(tǒng)和中低溫能源利用新技術(shù),熱泵技術(shù),建筑節(jié)能,新型低溫儲(chǔ)能(含冰蓄冷及電力調(diào)峰) 系統(tǒng),節(jié)能電器,交通運(yùn)輸節(jié)能,高能耗工業(yè)的節(jié)能新工藝流程。 核能釋放與利用的科學(xué)問(wèn)題 核廢料處理及再利用,提高安全性,新的安全堆型探索;快堆與高溫氣冷堆;受控?zé)岷司圩兌殃P(guān)鍵技術(shù)。 可再生能源與氫能開(kāi)拓與利用的科學(xué)問(wèn)題 低價(jià)、高效、長(zhǎng)壽新型光伏發(fā)電技術(shù);生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的化學(xué)生物技術(shù); 光熱利用新技術(shù)(發(fā)電、制冷等) ; 氫能規(guī)模制備、儲(chǔ)運(yùn)、利用技術(shù)。 能源環(huán)境技術(shù) 能源轉(zhuǎn)換利用中有害元素控制與無(wú)公害定向轉(zhuǎn)換技術(shù);城市廢棄物無(wú)公害、資源化利用技術(shù);回收利用CO2 的能源環(huán)境系統(tǒng)探討;燃煤生態(tài)工程,煤基制氫及氫能利用系統(tǒng)。 農(nóng)村能源技術(shù) 沼氣技術(shù);生物質(zhì)氣化、液體燃料、發(fā)電技術(shù);生物質(zhì)加工處理技術(shù)。 措施及建議 一、能源與環(huán)保的立法,價(jià)格政策,傾斜政策。 二、對(duì)能源科學(xué)技術(shù)(不是具體生產(chǎn)項(xiàng)目) 給予強(qiáng)大支持,由國(guó)家、產(chǎn)業(yè)聯(lián)合支持?？平滩块T專門支持。 三、對(duì)較遠(yuǎn)見(jiàn)效的方向,如先進(jìn)概念的發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能、核能要給予重視和布局研究發(fā)展工作。 四、培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí),知識(shí)面廣,解決問(wèn)題能力強(qiáng)的能源科學(xué)方面青年人才。 五、加大能源科技研究開(kāi)發(fā)的投入:我國(guó)能源R&D 經(jīng)費(fèi)占國(guó)家R&D 總經(jīng)費(fèi)的比例比國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家的相應(yīng)值小一個(gè)數(shù)量級(jí)。能源R&D 投入過(guò)低導(dǎo)致我國(guó)科技自主研究開(kāi)發(fā) 參考文獻(xiàn)： 《環(huán)境與能源科學(xué)導(dǎo)論》作者:劉震炎 出版社: 科學(xué)出版社; 第1版 《能源科學(xué)導(dǎo)論》作者:黃素逸 出版社:中國(guó)電力出版社 《2011-2020年我國(guó)能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》(第四稿) 中國(guó)科學(xué)院 《能源科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究》中國(guó)科學(xué)院院士　吳承康　徐建中