征文《暢想未來的能源》應(yīng)該怎樣寫

【專家解說】：月球暢想 開發(fā)能源基地 正當(dāng)人類為煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料逐漸枯竭而擔(dān)憂之時，月球巖土給人們帶來無限的希望：科學(xué)家們研究美國阿波羅號飛船從月球上取回的巖土發(fā)現(xiàn)，巖土中含有大量的氦-3，這是核聚變發(fā)電的寶貴燃料。 近些年來新一輪探月活動之所以越來越熱鬧，除了科學(xué)研究方面的強烈追求外，經(jīng)濟利益方面的追求是個重要因素，而大力開發(fā)利用月球上的寶貴物質(zhì)氦-3作為地球上替代能源，則是經(jīng)濟利益追求的一個重要方面。 在地球上靠打能源牌實現(xiàn)強國夢的俄羅斯，也想把這張牌打到月球上去。俄羅斯能源火箭航天集團早就做出明確的計劃，要在2015年派載人飛船到月球上建立永久性基地，并著手全力開發(fā)利用月球能源。 因快速發(fā)展帶來能源緊缺的中國，在推動建立節(jié)約型社會、努力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的同時，對開發(fā)利用月球上的能源也充滿了期待，中國探月工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)就曾多次表明十分看好開發(fā)利用月球上的能源。 美國科學(xué)界和輿論界對中國和俄羅斯探月活動的意向也十分敏感，在今年2月出版的美國《新聞周刊》上刊載一篇題為《新的月球競賽》的文章，文中明確指稱：在探月方面 “驅(qū)使中俄的動力就是能源”。 到月球上建立能源基地，為人類尋找新的替代能源，這是人類共同的理想。 月球傳來希望 隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消耗的迅速增加，煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源面臨著枯竭的危險，據(jù)專家們預(yù)測，傳統(tǒng)化石燃料至多能維持到本世紀(jì)中期。 人類早就千方百計地從太陽能、水能、風(fēng)能、生物能中尋找新的替代能源。這些能源都很重要，但專家們認(rèn)為，它們都有自身的局限性。太陽能的能流密度太低，隨晝夜、晴雨、季節(jié)的變化很大，難以成為大規(guī)模的工業(yè)能源，只能滿足家庭以及一些特殊需要；水能增長的速度跟不上能耗增長速度，并對生態(tài)、生物鏈產(chǎn)生難以估量的影響；風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能的資源和利用也各有局限，在未來的能源開發(fā)中作用不大；生物能倒是一種可以大規(guī)模使用的再生能源，但再生速度也難以趕不能源消耗增長的需要。 于是，人們把目光轉(zhuǎn)向了核能，首先寄希望于以原子彈所用的裂變物質(zhì)鈾-235或钚-239進行裂變發(fā)電。許多發(fā)達(dá)國家的核電發(fā)展十分迅速，法國的核電能源都占了全部能源的百分之七十多。我國核電發(fā)展時間不長，核電運行機組裝機容量只占全國發(fā)電裝機容量的1.59%，累計發(fā)電量只占總發(fā)電量的2.3%，國家規(guī)劃要加大發(fā)展力度，在今后15年間至少每年要批準(zhǔn)建設(shè)一座大型核電站。但是，用作核裂變發(fā)電的燃料畢竟有限，核污染和核安全雖可以做到有效控制，但總是讓人心里不踏實。上世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故發(fā)生后，就使不少發(fā)達(dá)國家核電事業(yè)的發(fā)展停滯了相當(dāng)長一段時間，直到近幾年才有所緩解。 目前，人們正在致力于研究開發(fā)可控核聚變發(fā)電，其中一個世界性的項目就是“國際熱核反應(yīng)堆”，歐盟和中國、美國、日本、韓國、俄羅斯、印度等國都先后陸續(xù)參與，已經(jīng)過20多年的努力，現(xiàn)正進入艱巨的攻堅階段。人們對此寄于巨大希望，將它比作“人造太陽”，稱之為“21世紀(jì)的人傳給后代的紀(jì)念碑”，并力爭在30年到50年之間投入商業(yè)化應(yīng)用。 