物理学角度探究可再生能源的利用价值

1、科技信息需校理科研究AA物湮寻再度務奔可再主能源的郦用们勺河北街水学院任冬法摘要可再生代球是柑太阳能、生粉能、风能、地热能和海卑能&它们共刃的竹点是資源丰宅、可以再生、没有污柔 戏很少厅染.开岌織能潭.研丸祈的节能技末丸刁甘第岌展之烙巳成为社会&界於广涤共识，屯给荻理学的发展提出 丁靳的挑圾.关词可再生能源物理学发展科技信息需校理科研究科技信息需校理科研究、前盲20世纪以来人们对煤炭、石油.天於气等化石燃料的大规 模开发和利用一方而创适了历史上空前的人类奇迹，另一方面 也造成大扯的资漁浪费和污染物温室气体的排放当前作为常 规能源的化石燃料储扯在一天天减少而空代污染、全球变SL

2、臭氧空洞等环境问题也在一天天加剧，这种不可持续发展的模 式巳遭到很多国家的屛弃开发新能源，研究新的节能技术走 可持续发展之路巳成为社会各界的广泛共识以太阳盘、风能、生物贡能、核能、地热能为代表的可再生能 源以其储iJ不随人类的使用而枯竭，大多数对环境无污染的独 轄优势，越来趁多的受到人们的青睐，也给物理学的发展提出了 新的挑战.二可再生能源的开发和利用地球上的能源可分为常規能療和可再生能源两大类费规 能源就是已被我们大规模开发的煤炭.石油、天然气等化石燃 料可再生能浪黄是太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质 能等，后者通常被俗称新能源新能源与常戏能源的区分也是相 对的今天的新能谏将来也会

3、成为常戏能源如核裂变,过去是 新能源，现在由于技术基本成熟,许多国家已把它看作常规能 源上述这些新能源都是可再生能源和淸洁能涼,按作为未来经 济和社会可持续发展的能障茎础，受到了高度重觇.1太阳能太阳能是以太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能 员尽管太阳辐射到地球大代层的能址仅为其总辐射能址（约为 3. 75X1026W）的22亿分之一，但巳高达173,OOOTW,也就是 说太阳毎抄钟照射到地球上的能竝既相当于500万吨煤.地球 上的风能.水能.海洋温菱能、波浪能和生物质能以及部分潮汐 能都是来源于太阳）即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然 气等）从垠本上说也是远古以来贮存下来的太阳能

4、所以广义的 太阳臨所包括的范国非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能 的光热光电和光化学的直接转换.太阳能既是一次能源又是 可再生能探它是各种可再生能源中最奄要的基本能3G也是人 类可利用的R丰富的能源.既可免费使用又无需运输，对歼境 无任何污染.太阳能可以通过光一热光一电光一化学转换来利 用.太阳能光给转换是用集热器把太阳辐肘舵转换为热 能以直接利用集热器有平板式.真空管式、最焦式等它可以；ft 直接吸收太阳辐射也可D是将太阳辐射会聚后集中頤射使传 热介质（空气、水或防冻液升忍用于家庭采酿供应热水血 冷烹饪.工业用热、农用温室铮太阳能光一电转换是利用 依据光生伏打效应研制的太阳电池将太阳辐射能

5、转换为电能 开发出多种太阳电池,包拆多晶硅电池、非晶硅电池、械化镉电 池、碎化稼电池等光电转殃效率已达20%以上.除用于卫星. 空间站外，已在灯塔、駅标、铁路信号中得到广泛应用，采用太阳 电池的汽车飞机也在积极研制还建成了太阳电池节能住房和 太阳电池电站等.太阳能光一化学转换主要避利用光化学 反应研制光化学电池这种电池由半导体材料和电解液组成，当 太阳光愿射半导体和电解液界面时产生化学反应，在电解液内 形成电流并使水电离产生氢气而供应用这是氢能利用的途轻 之一2 海洋能地球表面积约为5.1X108kmS其中陆地表面积为1.49X 108kmS占29%$海洋面积达361X10871%.以海平面

