《第四章新能源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章新能源（210页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章第四章新能源新能源第一节第一节核能核能第二节第二节太阳能太阳能第三节第三节风能风能第四节第四节地热能地热能第五节第五节海洋能海洋能第六节第六节生物质能生物质能第七节第七节氢能氢能返回总目录第一节第一节核核能能核能的来源核能的来源“核能核能”来源于将核子来源于将核子(质子和中子质子和中子)保保持在原子核中的一种非常强的作用力持在原子核中的一种非常强的作用力核力。核力。核力和人们熟知的电磁力以及万有引力核力和人们熟知的电磁力以及万有引力完全不同，它是一种非常强大的短程作完全不同，它是一种非常强大的短程作用力。用力。当中子和质子形成原子核时，会放出能当中子和质子形成原子核时，会放出能量，这种能
2、量称为该原子核的结合能。量，这种能量称为该原子核的结合能。结结合合能能的的大大小小可可以以通通过过爱爱因因斯斯坦坦的的质质能能关系式求得：关系式求得：E=mc2式中式中E结合能结合能，J；m质量亏损，质量亏损，kg； c光速，光速，m/s；不同原子核俘获中子后得到的结合能不不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。同。爱因斯坦的质能关系式爱因斯坦的质能关系式当当质量数小于质量数小于60或或大于大于60的的原子核由于某原子核由于某种原因向质量种原因向质量数等于数等于60这个这个方向变换时，方向变换时，比结合能增大。比结合能增大。也就是说，在也就是说，在这样的变换中这样的变换中必定伴随着能必定伴随着能
3、量的释放。量的释放。两种释放能量的途径两种释放能量的途径根据这一原理，核能的实际利用有两种根据这一原理，核能的实际利用有两种方法：一是目前已达到实用阶段的重核方法：一是目前已达到实用阶段的重核裂变方法，这就是核裂变反应堆的原理；裂变方法，这就是核裂变反应堆的原理；二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚变方法，这就是核聚变反应的原理变方法，这就是核聚变反应的原理。核裂变反应核裂变反应核裂变反应核裂变反应核聚变反应核聚变反应核燃料核燃料核裂变的核燃料核裂变的核燃料核聚变的核燃料核聚变的核燃料核裂变的燃料核裂变的燃料核裂变的核燃料主要是铀。天然铀通常由核裂变的核燃料主要
4、是铀。天然铀通常由3种同位素构成：铀种同位素构成：铀-238，约占铀总量的，约占铀总量的99.3%；铀；铀-235，占铀的总量不到，占铀的总量不到0.7；还有极少量的铀还有极少量的铀-234。与一般的矿物燃料相比，核燃料有两个与一般的矿物燃料相比，核燃料有两个突出的不同特点：突出的不同特点：（1）是生产过程复杂，要经过采矿、加）是生产过程复杂，要经过采矿、加工、提炼、转化、浓缩、燃料元件制造工、提炼、转化、浓缩、燃料元件制造等多道工序才能制成可供反应堆使用的等多道工序才能制成可供反应堆使用的核燃料；核燃料；（2）是还要进行）是还要进行“后处理后处理”。临时贮藏回收废物处理最终储存产生能量采矿转
5、化浓缩核燃料制作核燃料的循环核燃料的循环铀的浓缩方法：铀的浓缩方法：（1）气体扩散法；）气体扩散法；（2）激光分离法。）激光分离法。核聚变的核燃料核聚变的核燃料最容易实现核裂变反应的是原子核中最轻的核，最容易实现核裂变反应的是原子核中最轻的核，例如氢、氘、氚、锂等。例如氢、氘、氚、锂等。其中最容易实现的热核反应是氘和氚聚合成氦其中最容易实现的热核反应是氘和氚聚合成氦的反应。的反应。作为核燃料之一的氘，地球上的储量特别丰富，作为核燃料之一的氘，地球上的储量特别丰富，每升海水中即含氘每升海水中即含氘0.034 g，地球上有地球上有151014亿亿吨海水，故海水中的氘含量即达吨海水，故海水中的氘含量
6、即达450亿吨，因亿吨，因此几乎是取之不尽的。此几乎是取之不尽的。世界核能利用的现状世界核能利用的现状截至截至1999年，全世界有年，全世界有29个国家的个国家的433座座核电站在运行。核电站在运行。目前全世界核电提供的电能占世界电力目前全世界核电提供的电能占世界电力供应的供应的17%，为此每年可以减少，为此每年可以减少23亿吨亿吨CO2的排放量，这意味着如果不使用核电，的排放量，这意味着如果不使用核电，全世界全世界CO2的排放量将增加的排放量将增加10%。美国三里岛和前苏联切尔诺贝利核电站美国三里岛和前苏联切尔诺贝利核电站事故引起公众对核的恐惧。在过去事故引起公众对核的恐惧。在过去10年年中
7、，核电变成了一个倍受争议的话题，中，核电变成了一个倍受争议的话题，它已从世界发展最快的能源沦为发展最它已从世界发展最快的能源沦为发展最慢的能源。慢的能源。但是这种恐核心理导致的核电发展停滞，但是这种恐核心理导致的核电发展停滞，已带来严重的负面影响，例如，已带来严重的负面影响，例如，1999年年瑞典核电占瑞典核电占47%，因为关闭核电站，只，因为关闭核电站，只能被迫向丹麦燃煤电厂购电，不但电费能被迫向丹麦燃煤电厂购电，不但电费上涨，而且导致西欧上涨，而且导致西欧CO2的排放总量超标。的排放总量超标。由于电力紧张，美国也中止了暂停建核由于电力紧张，美国也中止了暂停建核电站的规定，重新起动核电站建设
8、计划。电站的规定，重新起动核电站建设计划。与欧美发达国家相反，亚洲由于经济迅与欧美发达国家相反，亚洲由于经济迅速崛起，核电发展方兴未艾，亚洲目前速崛起，核电发展方兴未艾，亚洲目前共有共有90座核电站在运行，其中座核电站在运行，其中2/3集中在集中在日本。韩国、中国大陆和台湾地区、印日本。韩国、中国大陆和台湾地区、印度、巴基斯坦等仍有许多座新核电站在度、巴基斯坦等仍有许多座新核电站在建设之中。建设之中。由于先进堆型的开发，核电技术的不断由于先进堆型的开发，核电技术的不断完善，核安全程度越来越高，加上全球完善，核安全程度越来越高，加上全球经济的迅速发展，以及为了解决温室气经济的迅速发展，以及为了解
9、决温室气体排放及酸雨等环境问题，核电在未来体排放及酸雨等环境问题，核电在未来20年又将有一个新的发展，对发展中国年又将有一个新的发展，对发展中国家更是如此。家更是如此。反应堆反应堆反应堆的分类反应堆的分类按反应堆的用途分类：生产堆按反应堆的用途分类：生产堆、动力堆、动力堆、试验堆、试验堆、供热堆。、供热堆。按反应堆采用的冷却剂分类：水冷堆、按反应堆采用的冷却剂分类：水冷堆、气冷堆、有机介质堆、液态金属冷却堆。气冷堆、有机介质堆、液态金属冷却堆。反应堆的分类反应堆的分类按反应堆采用的核燃料分类：天然铀堆、按反应堆采用的核燃料分类：天然铀堆、浓缩铀堆、钚堆。浓缩铀堆、钚堆。按反应堆采用的慢化剂分类
10、：石墨堆、按反应堆采用的慢化剂分类：石墨堆、轻水堆、重水堆。轻水堆、重水堆。按核燃料的分布分类：均匀堆、非均匀按核燃料的分布分类：均匀堆、非均匀堆。堆。按中子的能量分类：热中子堆、快中子按中子的能量分类：热中子堆、快中子堆。堆。动力堆动力堆动力堆主要有轻水堆、重水堆、气冷堆动力堆主要有轻水堆、重水堆、气冷堆和快中子增殖堆。和快中子增殖堆。轻水堆轻水堆轻水堆是动力堆中最主要的堆型。在全轻水堆是动力堆中最主要的堆型。在全世界的核电站中轻水堆约占世界的核电站中轻水堆约占85.9%。普通。普通水水(轻水轻水)在反应堆中既作冷却剂又作慢在反应堆中既作冷却剂又作慢化剂。轻水堆又有两种堆型：沸水堆和化剂。轻
11、水堆又有两种堆型：沸水堆和压水堆。压水堆。压水反应堆压水反应堆沸水反应堆沸水反应堆重水堆重水堆重水堆以重水作为冷却剂和慢化剂。由重水堆以重水作为冷却剂和慢化剂。由于重水对中子的慢化性能好，吸收中子于重水对中子的慢化性能好，吸收中子的几率小，因此重水堆可以采用天然铀的几率小，因此重水堆可以采用天然铀作燃料。这对天然铀资源丰富，又缺乏作燃料。这对天然铀资源丰富，又缺乏浓缩铀能力的国家是一种非常有吸引力浓缩铀能力的国家是一种非常有吸引力的堆型。的堆型。在核电站中，重水堆约在核电站中，重水堆约占占4.5%。重水堆。重水堆中最有代表性的加拿大坎杜堆中最有代表性的加拿大坎杜堆。重水反应堆重水反应堆气冷堆气
12、冷堆气冷堆是以气体作冷却剂，石墨作慢化剂。气气冷堆是以气体作冷却剂，石墨作慢化剂。气冷堆经历了三代。冷堆经历了三代。第三代为高温气冷堆。采用高浓缩铀作燃料，第三代为高温气冷堆。采用高浓缩铀作燃料，并用氦作为冷却剂。由于氦冷却效果好，燃料并用氦作为冷却剂。由于氦冷却效果好，燃料为弥散型无包壳，堆芯石墨又能承受高温，所为弥散型无包壳，堆芯石墨又能承受高温，所以堆芯气体出口温度可高达以堆芯气体出口温度可高达800，故称之为，故称之为高温气冷堆。高温气冷堆。核电站的各种堆型中，气冷堆约占核电站的各种堆型中，气冷堆约占2%3%。高温气冷堆高温气冷堆快中子增殖堆快中子增殖堆快中子反应堆不用慢化剂，裂变主要
