生活中的新能源

【专家解说】：能源是发展农业、工业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。煤、石油、天然气是当今世界最重要的三大化石燃料，它们以及从它们中分离出来的各种燃料照亮了我们这个世界，使整个世界变得美丽多姿。然而，这些资源在地球上的蕴藏量是有限的，按照目前这些能源的消耗速度，并考虑人口增长等因素，有人估计石油和天然气不过几十年，煤不过几百年就会消耗完。因此，我们一方面要节约开发现有的能源，另一方面还要研究和开发如太阳能、氢能、核能、地热能、潮汐能、风能等新的能源。 1.太阳能 太阳照射到地面的能量相当于全球能耗的1.6万倍，既无污染，又是永久性能源。可惜太阳辐射到地球的能量密度太低，只有1kW／m2,还受气候影响。太阳能的利用形式主要有两种：一是热能的直接利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮机组发电；另一种形式是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现己大量应用。 发达国家都在积极开发太阳能，如美国“百万屋顶”计划、日本“600个屋顶”太阳能电池系统等。我国对西部地区的开发应把太阳能的利用列为重点，因为西部地区日照好、居民分散，适合发展太阳能。20世纪70年代美国有一个异想天开的计划，就是在同步人造卫星上装两个16km2的电池板和聚光系统，将所获电能用微波传到地面。由于在大气层外阳光强度比地面高1.4倍，又不受气候影响，据估计，由此得到的电能成本可与常规电能相比。 2.氢能 氢被认为是理想能源，资源丰富、热值高、无污染。但是氢作为能源，存在两个问题，一是氢的来源，只能通过电解水，太阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制氢，这就需要消耗能源；二是氢在存储、运输及应用过程中容易发生爆炸，加上氢对材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗漏等，所以近年来对储氢材料的研究很多。一种储氢方式是将材料与氢结合成为氢化物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。同时储氢材料又是高能蓄电池的负极。目前正在研究的纳米碳管，因其储氢能力大而受到广泛关注。 3.核能 原子核在聚变和裂变时，能放出巨大的能量，简称核能。核裂变的燃料是铀、钚等物质，核聚变的燃料是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料，但经过核反应可以转化为核燃料。核能不仅单位质量产生的能量大，而且资源丰富。据初步统计，地球上已勘探到的铀矿和钍矿资源，按蕴藏的能量计算，相当于地壳中有机燃料能量的20倍，如果将可控聚变反应产生能量用于工业，那么人类就更不必为能源供应担忧了。 核能发电是利用核能的重要形式。从廿世纪50年代第一座核电站建成以来越来越受到人们重视，许多国家先后建造了核电站。据统计，截止2002年底世界上已有30多个国家和地区建成约441座核电站，发电容量约为3.6亿千瓦。预计到2030年，世界核电站总数将达到1000座，核发电量将占总发电量的三分之一，可以预期在相当长一段时期内核电将成为电力工业的支柱。 核能除了用来发电外，还可以作为船舶、火箭、宇宙飞船、人造卫星等的动力能源。特别是核动力不需要空气助燃，因而它在地下、水下、空间等缺乏空气的环境下作为特殊动力，它将是人类开发海底世界的理想能源。 4.地热能 地热能是指贮存在地球内部的可再生能源，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面，自史前起它们就已被用于洗浴和蒸煮。通过钻井，这些热能可以从地下的储层引入水池、房间、温室和发电站。这种热能的储量相当大。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。 5.潮汐能 潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间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。由于地球的旋转，这种水位的上升以周期为12小时25分和振幅小于1m的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用力小些，其周期为12小时。当太阳、月球和地球在一条直线上时，就产生大潮；当它们成直角时，就产生小潮。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球、太阳外，其他天体对地球同样会产生引潮力。世界上潮差的较大值约为13~15m，但一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。 潮汐是因地而异的，不同的地区常有不同的潮汐系统，它们都是从深海潮波获取能量，只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能量才有可能。我国海岸线曲折，沿海还有6000多个大小岛屿，组成1.4×104km的海岸线，漫长的海岸蕴藏着十分丰富的潮汐能资源。我国潮汐能的理论蕴藏量达1.1×108kw，其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9％。 6.风能 太阳能在地面上约2％转变为风能，全球风力用于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。风能与风速密切相关，我国沿海与西北地区的风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。一个2.5MW的风车，转子叶片直径要80m，包括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用材几百吨。风车叶片要有足够的强度和抗疲劳性能，目前主要采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材发展。虽然风能发电装置造价较高，但电价可与常规能源相比。