6、计全部陆地的平均海拔约为840m,而海洋的平均深度却为 380m,整个海水的容积多达1. 37x109km1. 一望无际的汪祥大 海不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还珥藏若巨 大的能最通常海祥能是指依附在海水中的可再生能源,包括: 潮汐能、波浪能、海洋温差能、聲洋盐差船和海流能等，更广文的 海洋能源还句括海洋匕空的风你、海洋喪面的太阳能以及海洋 生物质能等全球海洋能的可再生负很大上述五种海洋能理论 上可再生的总为766亿千瓦虽然海祥能的强度较常规能滅 低但柱可再生能源中海洋能仍具有可观的能流密度.3 生物质能生物质迪讨论能滋时常用的一个术语，是指由光合作用耐 产生的各种有机体.生物能

7、是太阳能以化学能形式贮存在生物 中的一种能At形式一种以生物质为载体的能童它直接或间接 地来涼于植物的光合作用,在各种可再生能源中生物质是独特 的它是社存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源，可转化成 常戏的固态、液恋和气态燃料据估计地球上毎年植物光合作用 固定的碟达2X1011t,含能fit达3X1021J,因此毎年通过光合 作用JC存在植物的枝、茎、叶中的太阳能相当于全世界每年耗 能虽的10倍生物能是第四大能滦生物质週布世界各地，其3（ 藏童极大世界上生物质资庞大，形式繁多其中包括薪 柴，农林作物，尤其是为了生产能凍而种植的能源作物农业和 林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废

8、弃 物生活污水和水生植物等尊（中国生物质资稼主要是农业废弃 物及农林产品加工业废弃物薪柴、人畜粪便.城镇生活垃圾等 四个方面）.4 固体废齐饬一 122 一固体废弃物是相对废水、发气而言的是指人们在从事生产 和生活时所扬弃的各种固体物件和泥状物质固体废弃物种类 很多大致可分为s有机和无机废弃物.固体废弃物和泥状 废弃物工业、矿业生活废弃物及农业、放射性废弃物有 毒有害废弃物和一般废弃物固体废弃物的处理及利用（包播* 城市垃圾热解、气化、燃烧机理）固体废弃物衍生燃料制备与利 用）造纸废渣及废水污泥的热解焚烧）废也料、废轮胎的液化J废 弃物倒活性炭工业废料、生活垃圾混烧处理装H开发J垃圾焚 烧过程

9、的二次污染控洌J圈体废弃物焚烧灰潢的固化处理等）.5 风能的开发利用风能是太阳能的一种转变形式也是地球上氨要的能址资 滩.由于风能清沽无污染又取之不尽，因此在能源短缺、污染严 ft的今天风能受到超来越高的««合理利用风能既可以减 少环境污染，又可械轻越茨越大的能源短缺的压力自然界中的 风能贺谏是极其巨大的据世界气象组织估计，轅个地球上可以 利用的风能为2X1O7MW.为地球上可资利用的水能总金的10 倍利用风舵就是用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等 各种形式的能用于发电、提水、助烧、致冷和致热等.当风速 V>2米/秒时，风能就可以开发利用.因此一般取320米/秒

10、 作为有效风速，由于这一范围计其的平均风能密度称为有效风 能密度我国风能区划建定有效风能密度为50-150瓦特/ 米和有效风力出现小财数达2000-3000小时划归为风能利 用区风力发电是主要的开发利用方式风力机按旋转轴的位 &分为水平紬风力机和垂2轴（立轴）风力机两大类水平轴风 力机按叶片形式有双叶式、三叶式和多叶式,按气流方向分顺风 式和逆风式还有扩散器式.集中器式尊垂直轴风力机有S3! 叶片式、s型多叶片式、e型风轮、太阳能风力透平備导器式 等6 地履的开发利用地热资源是指能够为人类经济地开发利用的地球内部的热 资澹，也是一种清酒能iS.据预利,在据地後2000米以浅范国 内，约

