第3章 太陽能與新能源(1 / 3)

我們在上文簡單地介紹了一下太陽的光熱來源以及太陽能的一些情況。那麼,太陽能與新能源之間又有什麼關係呢?

首先,我們來看看新能源的一些概念。

新能源又稱為非常規能源,指傳統能源之外的各種能源形式。實際上,人類剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源都是新能源,如太陽能、海洋能、生物質能、地熱能、風能和核聚變能等。

各種形式的新能源都是直接或間接地來自太陽或地球內部所產生的熱能,其主要有太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能、海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量。

相對於傳統能源,新能源普遍具有汙染少、儲量大等特點,這對於解決當今世界嚴重的環境汙染和能源枯竭問題具有重要的意義。另外,新能源分布均勻,它們對於解決由能源引發的戰爭問題也有著不可低估的作用。

現在,世界上的石油、煤炭等資源正在急劇減少,核能、太陽能等將成為未來人類依賴的主要能源。

目前,能源主要的類型有:煤炭、石油、天然氣、可再生的水力資源(如各種類型的水電)、太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、海洋能(或者叫潮汐能)、穿透生物質能等。

常規能源通常指技術上比較成熟並已被大規模利用的能源,而新能源則是那些還沒有大規模利用、正在積極研究開發的能源。因此,煤、石油、天然氣以及大中型水電都被看作是常規能源,而太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、海洋能、核能、氫能等則被看作是新能源。

隨著技術的進步和可持續發展觀念的逐步樹立,過去一直被視作垃圾的生活及工業有機廢棄物得以被重新認識,其作為一種能源和可資源化利用的物質而受到深入地研究和開發利用。因此,廢棄物的資源化利用也可看作是新能源技術的一種形式。

1.能源之母——太陽能

太陽是一個熾熱的火球,它蘊藏著無比巨大的能量。地球上除了地熱能和核能以外,幾乎所有的能源都來自太陽能,因此可以說太陽能是人類的“能源之母”。沒有太陽能,就不會有人類的一切。

實際上,人類有意識地利用太陽能,是從取暖、加熱、幹燥和采光等太陽能的熱利用逐步開始的。

早在幾千年前,我們的祖先就曾用“陽燧”這種簡單的器具向太陽“取火”,由此開辟了人類利用太陽能的新時代。古希臘著名的物理學家阿基米德曾用巨大的鏡子將陽光聚集,從而一舉燒毀了敵人的帆船隊。

然而直到最近的幾十年,人們才開始對太陽能有了深刻的認識並加以開發利用。

近年來,太陽能的光熱利用發展很快,人類已經製成了各類太陽能集熱器,將太陽光的熱能用於取暖、製冷、通風、烘幹、冶煉、洗浴、灌溉、發電等許多方麵,從而節省了大量的其它能源,並為能源短缺的地區提供了所需能源。

將太陽光直接轉換成電能,需要采用能量轉換裝置,太陽能電池實際上就是一種光電能量轉換器。

2.魔鬼之能——核能

我們都知道在人類學會利用取火的時候,就已經開始主動利用能源,自那時起,能源的使用已經成為人類進步不可或缺的基本要素和人類文明程度的標誌。

在核能被發現和得到利用之前,人類利用的主要能源是化學能和水能等。19世紀末20世紀初,物理學又一次巨大的發展使得人類對物質結構的認識開始深入到原子甚至更微觀的粒子水平,這在客觀上為人類利用核能奠定了基礎。

1939年,德國科學家奧托·哈恩發現,元素鈾的同位素鈾235U原子核,在中子的轟擊下可以發生核裂變並同時釋放能量。很多重核同位素,如鈾233U,鈈239Pu等都能產生核裂變反應,而核裂變反應放出的能量要比化學反應大的多,這就預示了核能利用的前景。

現在,核能的釋放主要有三種形式,既核裂變能、核聚變能和核衰變。

核裂變能:所謂核裂變能就是通過一些重原子核(如鈾-235、鈾-238、鈈-239等)的裂變所釋放出的能量。

核聚變能:由兩個或兩個以上氫原子核(如氫的同位素—氘和氚)結合成一個較重的原子核,同時發生質量虧損而釋放出巨大能量的反應叫做核聚變反應,其釋放出的能量稱為核聚變能。

核衰變:核衰變是一種自然的裂變形式,速度很慢。由於其能量釋放緩慢而難以利用。

目前,人類在核能的利用上存在一些問題,其主要問題有以下幾個方麵:資源利用率低;反應後產生的核廢料成為危害生物圈的潛在因素,其最終處理技術還沒有完全解決;反應堆的安全問題需要不斷地監控,有待改進;核不擴散要求的約束,使核電站反應堆中生成的鈈-239受到控製;核電建設投資費用仍然比建設常規能源發電站高,投資風險也較大。

3.無形的煤——風能

風是我們地球上的一種很自然的現象,但是你了解風嗎?

風是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表麵,地球表麵各處受熱不均勻,由此產生溫差,從而引起大氣的對流運動,這就是風。在到達地球的太陽能中,雖然僅有約2%轉化為風能,但其總量仍是十分可觀的,它比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。

風能是一種無汙染、可再生的新能源,有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼、交通不便的邊遠山區、地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以覆蓋的農村、邊疆來說,風能作為解決生產和生活能源的一種手段,有著十分重要的意義。即使在發達國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。

截止到2006年底,世界風力發電總量居前3位的分別是德國、西班牙和美國,三個國家的風力發電總量占全球風力發電總量的60%。

4.巨大的熱能——地熱能

很大程度上被忽視而沒有使用的地熱能

大家都知道火山爆發的威力吧,它曾不止一次地帶給人類毀滅性的災難。那些經曆過火山爆發而幸存的人們更是談火山色變。

但是,火山還有另外一個名字呢,它叫做地熱能。因此,如果我們能夠趨利避害,巧妙地加以利用,火山就能給我們帶來意想不到的益處!

地熱能是由地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球內部的熔岩,並以熱力形式存在,它也是導致火山爆發及地震的能量來源之一。

地球內部的溫度極其高,透過地下水的流動和熔岩湧至離地麵1~5千米的地殼,熱力得以被轉送至較接近地麵的地方。高溫的熔岩將附近的地下水加熱,這些加熱了的水最終會滲出地麵。