13、依快中子反应堆不用慢化剂，裂变主要依靠能量较大的快中子。靠能量较大的快中子。快中子堆所能利用的铀资源中的潜在能快中子堆所能利用的铀资源中的潜在能量要比热中子堆大几十倍。这正是快堆量要比热中子堆大几十倍。这正是快堆突出的优点。突出的优点。快中子增殖堆快中子增殖堆由由于于快快堆堆堆堆芯芯中中没没有有慢慢化化剂剂，故故堆堆芯芯结结构构紧紧凑凑、体体积积小小，功功率率密密度度比比一一般般轻轻水水堆堆高高48倍倍。由由于于快快堆堆体体积积小小，功功率率密密度度大大，故故传热问题显得特别突出。传热问题显得特别突出。快快中中子子堆堆虽虽然然前前途途广广阔阔，但但技技术术难难度度非非常常大，目前在核电站的各种
14、堆型中仅占大，目前在核电站的各种堆型中仅占0.7%。供热供热堆堆供热堆是专门用于供热的一种反应堆，供热堆是专门用于供热的一种反应堆，当然也可以利用供热堆提供的热能，采当然也可以利用供热堆提供的热能，采用吸收式制冷或喷射制冷的方式实现冷、用吸收式制冷或喷射制冷的方式实现冷、热联产；或用于海水淡化。热联产；或用于海水淡化。我国我国5 MW的供热堆，的供热堆，1989年已开始在清年已开始在清华大学运行，至今已取得良好的经济效华大学运行，至今已取得良好的经济效益。益。200 MW的供热站也正在建设之中。的供热站也正在建设之中。核电站核电站和火电站的主要区别是热源不同，核电站和火电站的主要区别是热源不同
15、，而将热能转换为机械能，再转换成电能而将热能转换为机械能，再转换成电能的装置则基本相同。的装置则基本相同。火电站靠烧煤、石油或天然气来取得热火电站靠烧煤、石油或天然气来取得热量，而核电站则依靠反应推中的冷却剂量，而核电站则依靠反应推中的冷却剂将核燃料裂变链式反应所产生的热量带将核燃料裂变链式反应所产生的热量带出来。出来。火电站与核电站的区别火电站与核电站的区别核核电电站站的的系系统统和和设设备备通通常常由由两两大大部部分分组组成成：核核的的系系统统和和设设备备，又又称称核核岛岛；常常规规的的系系统统和和设设备备，又又称称常常规规岛岛。目目前前核核电电站站中中广广泛泛采采用用的的是是轻轻水水堆堆
16、，即即压压水水堆堆和和沸水堆。沸水堆。压压水水堆堆核核电电站站的的最最大大特特点点是是整整个个系系统统分分成成两两大大部部分分，即即一一回回路路系系统统和和二二回回路路系系统。统。压水堆核电站压水堆核电站蒸汽发生器蒸汽发生器稳压器稳压器通通常常一一个个压压水水堆堆有有24个个并并联联的的一一回回路路系系统统(又又称称环环路路)，但但只只有有一一个个稳稳压压器器。每每一一个个环环路路都都有有一一台台蒸蒸发发器器和和12台台冷冷却却剂剂泵。泵。压压水水堆堆核核电电站站由由于于以以轻轻水水作作慢慢化化剂剂和和冷冷却却剂剂，反反应应堆堆体体积积小小，建建设设周周期期短短，造造价价较较低低；加加之之一一
17、回回路路系系统统和和二二回回路路系系统统分分开开，运运行行维维护护方方便便，需需处处理理的的放放射射性性废废气气、废废液液、废废物物少少，因因此此在在核核电电站站中中占主导地位。占主导地位。核电站系统核电站系统核电站是一个复杂的系统工程，它集中核电站是一个复杂的系统工程，它集中了当代的许多高新技术。为了使核电站了当代的许多高新技术。为了使核电站能稳定、经济地运行，以及一旦发生事能稳定、经济地运行，以及一旦发生事故时能保证反应堆的安全和防止放射性故时能保证反应堆的安全和防止放射性物质外泄，核电站设置有各种辅助系统、物质外泄，核电站设置有各种辅助系统、控制系统和安全设施。以压水堆核电站控制系统和安
18、全设施。以压水堆核电站为例，主要有以下系统。为例，主要有以下系统。核岛的核蒸汽供应系统核岛的核蒸汽供应系统核蒸汽供应系统包括下述子系统：核蒸汽供应系统包括下述子系统：一回一回路主系统（包括压水堆、冷却剂泵、蒸路主系统（包括压水堆、冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器和主管道等）、化学汽发生器、稳压器和主管道等）、化学和容积控制系统、和容积控制系统、余热排出系统（又称余热排出系统（又称停堆冷却系统）、停堆冷却系统）、安全注射系统（又称安全注射系统（又称紧急堆芯冷却系统）、控制、保护和检紧急堆芯冷却系统）、控制、保护和检测系统。测系统。核岛的辅助系统核岛的辅助系统核岛辅助系统包括以下主要的子系统：核岛辅助
19、系统包括以下主要的子系统：设备冷却水系统、设备冷却水系统、硼回收系统、硼回收系统、反应反应堆的安全壳及喷淋系统、堆的安全壳及喷淋系统、核燃料的装换核燃料的装换料及贮存系统、料及贮存系统、安全壳及核辅助厂房通安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统、柴油发电机组。风和过滤系统、柴油发电机组。常规岛的系统常规岛的系统常常规规岛岛系系统统与与火火电电站站的的系系统统相相似似，它它通通常常包包括括：二二回回路路系系统统、循循环环冷冷却却水水系系统、电气系统。统、电气系统。核电站的安全性核电站的安全性核电与核弹核电与核弹在在核核电电迅迅猛猛发发展展的的今今天天，公公众众最最关关心心的的仍仍是是核核电电的的安安全
20、全问问题题。首首先先公公众众提提出出的的第第一一个个问问题题是是：核核电电站站的的反反应应堆堆发发生生事事故故时时会会不不会会像像核核武武器器一一样样爆爆炸？回答是否定的。炸？回答是否定的。核核弹弹是是由由高高浓浓度度（90%）的的裂裂变变物物质质（几几乎乎是是纯纯235U或或纯纯239Pu）和和复复杂杂精精密密的的引引爆爆系系统统组组成成的的，当当引引爆爆装装置置点点火火起起爆爆后后，弹弹内内的的裂裂变变物物质质被被爆爆炸炸力力迅迅猛猛地地压压紧紧到到一一起起，大大大大超超过过了了临临界界体体积积，巨巨大大核核能能在在瞬瞬间间释释放放出出来来，于于是是产产生生破破坏坏力极强的、毁灭性的核爆炸
21、。力极强的、毁灭性的核爆炸。核核电电反反应应堆堆的的结结构构和和特特性性与与核核弹弹完完全全不不同同，既既没没有有高高浓浓度度的的裂裂变变物物质质，又又没没有有复复杂杂精精密密的的引引爆爆系系统统，不不具具备备核核爆爆炸炸所所必必须须的的条条件件，当当然然不不会会产产生生像像核核弹弹那那样样的的核核爆爆炸炸。核核电电反反应应堆堆通通常常采采用用天天然然铀铀或或低低浓浓度度（约约3%）裂裂变变物物质质作作燃燃料料，再再加加上上一一套套安安全全可可靠靠的的控控制制系系统统从从而而能能使核能缓慢地有控制地释放出来。使核能缓慢地有控制地释放出来。核电站放射性影响核电站放射性影响核电站的放射性也是公众最
22、担心的问题。核电站的放射性也是公众最担心的问题。其实人们生活在大自然与现代文明之中，其实人们生活在大自然与现代文明之中，每时每刻都在不知不觉地受到来源于天每时每刻都在不知不觉地受到来源于天然放射性的本底和各种人工放射性辐射然放射性的本底和各种人工放射性辐射影响。影响。各种液体的放射性水准各种液体的放射性水准核电站排出的水核电站排出的水110微微居里微微居里L家用水家用水20河水河水10100啤酒啤酒130海水海水350威士忌酒威士忌酒1200牛奶牛奶1400核电站排放物会使人的一生寿命缩短24s。这与因抽烟缩短寿命710年相比，可以说微乎其微。减寿因素减寿因素 平均缩短寿命平均缩短寿命 体重超
23、过正常的体重超过正常的25% 3.6年年 男性比女性短寿男性比女性短寿 3.0年年 抽烟每天抽烟每天1盒盒 7.0年年 每天每天2盒盒 10.0年年 居住在城市居住在城市 5.0年年 1970年核电站辐射年核电站辐射 小于小于1分钟分钟 2000年核电站发电量年核电站发电量小于小于30分钟分钟 防止放射性泄漏的屏障防止放射性泄漏的屏障为了防止放射性裂变物质泄漏，核安全为了防止放射性裂变物质泄漏，核安全规程对核电站设置了如下规程对核电站设置了如下7道屏障：陶瓷道屏障：陶瓷燃料芯块、燃料芯块、燃料元件包壳、燃料元件包壳、压力容器压力容器和管道、混凝土屏蔽、和管道、混凝土屏蔽、圆顶的安全壳构圆顶的安
24、全壳构筑物、筑物、隔离区、低人口区。隔离区、低人口区。有了以上有了以上7道屏障，加上核工业和核技术道屏障，加上核工业和核技术的进步，今后是不再可能发生前苏联切的进步，今后是不再可能发生前苏联切尔诺贝利电站那样的事故的。尔诺贝利电站那样的事故的。核核电电站站的的多多层层安安全全保保护护可控核聚变可控核聚变核聚变反应是在极高温度下发生的。在核聚变反应是在极高温度下发生的。在这种极高的温度下，参加反应的原子这种极高的温度下，参加反应的原子（氘原子、氚原子等）的核外电子都被（氘原子、氚原子等）的核外电子都被剥离，成为裸露的原子核，这种由完全剥离，成为裸露的原子核，这种由完全带正电的原子核（离子）和带负
25、电的电带正电的原子核（离子）和带负电的电子构成的高度电离的气体就称为等离子子构成的高度电离的气体就称为等离子体。要实现可控核聚变，除了需要极高体。要实现可控核聚变，除了需要极高温度外，还需要解决等离子体密度和约温度外，还需要解决等离子体密度和约束时间问题。束时间问题。核核聚变能聚变能辐辐射射传传热热与与温温度度的的四四次次方方成成正正比比，在在发发生生核核聚聚变变的的超超高高温温下下，等等离离子子体体以以辐辐射射的的形形式式损损失失的的热热量量是是非非常常巨巨大大的的。如如果果聚聚变变反反应应释释放放的的能能量量小小于于辐辐射射损损失失，热热核核反反应应就就会会中中止止。因因此此存存在在一一临
