什么是新能源

【專(zhuān)家解說(shuō)】：新能源
新能源

太陽(yáng)能

太陽(yáng)能一般指太陽(yáng)光的輻射能量。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。

利用太陽(yáng)能的方法主要有：

使用太陽(yáng)電池，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能

使用太陽(yáng)能熱水器，利用太陽(yáng)光的熱量加熱水

利用太陽(yáng)光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電

利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化

現(xiàn)在，太陽(yáng)能的利用還不很普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，但是太陽(yáng)電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。

目前，全球最大的屋頂太陽(yáng)能面板系統(tǒng)位于德國(guó)南部比茲塔特(Buerstadt)，面積為四萬(wàn)平方米，每年的發(fā)電量為450萬(wàn)千瓦。

日本為了達(dá)成京都議定書(shū)的二氧化碳減量要求，全日本都普設(shè)太陽(yáng)能光電板，位于日本中部的長(zhǎng)野縣飯?zhí)锸?，居民在屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光電板的比率甚至達(dá)2%，堪稱(chēng)日本第一。

太陽(yáng)能可分為2種:

1.太陽(yáng)能光伏

光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺(tái)及建筑物表面均會(huì)使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱(chēng)為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。

2.太陽(yáng)熱能

現(xiàn)代的太陽(yáng)熱能科技將陽(yáng)光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒?lái)收集太陽(yáng)能外，建筑物亦可利用太陽(yáng)的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽(yáng)熱力的建筑材料。

核能

首先要認(rèn)識(shí)核能。

核能是通過(guò)轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特愛(ài)因斯坦的方程E=mc2，其中E=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。核能通過(guò)三種核反應(yīng)之一釋放：

核裂變，打開(kāi)原子核的結(jié)合力。

核聚變，原子的粒子熔合在一起。

核衰變，自然的慢得多的裂變形式。

核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。原子核中蘊(yùn)藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的能量來(lái)源。

相比核裂變，核聚變幾乎不會(huì)帶來(lái)放射性污染等環(huán)境問(wèn)題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來(lái)源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。

目前人類(lèi)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類(lèi)有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出?？茖W(xué)家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。

目前主要的幾種可控核聚變方式：

超聲波核聚變

激光約束（慣性約束）核聚變

磁約束核聚變（托卡馬克）

核聚變

比原子彈威力更大的核武器—?dú)鋸?，就是利用核聚變?lái)發(fā)揮作用的。核聚變的過(guò)程與核裂變相反，是幾個(gè)原子核聚合成一個(gè)原子核的過(guò)程。只有較輕的原子核才能發(fā)生核聚變，比如氫的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。核聚變也會(huì)放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行著氫聚變成氦過(guò)程，它的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的。核聚變能釋放出巨大的能量，但目前人們只能在氫彈爆炸的一瞬間實(shí)現(xiàn)非受控的人工核聚變。而要利用人工核聚變產(chǎn)生的巨大能量為人類(lèi)服務(wù)，就必須使核聚變?cè)谌藗兊目刂葡逻M(jìn)行，這就是受控核聚變。實(shí)現(xiàn)受控核聚變具有極其誘人的前景。不僅因?yàn)楹司圩兡芊懦鼍薮蟮哪芰浚矣捎诤司圩兯璧脑稀獨(dú)涞耐凰仉梢詮暮Ｋ刑崛?。?jīng)過(guò)計(jì)算，1升海水中提取出的氘進(jìn)行核聚變放出的能量相當(dāng)于100升汽油燃燒釋放的能量。全世界的海水幾乎是“取之不盡”的，因此受控核聚變的研究成功將使人類(lèi)擺脫能源危機(jī)的困擾。

