新能源的用途有什么？

【專家解說】：新能源 新能源 太陽能 太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。 利用太陽能的方法主要有： 使用太陽電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能 使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水 利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電 利用太陽能進行海水淡化 現(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(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能面板系統(tǒng)位于德國南部比茲塔特(Buerstadt)，面積為四萬平方米，每年的發(fā)電量為450萬千瓦。 日本為了達成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設(shè)太陽能光電板，位于日本中部的長野縣飯?zhí)锸校用裨谖蓓斣O(shè)置太陽能光電板的比率甚至達2%，堪稱日本第一。 太陽能可分為2種: 1.太陽能光伏 光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(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。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，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，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。 2.太陽熱能 現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當?shù)目萍紒硎占柲芡猓ㄖ镆嗫衫锰柕墓夂蜔崮?，方法是在設(shè)計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。 核能 首先要認識核能。 核能是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特愛因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。核能通過三種核反應(yīng)之一釋放： 核裂變，打開原子核的結(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，如太陽發(fā)光發(fā)熱的能量來源。 相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環(huán)境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。 目前人類已經(jīng)可以實現(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有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來還有很長的路要走。 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—氫彈，就是利用核聚變來發(fā)揮作用的。核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。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。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內(nèi)部連續(xù)進行著氫聚變成氦過程，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服務(wù)，就必須使核聚變在人們的控制下進行，這就是受控核聚變。實現(xiàn)受控核聚變具有極其誘人的前景。不僅因為核聚變能放出巨大的能量，而且由于核聚變所需的原料——氫的同位素氘可以從海水中提取。經(jīng)過計算，1升海水中提取出的氘進行核聚變放出的能量相當于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擺脫能源危機的困擾。 但是人們現(xiàn)在還不能進行受控核聚變，這主要是因為進行核聚變需要的條件非常苛刻。發(fā)生核聚變需要在1億度的高溫下才能進行，因此又叫熱核反應(yīng)?？梢韵胂?，沒有什么材料能經(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)過不斷研究已取得了可喜的進展?？茖W家們設(shè)計了許多巧妙的方法，如用強大的磁場來約束反應(yīng)，用強大的激光來加熱原子等?？梢灶A(yù)計，人們最終將掌握控制核聚變的方法，讓核聚變?yōu)槿祟惙?wù)。核能發(fā)電 nuclear electric power generation 核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械能→電能。 利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(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)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。除沸水堆外（見輕水堆），其他類型的動力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動汽輪發(fā)電機。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動汽輪發(fā)電機。 簡史 核能發(fā)電的歷史與動力堆的發(fā)展歷史密切相關(guān)。動力堆的發(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容量為 5兆瓦(電)的核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年,有5個國家建成20座核電站，裝機容量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)電真正邁入實用階段。1978年全世界22個國家和地區(qū)正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達200多座,總裝機容量已達107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進展更快。到1991年，全世界近30個國家和地區(qū)建成的核電機組為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. 中國大陸的核電起步較晚，80年代才動工興建核電站。中國自行設(shè)計建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運行。大亞灣核電站正加緊施工。 核能發(fā)電原理 核能發(fā)電的能量來自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應(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碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個中子后發(fā)生裂變并放出兩三個中子。若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變，使裂變自持地進行，則這種反應(yīng)稱為鏈式裂變反應(yīng)。實現(xiàn)鏈式反應(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個問題：①為核裂變鏈式反應(yīng)提供必要的條件，使之得以進行。②鏈式反應(yīng)必須能由人通過一定裝置進行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會釀成災(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)對人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。 利用核能的最終目標是要實現(xiàn)受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時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重大優(yōu)點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據(jù)測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。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。 第二個優(yōu)點是既干凈又安全。因為它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進行，所以是安全的。 目前實現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實現(xiàn)上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近于成功，但要達到工業(yè)應(yīng)用還差得遠。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，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機前飛一樣，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。當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（1皮等于1萬億分之一）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當于百萬千瓦級的發(fā)電站。 原理上雖然就這么簡單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉暗摹? 盡管實現(xiàn)受控熱核聚變?nèi)杂新L艱難的路程需要我們征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國科學家在奮力攀登。