26、临界界温温度度，当当超超过过这这一一温温度度时时，聚聚变变反反应应就就能能持持续续进进行行。这这一一临临界界温温度度就就被被称称作作临临界界点点火火温温度度，对对于于氘氘氚氚反反应应，临临界界点点火火温温度度约约为为4 400万万 ，纯纯氘氘反反应应，点点火火温温度度约约为为2亿亿 。核聚变反应的等离子体温度极高，任何核聚变反应的等离子体温度极高，任何材料制成的器壁都承受不了如此高温，材料制成的器壁都承受不了如此高温，因此必须对等离子体进行约束，即将它因此必须对等离子体进行约束，即将它与周围环境隔离开来。目前有两种不同与周围环境隔离开来。目前有两种不同的约束途径：磁约束和惯性约束。的约束途径：
27、磁约束和惯性约束。磁约束系统磁约束系统由于高温等离子体是由高速运动的荷电由于高温等离子体是由高速运动的荷电粒子（离子、电子）组成，如果利用设粒子（离子、电子）组成，如果利用设计的磁场来约束高温等离子体，使带电计的磁场来约束高温等离子体，使带电粒子只能沿着一个螺旋形的轨道运动，粒子只能沿着一个螺旋形的轨道运动，这样磁场的作用就相当于一个容器了。这样磁场的作用就相当于一个容器了。这就是磁约束系统的思想。这就是磁约束系统的思想。磁磁约约束束有有各各种种不不同同的的形形式式，其其中中一一种种叫叫托托卡卡马马克克的的系系统统是是目目前前性性能能最最好好的的磁磁约约束装置束装置。惯性约束系统惯性约束系统基
28、本设想是，在原子核飞行的极短时间基本设想是，在原子核飞行的极短时间内完成聚变反应，就无需采取什么措施内完成聚变反应，就无需采取什么措施来约束等离子体，这样等离子体将被自来约束等离子体，这样等离子体将被自身惯性约束。身惯性约束。惯性约束的关键是在极短的时间内能完惯性约束的关键是在极短的时间内能完成核聚变反应，为此需将燃料制成微型成核聚变反应，为此需将燃料制成微型丸，丸的半径为丸，丸的半径为1 mm。惯性约束系统惯性约束系统目前正在研究的方法是，用几路或十几目前正在研究的方法是，用几路或十几路短脉冲强激光从不同方向集中轰击氘路短脉冲强激光从不同方向集中轰击氘氚微丸，使微丸加热到聚变点火温度并氚微丸
29、，使微丸加热到聚变点火温度并同时产生向心爆炸。这个向心爆炸的巨同时产生向心爆炸。这个向心爆炸的巨大压力将使燃料大大压缩这种激光引爆大压力将使燃料大大压缩这种激光引爆方法将获得净能量输出。方法将获得净能量输出。惯性约束系统示意图惯性约束系统示意图惯性约束系统示意图惯性约束系统示意图在在21世世纪纪，核核能能利利用用将将在在我我国国取取得得更更大大的的进进展展，并并在在改改善善我我国国能能源源结结构构中中发发挥挥越来越大的作用。越来越大的作用。第二节第二节太太阳阳能能概述概述太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为尽管太阳辐射到地球大气
30、层的能量仅为其总辐射能量（约为其总辐射能量（约为3.75l026 W）的的22亿分之一，但已高达亿分之一，但已高达1.731017 W，换句换句话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量就相当于就相当于500万吨煤。万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；地球上的化石燃料从根本上源于太阳；地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。说也是远古以来贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富
31、，既可免费使用，又无需运它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。太阳能的有效利用。太阳能利用太阳能利用人类对太阳能的利用已有悠久历史。太人类对太阳能的利用已有悠久历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。能光利用。太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、供暖和制冷
32、；太阳能干燥农副产品、药供暖和制冷；太阳能干燥农副产品、药材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热动力发电等。动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能制氢。太阳能制氢。太阳的构造太阳的构造太阳是一个炽热的气态球体，它的直径太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为约为1.39106 km，质量约为质量约为2.21019亿吨亿吨，为地球质量的为地球质量的3.32105倍，体积则比地球倍，体积则比地球大大1.3106倍，平均密度为地球的倍，平均密度为地球的l4。其主要组成气体为氢（约其主要组成气体为氢（约80%）和氦）和氦（约（
33、约19%）。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。渐降低。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每能量的同时，每1 g质量将亏损质量将亏损0.0072 g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。可
34、以说是用之不竭的。太阳内部有太阳内部有“里三层里三层”，从中心向外，从中心向外，依次是核反应区，这里是太阳热能产生依次是核反应区，这里是太阳热能产生的基地；辐射区，太阳能先通过这里传的基地；辐射区，太阳能先通过这里传播出去；对流区，太阳能经过这里向太播出去；对流区，太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是阳表层传播，它们是“输送带输送带”。太阳结构示意图太阳结构示意图太阳外部有太阳外部有“外三层外三层”。依次为光球层、。依次为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出
35、的。光球层厚约几乎全是由光球发出的。光球层厚约500 km，温度为温度为5 762 K，密度为密度为10-6 g/cm3，它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。部分辐射都是由此向太空发射的。太太阳阳构构造造示示意意图图从太阳的构造可见，太阳并不是一个温从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中，通常将它视为一个温度为能利用中，通常将它视为一个温度为6 000 K，发射波长为发射波长为0.33m的黑
36、体。的黑体。太阳能热利用太阳能热利用太阳能集热太阳能集热器器太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。太阳能集热器按是否聚光这一主设备。太阳能集热器按是否聚光这一主要特征可以分为非聚光和聚光两大类。要特征可以分为非聚光和聚光两大类。平板集热器是非聚光类集热器中最简单平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。利用太阳的直射和漫射辐射。为了更有效地
37、利用太阳能必须提高入射为了更有效地利用太阳能必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集热面上，以获得较高的集热温度，并减热面上，以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是聚光集热器的特点。少散热损失，这就是聚光集热器的特点。聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。其工作原理是：自吸收器和跟踪系统。其工作原理是：自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位则根据太阳的方位随时调节聚
38、光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。辐射总是互相垂直的。太阳能热利用太阳能热利用太阳能热水器太阳能热水器太阳热水器于太阳热水器于20年代流行于美国的西南年代流行于美国的西南部地区。随着石油和电力价格的上升，部地区。随着石油和电力价格的上升，更有效率的太阳能热水器和太阳更有效率的太阳能热水器和太阳能热暖器亦随之产生。能热暖器亦随之产生。20世纪世纪70年代年代在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就已普遍地使用。在美国北部，每平方公已普遍地使用。在美国北部，每平方公尺的太阳能热接收器，每尺的太阳能热接收器，每
