生活中的新能源

【專家解說(shuō)】：能源是發(fā)展農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防、科學(xué)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(dāng)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(lái)的各種燃料照亮了我們這個(gè)世界，使整個(gè)世界變得美麗多姿。然而，這些資源在地球上的蘊(yùn)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(zhǎng)等因素，有人估計(jì)石油和天然氣不過(guò)幾十年，煤不過(guò)幾百年就會(huì)消耗完。因此，我們一方面要節(jié)約開(kāi)發(fā)現(xiàn)有的能源，另一方面還要研究和開(kāi)發(fā)如太陽(yáng)能、氫能、核能、地?zé)崮?、潮汐能、風(fēng)能等新的能源。 1.太陽(yáng)能 太陽(yáng)照射到地面的能量相當(dāng)于全球能耗的1.6萬(wàn)倍，既無(wú)污染，又是永久性能源?？上?yáng)輻射到地球的能量密度太低，只有1kW／m2,還受氣候影響。太陽(yáng)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(yáng)光聚焦在收集器上，由中間介質(zhì)吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)氣輪機(jī)組發(fā)電；另一種形式是利用小型太陽(yáng)能裝置為房屋采暖供熱，現(xiàn)己大量應(yīng)用。 發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能，如美國(guó)“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃、日本“600個(gè)屋頂”太陽(yáng)能電池系統(tǒng)等。我國(guó)對(duì)西部地區(qū)的開(kāi)發(fā)應(yīng)把太陽(yáng)能的利用列為重點(diǎn)，因?yàn)槲鞑康貐^(qū)日照好、居民分散，適合發(fā)展太陽(yáng)能。20世紀(jì)70年代美國(guó)有一個(gè)異想天開(kāi)的計(jì)劃，就是在同步人造衛(wèi)星上裝兩個(gè)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(yáng)光強(qiáng)度比地面高1.4倍，又不受氣候影響，據(jù)估計(jì)，由此得到的電能成本可與常規(guī)電能相比。 2.氫能 氫被認(rèn)為是理想能源，資源豐富、熱值高、無(wú)污染。但是氫作為能源，存在兩個(gè)問(wèn)題，一是氫的來(lái)源，只能通過(guò)電解水，太陽(yáng)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(chǔ)、運(yùn)輸及應(yīng)用過(guò)程中容易發(fā)生爆炸，加上氫對(duì)材料產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕，以及氫滲漏等，所以近年來(lái)對(duì)儲(chǔ)氫材料的研究很多。一種儲(chǔ)氫方式是將材料與氫結(jié)合成為氫化物，需要時(shí)加熱放氫，放完后還可繼續(xù)充氫。同時(shí)儲(chǔ)氫材料又是高能蓄電池的負(fù)極。目前正在研究的納米碳管，因其儲(chǔ)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(shí)，能放出巨大的能量，簡(jiǎn)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(guò)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(jì)，地球上已勘探到的鈾礦和釷礦資源，按蘊(yùn)藏的能量計(jì)算，相當(dāng)于地殼中有機(jī)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(dān)憂了。 核能發(fā)電是利用核能的重要形式。從廿世紀(jì)50年代第一座核電站建成以來(lái)越來(lái)越受到人們重視，許多國(guó)家先后建造了核電站。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2002年底世界上已有30多個(gè)國(guó)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(jì)到2030年，世界核電站總數(shù)將達(dá)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(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)核電將成為電力工業(yè)的支柱。 核能除了用來(lái)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(dòng)力能源。特別是核動(dòng)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(dòng)力，它將是人類開(kāi)發(fā)海底世界的理想能源。 4.地?zé)崮? 地?zé)崮苁侵纲A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(chǔ)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(lái)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(dá)地面，自史前起它們就已被用于洗浴和蒸煮。通過(guò)鉆井，這些熱能可以從地下的儲(chǔ)層引入水池、房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲(chǔ)量相當(dāng)大。不過(guò)，地?zé)崮艿姆植枷鄬?duì)來(lái)說(shuō)比較分散，開(kāi)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(shì)能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運(yùn)動(dòng)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(shí)25分和振幅小于1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽(yáng)引力的作用與此相似，但是作用力小些，其周期為12小時(shí)。當(dāng)太陽(yáng)、月球和地球在一條直線上時(shí)，就產(chǎn)生大潮；當(dāng)它們成直角時(shí)，就產(chǎn)生小潮。同時(shí)地表的海水又受到地球運(yùn)動(dòng)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(yáng)外，其他天體對(duì)地球同樣會(huì)產(chǎn)生引潮力。世界上潮差的較大值約為13~15m，但一般說(shuō)來(lái)，平均潮差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(shí)，并且在地理?xiàng)l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(guó)海岸線曲折，沿海還有6000多個(gè)大小島嶼，組成1.4×104km的海岸線，漫長(zhǎng)的海岸蘊(yùn)藏著十分豐富的潮汐能資源。我國(guó)潮汐能的理論蘊(yùn)藏量達(dá)1.1×108kw，其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大，約占全國(guó)的80.9％。 6.風(fēng)能 太陽(yáng)能在地面上約2％轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能，全球風(fēng)力用于發(fā)電功率可達(dá)11.3萬(wàn)億kW，很有發(fā)展前景。風(fēng)能與風(fēng)速密切相關(guān)，我國(guó)沿海與西北地區(qū)的風(fēng)力資源豐富，大有作為，但風(fēng)車材料是關(guān)鍵。一個(gè)2.5MW的風(fēng)車，轉(zhuǎn)子葉片直徑要80m，包括傳動(dòng)箱的總重達(dá)30t；風(fēng)車高近百米，用材幾百噸。風(fēng)車葉片要有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性能，目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強(qiáng)塑料，正向增強(qiáng)木材發(fā)展。雖然風(fēng)能發(fā)電裝置造價(jià)較高，但電價(jià)可與常規(guī)能源相比。