11、有相当于137亿吨标准煤的地热资atflL若开采率为1% 则有相当于1. 37亿吨标准煤的地热可供开采资源金.地热 资源按储热的状态分为蒸汽5L热水®L地压却、干热岩型和岩 浆型五类，目前可实际利用的只有藏汽5L热水型、干热岩型三 种地热的利用除直接用于提供拔水和供建筑物取段外,主要是 用于发电地热发电分直接利用和间接利用两种:直接利用是将 地热蒸汽或高温地热水经扩容蒸发后的蒸汽作为热力循环的 工质推动汽轮发电机组发电9间接利用是用地热水使低沸点工 质（如丁烷）气化用以推动汽轮发电机组发电三、结東语可再生館源的开发利用对解决能源短缺，缓解环境污染有 希巨大的社会经济效益，其中有些以较

12、成熟有的还处于前芽状 杏新能源开发利用过程中也面临一些问题如太阳呢的能址密 度低，而且他因地而异，因时而变这是开发利用太阳能面临的 主要问题.太阳能的这些特点会是它在整个综合能浪体系中的 作用受到一定垠制.风能同样也具有密度低、不稳定、地区菱异 大的缺陷.但为了可持续发晨，新能源开发必殒得到足够的重 视可以預测,新能源的开发必将在21 ttt纪的ttt：界发挥巨大作 用，在我国的能源结构调整上扮演憊要的角色.克服这些不足 址大限度地发挥新能源的效率，是摆在物理科学面前的重大课參考文itt叮黄素逸能源科学导论M中5J电力出版社.20022JB家发展计划奏帀令基桔产业发屐司2001年仝HJ节 能和

13、可再生能源计划矣点2C<H（146科技信息需校理科研究科技信息需校理科研究（上扶第121页洵泄同轴电缆来传输的这样就避免了上行线 与下行线之间信息的混合问题.同时该系统可以实现语音通话 功能，这样可以减轻列车可机的工作址,体现了人性化设计.21车一地信息传输子系统该系统的关健技术是实现漏泄同铀电缆与车载天线的阻抗 匹配问题®.由于地铁.隧道中列车天线的便用有一定的要求， 漏泄同轴电缆的持性阻抵为75C地面控制中心耍求的天线阻 抗为500，那么由于阻抗不匹配地面控制中心和朗泄PJ轴电 缆之问不但不能正常地分配功率而且地面控制中心也不能正 常工作.因此为了实现地面控制中心和漏泄同轴

14、电缆之间的阻 抗匹配和分配功率采用双输入四输出功率分配器.22列车车载设备该系统采用査询应答器来实现列车定位目前提速线路区 段CTCS2级列控系统采用此种方式该列车定位方式依赖于装 在符定地点的地面传感淞和车上传感器来实现,地面传感器之 间的列车走形距离依赖于车轮数来获得如果采用GSM-R技 术的话，可能和地面控制中心发出的频率值号形成千扰，不能确 保控车数据的安全、可靠传输.23地面控制中心设备根据CTCS系统结构要求,地面列控中心系统采用二乘（二 取二）结构.列控中心由卄算机网络、小史交换机、调制解调器、 调度中心控制台、监控中心控制台等设备组成经过漏泄同轴电 缆组成的数据传输通道实时处理在整个调度区间内各次列车发 来的位置、速度相互间隔等各种佶息，并且根据调度中心下方 的各种命令进而产生相应的控车份令临时限速命令从而控制 列车运行3总结基于漏酒波导的列控系绕，克服了无线电倍号和卫星定位 系统GPS伯号受建筑物和地形等因索的形响不能进行正常通 信的问题它可以保证列车在地铁陡道中高速、高效、安全的运 行，同时该系统的设计也符合CTCS規范.參考文献1李各白华壬伙越体号析技求視论M中国铁it岀 版社2对H有炭200km/h动车纽列竝*统的认识 Uitii 信体号.2006年拓42*第9期3钱国*,徐华林地下伙道秒动通住设计M北京；中 国铁i