39、6个月可节省个月可节省30.5公升的热气用的汽油，或是公升的热气用的汽油，或是215kWh的电力。的电力。太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。类：闷晒式、直流式和循环式。太阳能集热器工作原理图太阳能集热器工作原理图太阳能采暖太阳能采暖太阳能采暖可以分为主动式和被动式两太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水
40、应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。而被动（或热风）采暖系统中的锅炉。而被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。被动式太阳房。太阳房工作原理示意图太阳房工作原理示意图太阳能干燥太阳能干燥近年来世界各国对太阳能干燥进行了许近年来世界各国对太阳能干燥进行了许多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，缩短干燥时间，而且由于采用专门的干缩短干燥时间，而且由于采用专门的干燥室，因此干净卫生，必要时还可采用燥室，因此干净卫生，必要时还可采
41、用杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又可延长产品贮存时间。可延长产品贮存时间。太阳能干燥器按干燥器（或干燥室）获太阳能干燥器按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：集热器型干燥器，得能量的方式可分为：集热器型干燥器，温室型干燥器，集热器温室型干燥器。温室型干燥器，集热器温室型干燥器。太阳能海水淡化太阳能海水淡化地球上的水资源中，含盐的海水占了地球上的水资源中，含盐的海水占了97%，随着人口增加，大工业发展，使，随着人口增加，大工业发展，使得城市用水日趋紧张。为了解决日益严得城市用水日趋紧张。为了解决日益严重的缺水问题，海水淡化越来越受重视。重的缺水问题，海水淡
42、化越来越受重视。世界上第一座太阳能海水蒸馏器是由瑞世界上第一座太阳能海水蒸馏器是由瑞典工程师威尔逊设计、典工程师威尔逊设计、1872年在北智利年在北智利建立的，面积为建立的，面积为44 504 m2，日产淡水日产淡水17.7吨吨。这座太阳能蒸馏海水淡化装置一。这座太阳能蒸馏海水淡化装置一直工作到直工作到1910年年。太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能蒸馏器太阳能蒸馏器。还有另一类多效太阳能蒸馏器。它是一还有另一类多效太阳能蒸馏器。它是一种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳能的集热器和海水蒸发器组成，并利用能的集热器和海水蒸
43、发器组成，并利用集热器中的热水将蒸发器中的海水加热集热器中的热水将蒸发器中的海水加热蒸发。蒸发。在干旱的沙漠地带，将咸水淡化和太阳在干旱的沙漠地带，将咸水淡化和太阳能温室结合起来非常有前途。能温室结合起来非常有前途。太阳能热动力发电太阳能热动力发电太阳能热动力发电一直是太阳能热利用的主要太阳能热动力发电一直是太阳能热利用的主要研究方向，根据太阳能热动力发电系统中所采研究方向，根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些
44、集热器串面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。地中心附近的高塔顶端的接受器上。太阳能热动力发电太阳能热动力发电为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，发展了一种太阳坑发电技术。它是在地发展了一种太阳坑发电技术。它是
45、在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸汽。试验证实太阳坑发电的方案是可蒸汽。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。由于其技术简单，成本低，有巨行的。由于其技术简单，成本低，有巨大的市场潜力。大的市场潜力。另一种有前途的太阳能热动力发电技术另一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力
46、透平机。透明玻囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。这种发电抽走，驱动风力透平机发电。这种发电装置简单可靠，在西班牙已建有一座容装置简单可靠，在西班牙已建有一座容量为量为50 kW的试验电站。显然这种发电方的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。式非常适合于我国广大的西部地区。太阳能光利用太阳能光利用太阳能光利用最成功的是用光电转换太阳能光利用最成功的是用光电转换原理制成的太阳电池（又称光电池）。原理制成的太阳电池（又称光电池）。太阳电池太阳电池1954年诞生于美国贝尔实验室，年诞生于美
47、国贝尔实验室，随后随后1958年被用作年被用作“先锋先锋1号号”人造卫星人造卫星的电源上了天。的电源上了天。太阳电池是利用半导体内部的光电效应，太阳电池是利用半导体内部的光电效应，当太阳光照射到一种称为当太阳光照射到一种称为“PN结结”的的半导体上时，波长极短的光很容易被半半导体上时，波长极短的光很容易被半导体内部吸收，并去碰撞导体内部吸收，并去碰撞硅原子中的硅原子中的“价电子价电子”使使“价电子价电子”获得能量变成自获得能量变成自由电子而逸出晶格，从而产生电子流动。由电子而逸出晶格，从而产生电子流动。太阳能电池结构原理图太阳能电池结构原理图常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、常用太阳电
48、池按其材料可以分为：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问世，然而对人类最
49、有吸引力的是所谓太空太阳世，然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳站。站。太空太阳电站的建立无疑将彻底改善世界的能太空太阳电站的建立无疑将彻底改善世界的能源状况，人类都期待这一天的到来。源状况，人类都期待这一天的到来。第三节第三节风风能能风能资源风能资源太阳光从上而下照射大气层，使之升太阳光从上而下照射大气层，使之升温。又由于地球的自转和公转，地面温。又由于地球的自转和公转，地面附近各处受热不均，大气温差发生变附近各处受热不均，大气温差发生变化，引起空气流动。空气在水平方向化，引起空气流动。空气在水平方向上的流动就形成了风。上的流动就形成了风。风能资源风能资源由于风有一定的质量和速度，并且有由于
50、风有一定的质量和速度，并且有一定温度，因此它具有能量。太阳辐一定温度，因此它具有能量。太阳辐射到地球的光能大约有射到地球的光能大约有2转变为风能。转变为风能。尽管如此，风能的数量依然很大。它尽管如此，风能的数量依然很大。它相当于全球目前每年耗煤能量的相当于全球目前每年耗煤能量的1 000倍以上倍以上。中国是季风盛行的国家，风能资源量大中国是季风盛行的国家，风能资源量大面广。风能理论总储量约为面广。风能理论总储量约为161011W，可利用的风能资源约可利用的风能资源约2.51011W。据气象据气象部门多年观测资料，中国风能资源较好部门多年观测资料，中国风能资源较好的地区为东部沿海及一些岛屿；内陆
51、沿的地区为东部沿海及一些岛屿；内陆沿东北、内蒙古、甘肃至新疆一带，风能东北、内蒙古、甘肃至新疆一带，风能资源也较丰富。平均风能密度资源也较丰富。平均风能密度150300 W/m2，一年中有效风速超过一年中有效风速超过3 m/s的时间的时间为为4 0008 000小时。小时。风能利用风能利用风能利用历史悠久，风能利用历史悠久，我国是世界上最早利我国是世界上最早利用风能的国家之一。用风能的国家之一。风能是利用风力机将风能是利用风力机将风能转化为电能、热风能转化为电能、热能、机械能等各种形能、机械能等各种形式的能量，用于发电、式的能量，用于发电、提水、助航、致冷和提水、助航、致冷和致热等。致热等。风
52、力发电风力发电风力发电通常有三种运行方式：一是独风力发电通常有三种运行方式：一是独立运行方式，它用蓄电池蓄能，以保证立运行方式，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式相结合；三是风力发电并入常规电方式相结合；三是风力发电并入常规电网运行。电网运行。近十年来，全球的风电发展迅速，近十年来，全球的风电发展迅速，自自1995年以来，世界风能发电以年以来，世界风能发电以48.7的速的速率增长，即几乎增加近率增长，即几乎增加近5倍。倍。去年年底全去年年底全球装机容量球装机容量为为13 932 MW( (5个半核电厂个半核电厂) )，自，自20世纪