以這種方式發(fā)電目前主要考慮利用從海水中提煉出來的氘和氚作燃料，這種燃料當(dāng)然十分充足，可以取之不盡，用之不竭。但是，氚本身具有放射性，在氚核反應(yīng)過程中，伴隨核聚變能的產(chǎn)生而產(chǎn)生大量的高能中子，這對核反應(yīng)裝置產(chǎn)生嚴(yán)重的放射性損害，解決這一難題十分困難，因而影響了這一研究開發(fā)的進展速度，最好的燃料是氦-3，而地球上的氦-3極為稀缺，估算總量只有幾噸到十幾噸。 正當(dāng)人們進行艱苦探索之際，從月球巖土樣品的研究中傳來喜訊：這些巖土中含有大量的氦-3。 氦-3成為至寶 氦-3是氦的同位素，含有兩個質(zhì)子和一個中子。與氚相比，它是一種清潔、高效、安全的核聚變發(fā)電的燃料。它聚變反應(yīng)的能量大；聚變反應(yīng)時主要產(chǎn)生高能質(zhì)子，不會形成強大的中子輻射，對環(huán)境保護更為有利；它本身不僅沒有放射性，而且反應(yīng)過程中無緩發(fā)中子，無裂變物質(zhì)，衰變余熱小，維修和部件更換更容易，更易于控制，因此受到國際核聚變界的廣泛重視。 月球上的氦-3來自太陽風(fēng)。太陽風(fēng)由90%的質(zhì)子（氫核）、7%的高能粒子（氦核）和少量其他元素的原子核組成，氦-3正是太陽風(fēng)中的高能粒子。月球上沒有磁場的干擾和大氣層的阻隔，太陽風(fēng)粒子流能直達(dá)月球表面，被月球上的巖土所“吸附”。月球形成已經(jīng)40多億年，由于流星和微流星的頻繁撞擊，月球上的巖土不斷翻騰、濺射，在縱向和橫向上充分混合，“吸附”了氦-3的巖土也越來越厚。 在月海地區(qū)至少有9到10米厚，在月陸地區(qū)也有4到5米厚。 月球的直徑有3476公里，表面積有3800萬平方公里，雖然只有地球表面積的十四分之一，大約相當(dāng)于中國陸地的四倍，但月球被專家們稱為“太陽風(fēng)粒子收集器”。據(jù)測算，月球上的氦-3儲量大約有100萬噸到500萬噸，甚至有人估算有5億噸。在地球上的大氣和天然氣中也有少量的氦-3，在核反應(yīng)中也會產(chǎn)生氦-3，但整個地球上的儲量與月球上的儲量不可同日而語，所以它對地球人類充滿了誘惑力。 據(jù)專家們測算，如果在10―15平方公里范圍內(nèi)挖掘并加工深度為3米的月球巖土，就可以提取約1噸的氦-3，足以保證一個功率1000萬千瓦的發(fā)電機組工作1年。每燃燒1公斤氦-3就可產(chǎn)生19兆瓦的能量，足夠供莫斯科市照明用6年多。用美國的航天飛機往返運輸，一次可運回20噸液化氦-3，可供美國一年的電力。我國每年大約只需要10噸氦-3，就可以滿足全年能源的需要。按照全球目前的能源需求水平，一年有100噸氦-3就能滿足全世界的消耗，這些氦-3一年用航天飛機運輸三五次就夠了。按照這樣的推算，月球上的氦-3可以供地球用上幾千年甚至上萬年。 專家們對在月球上采掘加工氦-3并運回地球發(fā)電進行了成本對比分析，得出的結(jié)論是在經(jīng)濟上完全劃算，因為在發(fā)電量相同的情況下，使用月球上的氦-3，其花費只是目前核電站發(fā)電成本的10%。如果以目前的石油價格為標(biāo)準(zhǔn)，每噸氦-3價值高達(dá)40億到100億美元，這真是月球上的無價之寶。 利用氦-3設(shè)想 月球上的氦-3儲量如此豐富，利用氦-3進行核聚變發(fā)電具有如此巨大的優(yōu)勢性，各國專家由此提出了許許多多的設(shè)想。 第一類設(shè)想是在月球上建立氦-3采掘廠，將采掘加工出來的氦-3運往地球發(fā)電。 人們要從地球上運送若干套掘土機、傳送帶、運載車、分類篩選設(shè)備等開采設(shè)備到月球，在月球上選擇含氦-3較豐富的區(qū)域建立采掘加工廠。先將月球巖土開掘出來，經(jīng)過粉碎篩選，放入真空加熱釋氣爐中，加熱到600℃，90%以上的氦氣就釋放出來了。將這些含有氦-3和氦-4的氦氣送入分離設(shè)備中進行分離處理，即可得到純度為99.99%氦-3。再將這些氦-3液化，就可以運回地球。在提取、分離和液化過程中，可以盡可能地利用月球上的太陽能和晝夜溫差大等特殊的自然環(huán)境，合理降低成本。 在采掘加工好氦-3后，可以用與目前航天飛機大小相當(dāng)?shù)牟惠d人運輸飛船，往返地球和月球之間進行氦-3的運輸，一次可運載20噸到30噸液態(tài)氦-3回地球。