但是人們現(xiàn)在還不能進(jìn)行受控核聚變，這主要是因?yàn)檫M(jìn)行核聚變需要的條件非?？量獭０l(fā)生核聚變需要在1億度的高溫下才能進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)?？梢韵胂螅瑳](méi)有什么材料能經(jīng)受得起1億度的高溫。此外還有許多難以想象的困難需要去克服。盡管存在著許多困難，人們經(jīng)過(guò)不斷研究已取得了可喜的進(jìn)展?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了許多巧妙的方法，如用強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束反應(yīng)，用強(qiáng)大的激光來(lái)加熱原子等?？梢灶A(yù)計(jì)，人們最終將掌握控制核聚變的方法，讓核聚變?yōu)槿祟?lèi)服務(wù)。核能發(fā)電

nuclearelectricpowergeneration

核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能。

利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器來(lái)代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。除沸水堆外（見(jiàn)輕水堆），其他類(lèi)型的動(dòng)力堆都是一回路的冷卻劑通過(guò)堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過(guò)堆心加熱變成70個(gè)大氣壓左右的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。

簡(jiǎn)史核能發(fā)電的歷史與動(dòng)力堆的發(fā)展歷史密切相關(guān)。動(dòng)力堆的發(fā)展最初是出于軍事需要。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機(jī)容量為5兆瓦(電)的核電站。英、美等國(guó)也相繼建成各種類(lèi)型的核電站。到1960年,有5個(gè)國(guó)家建成20座核電站，裝機(jī)容量1279兆瓦（電）。由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展，到1966年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實(shí)用階段。1978年全世界22個(gè)國(guó)家和地區(qū)正在運(yùn)行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達(dá)200多座,總裝機(jī)容量已達(dá)107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快。到1991年，全世界近30個(gè)國(guó)家和地區(qū)建成的核電機(jī)組為423套，總?cè)萘繛?.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16％。世界上第一座核電站—蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站.

中國(guó)大陸的核電起步較晚，80年代才動(dòng)工興建核電站。中國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的30萬(wàn)千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運(yùn)行。大亞灣核電站正加緊施工。

核能發(fā)電原理核能發(fā)電的能量來(lái)自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進(jìn)行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和大量能量的過(guò)程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變并放出兩三個(gè)中子。若這些中子除去消耗，至少有一個(gè)中子能引起另一個(gè)原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱(chēng)為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。

要用反應(yīng)堆產(chǎn)生核能,需要解決以下4個(gè)問(wèn)題：①為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過(guò)一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會(huì)釀成災(zāi)害。③裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。④裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對(duì)人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對(duì)核電站工作人員和附近居民的傷害。

利用核能的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)受控核聚變。裂變時(shí)靠原子核分裂而釋出能量。聚變時(shí)則由較輕的原子核聚合成較重的較重的原子核而釋出能量。最常見(jiàn)的是由氫的同位素氘（讀"刀"，又叫重氫）和氚（讀"川"，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。核聚變較之核裂變有兩個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)。一是地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?000萬(wàn)倍，可以說(shuō)是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。

第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是既干凈又安全。因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時(shí)受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進(jìn)行，所以是安全的。

目前實(shí)現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場(chǎng)約束法。它是利用通過(guò)強(qiáng)大電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)條件。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下已接近于成功，但要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用還差得遠(yuǎn)。按照目前技術(shù)水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。

另一種實(shí)現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱(chēng)為慣性約束），就像噴氣飛機(jī)氣體往后噴而推動(dòng)飛機(jī)前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當(dāng)溫度達(dá)到所需要的點(diǎn)火溫度（大概需要幾十億度）時(shí)，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過(guò)程時(shí)間很短，只有幾個(gè)皮秒（1皮等于1萬(wàn)億分之一）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，所釋放出的能量就相當(dāng)于百萬(wàn)千瓦級(jí)的發(fā)電站。

原理上雖然就這么簡(jiǎn)單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達(dá)到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問(wèn)題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉暗摹?br>
盡管實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩內(nèi)杂新L(zhǎng)艱難的路程需要我們征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國(guó)科學(xué)家在奮力攀登。