53、世纪90年代以来，全球风电的增年代以来，全球风电的增长，每年为长，每年为40( (和行动电话的成长可比和行动电话的成长可比美美) )，仅德国去年一年就装了，仅德国去年一年就装了1 568 MW( (半个核电厂半个核电厂) )，超过了其他传统的发电，超过了其他传统的发电总合。总合。风机和风场风机和风场风力泵水风力泵水风力泵水从古至今一直得到较普遍的应风力泵水从古至今一直得到较普遍的应用。用。现代风力泵水机根据用途可以分为两类：现代风力泵水机根据用途可以分为两类：一类是高扬程小流量的风力泵水机，它一类是高扬程小流量的风力泵水机，它与活塞泵相配提取深井地下水，主要用与活塞泵相配提取深井地下水，主要用
54、于草原、牧区，为人畜提供饮水；另一于草原、牧区，为人畜提供饮水；另一类是低扬程大流量的风力泵水机，它与类是低扬程大流量的风力泵水机，它与螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。风帆助航风帆助航在机动船舶发展的今天，为节约燃油和在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。展。风力致热风力致热“风力致热风力致热”是将风能转换成热能。目是将风能转换成热能。目前有三种转换方法：一是风力机发电，前有三种转换方法：一是风力机发电，再将电能通过电阻丝发
55、热，变成热能；再将电能通过电阻丝发热，变成热能；二是由风力机将风能转换成空气压缩能，二是由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能；三是将风力机直接转换再转换成热能；三是将风力机直接转换成热能。第三种方法致热效率最高。成热能。第三种方法致热效率最高。风力机风力机风力机又称风车，是一种将风能转换成风力机又称风车，是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。机械能、电能或热能的能量转换装置。风力机的类型很多，通常将其分为水平风力机的类型很多，通常将其分为水平轴风力机、垂直轴风力机和特殊风力机轴风力机、垂直轴风力机和特殊风力机三大类。但应用最广的还是前两种类型三大类。但应用最广的还是前两种
56、类型的风力机。的风力机。WTC型风力机内部结构示意图型风力机内部结构示意图风能优点风能优点风能蕴藏量大，分风能蕴藏量大，分布广；不枯竭，可布广；不枯竭，可再生，无污染，是再生，无污染，是一种可就地利用而一种可就地利用而且干净的能源。且干净的能源。风能缺点风能缺点受地理环境、季节、昼夜等因素的影响，受地理环境、季节、昼夜等因素的影响，要充分、有效地利用风能比较困难，需要充分、有效地利用风能比较困难，需要综合运用高新技术。就学科而言，它要综合运用高新技术。就学科而言，它涉及空气动力学、电机学、结构力学、涉及空气动力学、电机学、结构力学、材料学、气象学和控制论等。材料学、气象学和控制论等。第四节第四
57、节地地热热能能地热能综述地热能综述我们人类居住的这个星球，很像是一个我们人类居住的这个星球，很像是一个巨大的巨大的“热水瓶热水瓶”，外凉内热，而且是，外凉内热，而且是越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内部的热能称为部的热能称为“地热能地热能”。地球通过火。地球通过火山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴藏的热能源源不断地输送到地面上来。藏的热能源源不断地输送到地面上来。地热能综述地热能综述现代人们常说的温泉，就是人类的祖先现代人们常说的温泉，就是人类的祖先在很久以前就开始利用的一种地热能。在很久以前就开始利用的一种地热能。不过，人类
58、对地热能的大规模开发利用，不过，人类对地热能的大规模开发利用，可以说现在才刚刚起步。因此地热能是可以说现在才刚刚起步。因此地热能是一种开发潜力很大的新型能源。一种开发潜力很大的新型能源。地热循环地热循环地球内部推测温度分布曲线地球内部推测温度分布曲线地球内部推测温度分布曲线地球内部推测温度分布曲线地热资源的类型地热资源的类型热水型热水型。它是反映以水为主体的对流水。它是反映以水为主体的对流水热系统。这种地热能分布较广，约占已热系统。这种地热能分布较广，约占已探明的热资源的探明的热资源的10%；其温度范围也很；其温度范围也很广，从接近于室温到高达广，从接近于室温到高达390。地热资源的类型地热资
59、源的类型蒸汽型蒸汽型。是指以蒸汽为主体的对流水热。是指以蒸汽为主体的对流水热系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的水水(有的不含水有的不含水)。这类地热能比较容易。这类地热能比较容易开发利用，但储量不多，仅占已探明的开发利用，但储量不多，仅占已探明的地热资源总量的地热资源总量的0.5%左右。左右。地热资源的类型地热资源的类型地压型地压型。是指在高压下由深部地层提取。是指在高压下由深部地层提取含有可溶性甲烷含有可溶性甲烷(沼气沼气)的高盐分热水。的高盐分热水。它的温度约为它的温度约为150260
60、；其储量较大，；其储量较大，约占已探明的地热资源的约占已探明的地热资源的20%。地压型。地压型地热能的开发利用目前尚处于研究探索地热能的开发利用目前尚处于研究探索阶段。阶段。地热资源的类型地热资源的类型干热岩型干热岩型。是反映地层深处广泛存在的。是反映地层深处广泛存在的不含水分（或含有少量蒸汽）的岩石。不含水分（或含有少量蒸汽）的岩石。它的温度约为它的温度约为150650；其储量更大，；其储量更大，约占已探明的地热资源总量的约占已探明的地热资源总量的30%。地热资源的类型地热资源的类型熔岩型熔岩型。是埋藏部位最深的一种完全熔。是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩化的热熔岩(即岩浆即岩浆)，其温
61、度高达，其温度高达6501 200。熔岩储存的热能比其他几种都。熔岩储存的热能比其他几种都多，约占已探明的地热资源总量的多，约占已探明的地热资源总量的40%。不过在开采这种地热能时，需要在火山不过在开采这种地热能时，需要在火山地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很大，因此这种地热能目前尚未得到实际大，因此这种地热能目前尚未得到实际开发利用。开发利用。地热能的利用地热能的利用目前世界上大约有目前世界上大约有120多个国家和地区，多个国家和地区，已经发现和开采的地热泉及地热井多达已经发现和开采的地热泉及地热井多达 7 500多处。对于地热能的开发利用，目多处。对于地热
62、能的开发利用，目前主要是在采暖、发电、育种、温室栽前主要是在采暖、发电、育种、温室栽培和洗浴等方面。培和洗浴等方面。地热能的利用可分为地热能的利用可分为地热发电地热发电和和直接利直接利用用两大类。两大类。地热能的利用地热能的利用在在工业工业上，地热能可用于加热、干燥、上，地热能可用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。淡化等方面。在在农业生产农业生产上，地热能可用于温室育苗、上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜
63、、水果、花卉和香蕉，近年来又栽蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。培了咖啡、橡胶等热带经济作物。地热能的利用地热能的利用在在浴用医疗浴用医疗方面，人们早就用地热矿泉方面，人们早就用地热矿泉水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还设有专供沐浴医疗用的温泉。设有专供沐浴医疗用的温泉。地热发电系统地热发电系统地热发电系统主要有四种：地热发电系统主要有四种：地热蒸汽发电系统地热蒸汽发电系统：利用地热蒸汽推动利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术成汽轮机运转，产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要熟、运行安全可靠，是地热
64、发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。这种形式。地热蒸汽发电系统地热蒸汽发电系统地热发电系统地热发电系统双循环发电系统：双循环发电系统：也称有机工质朗肯循也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。机旋转，带动发电机发电。双循环发电系统双循环发电系统地热发电系统地热发电系统全流发电系统：全流发电系统：本系统将地热井口的全本系统将地热井口的全部流体
