21世纪新能源--课程作业

21 世纪新能源发展前景 随着世界经济的发展，人类对能源的需求越来越大，现在我们已步入二十一世纪。现 在，人类的能源消费主要还是依靠传统能源，新型能源已初露端倪。而能源问题日益突出， 传统能源（指煤、石油、天然气）面临枯竭，那么 21 世纪我们的能源结构是怎样的？有哪 些可利用的新能源呢？ 我认为，至少在 21 世纪上半叶之前，传统能源仍将占据主要地位。天然气（包括可燃 冰）依靠其无污染、储量相对大等因素所占的比重将会逐渐增大，石油和煤也将是重要的 能量来源。但是同时新型能源将会因新能源科技的发展而更多被人类利用，在能源结构中 的比重必然有所上升。新型能源主要包括风能、太阳能、核能、氢能、地热能、潮汐能等。 风能 制造风能机械、利用风力发电是风能利用的两项主要内容。风力发动机是一种把风能 变成机械能的能量转化装置。 在风能的利用中，蓄能是一个重要的问题。特别是对于风力发电，在很大程度上，其 生命力由蓄能装置（如蓄电池）的可靠程度来决定。有了蓄能装置，在有风的时候，把多 余的能量储存起来；在无风时，输出应用。各种蓄能方式的研究是风能利用的一个急待解 决的重要任务。 在自然界的能源中，风能是极其丰富的。据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约 为 106107 兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大 10 倍。但是，这笔巨大的自 然财富还有待人类去大力开发。 我国适合风力发电的区域非常广阔，特别是东南沿海和西北草原地区。这些区域的年 平均风速分别达到 68 米秒和 46 米秒，具有相当大的开发利用价值。 太阳能 太阳表面温度高达 6000，内部不断进行核聚变反应，并且以辐射方式向宇宙空间发 射出巨大的能量。据估计，每三天太阳向地球辐射的能量，就相当于地球所有矿物燃料能 量的总和。人类利用太阳能有三个途径：光热转换、光电转换和光化转换。 光热转换即靠各种集热器把太阳能收集起来，用收集到的热能为人类服务。 早期最广泛的太阳能应用是将水加热，现今全世界已有数百万个太阳能热水装置。太 阳能热水系统主要包括收集器、储存装置及循环管路三部分。目前中国太阳能热水器发展 迅猛，带动了相关太阳能技术的进步。 光电转换即将太阳能转换成电能。目前，太阳能用于发电的途径有二：一是热发电， 就是先用聚热器把太阳能变成热能，再通过汽轮机将热能转变为电能；二是光发电，就是 利用太阳能电池的光电效应，将太阳能直接转变为电能 光化转换即先将太阳能转换成化学能，再转换为电能等其他能量。我们知道，植物靠 叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实 现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。 核能 核能是一种可靠而安全的能源。设计良好，认真操作，敬业负责的核电站一般不会发 生核废物泄漏污染环境的事件。1986 年，前苏联切尔诺贝利核电站发生重大爆炸后，不少 人对核电站的发展和建设忧心忡忡，生怕再发生核电站爆炸事故。实际上，核电站在设计 时完全考虑了核安全问题。为防止泄漏，采用了 5 层防护措施。同时，核能发电，可以使 燃煤用量迅速减少，使 SO2 和 CO2 等大气污染物排放减少。如美国，从 1975 年到 1995 年， 20 年间因为发展核电，而减少排放 16 亿吨 CO2 和 6500 万吨 SO2。法国已把核电作为国民 经济主要能源。核电站占全法国发电量的 78%，法国能有一个清洁的空气环境，其中有法 国发展核电的作用。 我国在 80 年代末开始发展核电。据有关部门透露，中国大陆目前 6 座建成和在建的核 电站分别为： 浙江省秦山(一期)核电站、秦山核电二期工程、秦山核电三期工程、广东省 大亚湾核电站、广东省岭澳核电站和江苏省田湾核电站。预计到 2020 年，将有 10 多个核 电站在我国大地上屹立起来，核能发电量将占全国总发电量的 10%。 氢能 在众多的新能源中，氢能将会成为 21 世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量 的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和 废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效 应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可 源源不断地产生氢气，永远不会用完。 大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有 11的氢。泥土里约 有 1.5的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的 形式存在的，而地球表面约 70为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、 用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜 的能源。 氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976 年 5 月，美国研制出一种以氢作燃料的 汽车。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船 运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国 飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作 燃料的。 另外，使用氢氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。 目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高， 一时还难以普遍使用。 现在世界上氢的年产量约为 3600 万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取 的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有 4的氢是用电解水的方法制取的，但消 耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。 随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入 催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。 本世纪 70 年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一 起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放 出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。 科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。引人注意的是，许多原始的 低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。 地热能 地热是埋藏在地下的热源。整个地球就是一个大的热量储体。如果仅开采地下 3 千米 以内的地热资源，就可相当于 29000 亿吨煤，可见地热是一个不可小看的资源。 很早以前，人们只利用地热资源作温泉疗养、温室栽培。到本世纪 70 年代，它才开始 逐渐被重视，人们考虑如何把地热能转变为电能。 在我国，最典型的西藏拉萨附近的羊八井地热电站，现装机容量为 2.5 万千瓦，发电 量已占拉萨电网的 50%，地热发电保证了拉萨的生产和生活用电。 地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电不象 火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发 电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利 用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利 用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的 不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。 地热发电的前景是取决于如何开发利用地热储量大的干热岩资源。其关键技术是能否 将深井打人热岩层中。美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫科学试验室正在对这一系统进行远景 试验。 未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资 源；钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进人一个飞速发展的阶段。 潮汐能 潮汐是指海水有规律的涨落现象。涨潮时海水上涨，水位升高；退潮时海水退落，水 位降低。海水在这种涨落运动中具有的能称为潮汐能。 像水能和风能的利用一样，潮汐能可以用来推动水磨、水车等，也可以用来发电。当 前，潮汐能利用的主要方向是发电。 利用潮汐能发电，要在海湾或河口建筑拦潮大坝。形成水库，在坝中修建机房，安装 水轮发电机，利用水位差使海水推动水轮机发电。建成潮汐发电站后还能发展海产养殖业。 中国海岸线长达 1.8 万千米，潮汐能资源十分丰富。在潮汐能资源的开发