在地球上可建立起美國威斯康星大學(xué)設(shè)計的托卡馬克氦-3核聚變反應(yīng)堆進行聚變發(fā)電。當(dāng)然，這種反應(yīng)堆的許多技術(shù)還正在研究開發(fā)。不過，法國科學(xué)家對此充滿信心，他們最近宣布，2030年就可以利用氦-3進行核聚變發(fā)電，并可實現(xiàn)商業(yè)化。 第二類設(shè)想是在月球上建立氦-3核聚變發(fā)電廠就地發(fā)電，并設(shè)法傳送回地球使用。 為了減少氦-3運輸?shù)穆闊?，降低發(fā)能源供應(yīng)的成本，不少國家設(shè)想將地球上實驗使用成熟的核聚變發(fā)電設(shè)備送往月球，直接在月球上建造核電站，就地利用氦-3發(fā)電。這些巨大的電力除供給月球基地使用外，絕大部分通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，由中繼衛(wèi)星仍以激光或微波形式傳送到地球電力接收站，再由地球電力接收站分送到全球各地用戶。在月球上建造核電站還不必?fù)?dān)心核泄漏帶來的污染和安全問題。 第三類設(shè)想是直接用氦-3，或者是采掘加工氦-3過程中產(chǎn)生的氫氣作火箭和飛船的燃料。 由于月球上沒有大氣的影響，月球的引力也只有地球的六分之一，月球被當(dāng)作將來向火星等其他星球發(fā)射探測器和飛船的理想之地。在這里不必等待發(fā)射窗口，所需要的火箭推力也只相當(dāng)于在地球上發(fā)射的六分之一。將來在月球上采掘加工的氦-3可以直接用作火箭或飛船的燃料，地球上的載人飛船也可以到月球上停留加注氦-3作燃料，然后再飛向火星或其他星球。同時，月球土壤中每提取一噸氦-3，還可以得到6300噸的氫，氫也可以作火箭的燃料。 能源基地遠(yuǎn)眺 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于開發(fā)利用月球上的氦-3的種種設(shè)想一定會越來越豐富多彩，越來越詳盡具體，越來越接近最終的實踐，絕對不會是紙上談兵或空中樓閣。而且，在月球上建立能源基地不僅僅是開發(fā)利用氦-3，月球上的太陽能也有很廣闊的開發(fā)利用前景。 月球上的太陽能是極為豐富的，因為沒有大氣層的影響，太陽輻射可以長軀直入，每年到達(dá)月球范圍的太陽光輻射能量高達(dá)12萬億千瓦，相當(dāng)于目前地球上一年消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的2.5萬倍。采用目前非常成熟的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，在月球上進行太陽能發(fā)電是比較容易的，而且不必?fù)?dān)心土地的占用，在月球上可以無限制地鋪設(shè)太陽能電池板。 許多專家對在月球上利用太陽能發(fā)電都有十分濃厚的興趣。專家們測算，如果用光電轉(zhuǎn)化率為20%的太陽能發(fā)電裝置，每平方米太陽電池每小時可發(fā)電2.7千瓦時，若采用1000平方米的電池，則每小時可產(chǎn)生2700千瓦時的電能。這些電能同樣可以通過激光或微波輸送到中繼衛(wèi)星，再傳送到地球電力接收站，直至送到全球各地用戶。 考慮到月球上白天和黑夜都相當(dāng)于14個地球日，太陽能發(fā)電廠可優(yōu)先建造在太陽光照時間較長的兩極地區(qū)。隨著月球基地建設(shè)的發(fā)展，還可以通盤考太陽能發(fā)電廠的布局，有的建造在月球的正面，有的建造在月球的背面，形成全球性的并聯(lián)式太陽能發(fā)電廠，太陽能發(fā)電廠與核電廠還可以實行聯(lián)網(wǎng)。這樣不僅可以平穩(wěn)充足地供應(yīng)月球基地用電，也可以平穩(wěn)充足地向地球送電。 在可以想象的未來，由氦-3采掘加工廠、核發(fā)電廠和太陽能發(fā)電廠組成的月球能源基地，不僅可以為月球的長夜帶來光明，為月球的開發(fā)利用帶來強大的動力，也可以為地球的能源接替做出無可估量的貢獻，為人類飛向火星等其他星球加油增力。 試看將來的月球，絕不僅僅是供人類欣賞的“冰輪”，而是一個可以推動整個宇宙開發(fā)利用的強有力的巨輪！