65、，包括所有的蒸汽、热水、不凝部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量，但技术上有一用地热流体的全部能量，但技术上有一定的难度，尚在攻关。定的难度，尚在攻关。全流发电系统全流发电系统地热发电系统地热发电系统干热岩发电系统：干热岩发电系统：利用地下干热岩体发利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。年提出的。1972年，他们在
66、新墨西年，他们在新墨西哥州北部打了两口约哥州北部打了两口约4000米的深斜井，米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。斯，但迄今尚无大规模应用。干热岩干热岩地热发电的好处地热发电的好处利用地热能来进行发电其好处很多：利用地热能来进行发电其好处很多：建造电站的投资少，通常低于水电站；建造电站的投资少，通常低于水电站；发电成本比火电
67、、核电及水电都低；发电成本比火电、核电及水电都低；发电设备的利用时间较长；发电设备的利用时间较长；地热能比较干净，不会污染环境；地热能比较干净，不会污染环境；发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产等等。地热能的直接利用地热能的直接利用地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水仍被人类广泛使用。工开采的地下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用据联合国统计，世界地热水的直接
68、利用远远超过地热发电。中国的地热水直接远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。利用居世界首位，其次是日本。地热水的直接用途非常广泛，主要有采地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等殖、旅温泉疗养保健等。地热供暖地热供暖地热务农地热务农地热养殖地热养殖我国的地热资源我国的地热资源据估计，全世界地热资源总量相当于据估计，全世界地热资源总量相当于 4 948万亿吨标准煤，据不完全统计，我万亿吨标准煤，据不完全统计，我国已查明地热资源相当于国已查明地热资源相当于2 000万亿吨标万亿吨标准煤。西藏、
69、云南、四川、广东、福建准煤。西藏、云南、四川、广东、福建等地的温泉多达等地的温泉多达1 503处，占全国温泉总处，占全国温泉总数的数的61.3。在全国。在全国121个水温高于个水温高于80的温泉中，云南，西藏占的温泉中，云南，西藏占62，广东、，广东、福建占福建占18.2，其他省区不足，其他省区不足15。我国地热资源我国地热资源我国地热资源的特点是类型较多，有近我国地热资源的特点是类型较多，有近期火山和岩浆活动类型；有把皱山区断期火山和岩浆活动类型；有把皱山区断裂构造类型；还有中新生代自流水盆地裂构造类型；还有中新生代自流水盆地类型。其形成主要受构造体系和地震活类型。其形成主要受构造体系和地震
70、活动的影响，与火山活动密切相关。动的影响，与火山活动密切相关。我国地热资源我国地热资源根据其形成的地质作用和赋存条件，可根据其形成的地质作用和赋存条件，可以划分为三种类型：以划分为三种类型：（1）火山或岩浆型地热资源；）火山或岩浆型地热资源；（2）盆地型中低温地热资源；）盆地型中低温地热资源；（3）断裂带型中低温地热资源。）断裂带型中低温地热资源。地热能的未来地热能的未来在在21世纪，一个个地热电站将屹立在世世纪，一个个地热电站将屹立在世界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、提界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、提炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。地热水经过利用后，
71、又成为清洁的水源地热水经过利用后，又成为清洁的水源供人们生产和生活使用，开拓了一条新供人们生产和生活使用，开拓了一条新水源。水源。地热能的未来地热能的未来未来随着科学技术的发展和进步，一座未来随着科学技术的发展和进步，一座座活火山将成为一个个热电厂；一块块座活火山将成为一个个热电厂；一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心；地热资源是地球奉献给人类的的中心；地热资源是地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。又一个能量宝库，有其不可估量的前途。第五节第五节海海洋洋能能可再生的海洋能源可再生的海洋能源海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中海洋是一个巨
72、大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。的可再生能源。可再生的海洋能源可再生的海洋能源海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海上空
73、的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。化，其他均源于太阳辐射。海洋能的特点海洋能的特点海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。能量，就得从大量的海水中获得。它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太
74、阳、射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。再生，就会取之不尽，用之不竭。海洋能的特点海洋能的特点海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的是波浪能。是波浪能。海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一海洋能属于清
75、洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。旦开发后，其本身对环境污染影响很小。潮潮汐汐能能潮汐能潮汐能因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，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。是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。潮汐中的巨大能量潮汐中的巨大能量海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大潮的
76、过程中，凶涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落潮的海水的巨大动能转换为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能。势能又转换为动能。潮差潮差潮起潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮起潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一般只有几十厘米至般只有几十厘米至1m左右。而在喇叭状左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，其潮差就比较大。海岸或河口的
77、地区，其潮差就比较大。蓝色的煤海蓝色的煤海据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有汐能约有27亿亿kW，若能把它充分利用起若能把它充分利用起来，其每年的发电量可达来，其每年的发电量可达33 480万亿万亿kWh。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为“蓝色的煤海蓝色的煤海”！潮汐发电潮汐发电潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力发电的原理相似。通过贮水库，电与水力发电的原理相似。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海能的形式保存
78、，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐发电潮汐发电具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。潮汐电站按照运行水轮发电机组发电。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分
79、成单方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三库单向型、单库双向型和双库单向型三种。种。潮汐发电的主要优点潮汐发电的主要优点潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；火电站那样要淹没或占用大量的良田；它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常是一种既不受气候条件影响而又非常“干干净净”的发电站；的发电站
80、；潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资也相对较少。也相对较少。世界主要潮汐电站世界主要潮汐电站法国朗斯潮汐电站法国朗斯潮汐电站 江厦潮汐发电站江厦潮汐发电站波波浪浪能能波浪能波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。种能源。波浪能波浪能全世界波浪能的理论估算值为全世界波浪能的理论估算值为109 kW量量级。利用中国
81、沿海海洋观测台站资料估级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为约为1.3107 kW。但由于不少海洋台站但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。其故实际的沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波中浙江、福建、广东和台湾沿海为波浪浪能丰富的地区。能丰富的地区。波浪能利用波浪能利用波浪发电是波浪能利用的主要方式，此波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能
82、利用装置的水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为波浪能利用被称为“发明家的乐园发明家的乐园”。波浪能利用的几个基本原理波浪能利用的几个基本原理利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波式波
83、力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。动汲筒中的活塞往复运动而做功。波浪发电站示意图波浪发电站示意图 波浪能供电的灯光浮标波浪能供电的灯光浮标 温温差差能能温差能温差能温差能是指海洋表层海水和深层海水之温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。间水温之差的热能。海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。另一化成为热水并储存在海洋的上层。另一方面，接近冰点的海水大面积地在不到方面，接近冰点的海水大面积地在不到 1 000 m的深度从极地缓慢地
84、流向赤道。的深度从极地缓慢地流向赤道。这样，就在许多热带或亚热带海域终年这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成形成20以上的垂直海水温差。利用这以上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。一温差可以实现热力循环并发电。温差发电温差发电温差发电的基本原理就是借助一种工作温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层冷水介质，使表层海水中的热能向深层冷水中转移，从而做功发电。中转移，从而做功发电。海洋温差能利用海洋温差能利用除了发电之外，海洋温差能利用装置还除了发电之外，海洋温差能利用装置还可以同时获得淡水、深层海水、进行空可以同时获得淡水、深层海水、进行空调并可以与
85、深海采矿系统中的扬矿系统调并可以与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。因此，基于温差能装置相结合。因此，基于温差能装置, ,可以建可以建立海上独立生存空间并作为海上发电厂、立海上独立生存空间并作为海上发电厂、海水淡化厂或海洋采矿、海上城市或海海水淡化厂或海洋采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。总之，温差能的开洋牧场的支持系统。总之，温差能的开发应以综合利用为主发应以综合利用为主。盐盐差差能能盐差盐差能能盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。主要存在于河海交接处。 同时，淡水丰同时
86、，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源的一种可再生能源。盐差能的利用盐差能的利用盐差能的利用主要是发电。其基本方式盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学电位是将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体主要有渗透压式、蒸汽压式和电，具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机协化学式等，其中渗透压式方案最受机协化学式等，其中渗透压式方案最受重视。重视。 海海流流能能海流能海流能海流能是指海水流动的
87、动能，主要是指海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正海流能的能量与流速的平方和流量成正比比。海流能的利用海流能的利用海流能的利用方式主要是发电，其原理海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。电装置都可以改造成为海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的但由于海水的密度约为空气的1 000倍，倍，且装置必须放于水下。故海流发电存在且装置必须放于
88、水下。故海流发电存在一系列的关键技术问题，包括安装维护、一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。安全性能等。 我国的海洋能开发我国的海洋能开发我国海洋能开发已有近我国海洋能开发已有近40年的历史，迄年的历史，迄今已建成潮汐电站今已建成潮汐电站8座。座。我国的海洋发电技术已有较好的基础和我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条件。件。第六节第六节生物质能生物质能生物质能简介生物质能简介生物能是
89、太阳能以化学能形式贮存在生生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。常规的固态、液态和气态燃料。生物质能简介生物质能简介生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要第四大能源，在
90、整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是人类赖以生存的地位。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物质能占总源，在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的能耗的14，但在发展中国家占，但在发展中国家占40以以上。上。生物质能的来源生物质能的来源柴薪柴薪至今仍是许多发展中国家的重要能源。至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。划与广泛植林。牲畜粪便牲畜粪便，牲畜的粪便，经
91、干燥可直接燃烧，牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。甲烷和肥料。制糖作物制糖作物，制糖作物可直接发酵，转变为乙，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。醇。水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转化水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。成燃料。生物质能的来源生物质能的来源城市垃圾城市垃圾，主要成分包括：纸屑（占主要成分包括：纸屑（占40%）、）、纺织废料（占纺织废料（占20%）和废弃食物（占）和废弃食物（占20%）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。经
92、过热分解处理制成燃料使用。城市污水城市污水，一般城市污水约含有一般城市污水约含有0.020.03的固体与的固体与99%以上的水分，下水道污以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。生物质能的利用技术生物质能的利用技术生物质能的利用技术大体上分为直接燃生物质能的利用技术大体上分为直接燃烧技术、物化转化技术、生化转化技术烧技术、物化转化技术、生化转化技术和植物油技术四大类，各类技术又包含和植物油技术四大类，各类技术又包含了不同的子技术。了不同的子技术。直接燃烧技术直接燃烧技术直接燃烧大致可分四种情况：直接燃烧大致可分四种情况：（1）炉灶燃烧；）炉灶燃烧；（
93、2）锅炉燃烧；）锅炉燃烧；（3）垃圾焚烧；）垃圾焚烧；（4）固型燃料燃烧。）固型燃料燃烧。物化转换技术物化转换技术物化转换技术包括三方面：物化转换技术包括三方面：（1）是干馏技术；）是干馏技术；（2）是气化制生物质燃气；）是气化制生物质燃气；（3）是热解制生物质油。）是热解制生物质油。生化转换技术生化转换技术生物转换技术主要是以厌氧消化和特种生物转换技术主要是以厌氧消化和特种酶技术为主。酶技术为主。生物能的优点生物能的优点提供低硫燃料；提供低硫燃料；提供廉价能源提供廉价能源(某些条件下某些条件下)；将有机物转化成燃料可减少环境公害将有机物转化成燃料可减少环境公害(例例如，垃圾燃料如，垃圾燃料)
94、；与其他非传统性能源相比较，技术上的与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。难题较少。生物能的缺点生物能的缺点植物仅能将极少量的太阳能转化成有机植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；物；单位土地面的有机物能量偏低；单位土地面的有机物能量偏低；缺乏适合栽种植物的土地；缺乏适合栽种植物的土地；有机物的水分偏多有机物的水分偏多(50%95%)。第七节第七节氢氢能能氢能简介氢能简介氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为积约为13.7亿亿km3，若把其中的氢提炼出若把其中的氢提炼出来，约有来，约有1.4109亿亿吨，所产生的热量是吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的
95、地球上矿物燃料的9 000倍。倍。氢能的优点氢能的优点燃烧热值高燃烧热值高：每千克氢燃烧后能放出每千克氢燃烧后能放出142.35kJ的热量，约为汽油的的热量，约为汽油的3倍，酒精的倍，酒精的3.9倍，焦炭的倍，焦炭的4.5倍。倍。清洁无污染清洁无污染：燃烧的产物是水，对环境无任燃烧的产物是水，对环境无任何污染。何污染。资源丰富资源丰富：氢气可以由水分解制取，而水是氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。地球上最为丰富的资源。适用范围广适用范围广：贮氢燃料电池既可用于汽车、：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。氢能实用化
96、所需要解决的技术难题氢能实用化所需要解决的技术难题大量地且低成本地制造氢的技术开发；大量地且低成本地制造氢的技术开发；安全地储藏、运送氢的技术开发；安全地储藏、运送氢的技术开发；高效率地转换氢能的技术开发；高效率地转换氢能的技术开发；将氢能用于社会各行各业的技术开发。将氢能用于社会各行各业的技术开发。氢的制取氢的制取氢能是一种二次能源，在人类生存的地氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必须将含氢物质分氢的存在极少。因此必须将含氢物质分解后方能得到氢气。最丰富的含氢物质解后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水（是水
97、（H2O），），其次就是各种矿物燃料其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。（煤、石油、天然气）及各种生物质等。因此要开发利用这种理想的清洁能源，因此要开发利用这种理想的清洁能源，必须首先开发氢源，即研究开发各种制必须首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。氢的方法。从含烃的化石燃料中制氢从含烃的化石燃料中制氢这是过去以及现在采用最多的方法。它这是过去以及现在采用最多的方法。它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。用蒸汽作催化剂以煤作料来制取氢气。用蒸汽作催化剂以煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：原料来制取氢气的基本反应过程为：用天
98、然气作原料、蒸汽作催化剂的制氢用天然气作原料、蒸汽作催化剂的制氢化学反应为：化学反应为：电解水制氢电解水制氢这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：分解水所需要的能量分解水所需要的能量Q是由外加电能提是由外加电能提供的。为了提高制氢效率，电解通常在供的。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为高压下进行，采用的压力多为3.05.0 MPa。热化学制氢热化学制氢这种方法是通过外加高温使水起化学分这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。到目前为止虽有多解反应来获取氢气。到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，种热化学制氢方法，但总效率
99、都不高，仅为仅为2050，而且还有许多工艺问，而且还有许多工艺问题需要解决。依靠这种方法来大规模制题需要解决。依靠这种方法来大规模制氢还有待进一步研究。氢还有待进一步研究。太阳能制氢太阳能制氢随着新能源的崛起，以水为原料、利用随着新能源的崛起，以水为原料、利用核能和太阳能来大规模制氢已成为世界核能和太阳能来大规模制氢已成为世界各国共同努力的目标。其中太阳能制氢各国共同努力的目标。其中太阳能制氢最具吸引力，也最有现实意义。最具吸引力，也最有现实意义。太阳能制氢太阳能制氢太阳热分解水制氢太阳热分解水制氢太阳能电解水制氢太阳能电解水制氢太阳能光化学分解水制氢太阳能光化学分解水制氢太阳能光电化学分解水
100、制氢太阳能光电化学分解水制氢模拟植物光合作用分解水制氢模拟植物光合作用分解水制氢光合微生物制氢光合微生物制氢氢氢的贮存的贮存氢在一般条件下是以气态形式存在的，氢在一般条件下是以气态形式存在的，这就为贮存和运输带来很大的困难。氢这就为贮存和运输带来很大的困难。氢的贮存有三种方法：高压气态贮存；低的贮存有三种方法：高压气态贮存；低温液氢贮存；金属氢化物贮存。温液氢贮存；金属氢化物贮存。氢能利用氢能利用氢能所具有的清洁、效率高、重量轻和储存及氢能所具有的清洁、效率高、重量轻和储存及输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐。人们的青睐。利用氢能的途径和
101、方法很多，如航天器燃料、利用氢能的途径和方法很多，如航天器燃料、氢能飞机、氢能汽车、氢能发电、氢介质储能氢能飞机、氢能汽车、氢能发电、氢介质储能与输送以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经与输送以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。随着实现，有的正在开发，有的尚在探索中。随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深入到人氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深入到人类活动的各个方面，直至走进千家万户。类活动的各个方面，直至走进千家万户。氢燃料电池氢燃料电池无污染，只有水排放。用它装成的电动无污染，只
102、有水排放。用它装成的电动车，称为车，称为“零排放车零排放车”、“绿车绿车”；无噪声，无传动部件，特别适于潜艇中无噪声，无传动部件，特别适于潜艇中使用；使用；起动快，起动快，8秒钟即可达全负荷；秒钟即可达全负荷；可以模块式组装，即可任意堆积成大功可以模块式组装，即可任意堆积成大功率电站；率电站；氢燃料电池氢燃料电池热效率高，它是目前各类发电设备中效热效率高，它是目前各类发电设备中效率最高的一种；率最高的一种；体积小，重量轻；体积小，重量轻；成本低，将来有可能降至每千瓦成本低，将来有可能降至每千瓦150300美元。美元。氢燃料电池氢燃料电池燃料电池用途广泛，可与太阳能电站、燃料电池用途广泛，可与太阳能电站、风力电站等建成贮能站，也可建成夜间风力电站等建成贮能站，也可建成夜间电能调峰电站，可望比抽水贮电站占地电能调峰电站，可望比抽水贮电站占地少，投资低。从环境保护的角度出发，少，投资低。从环境保护的角度出发，更是一种值得推广的新能源。更是一种值得推广的新能源。氢能的美好未来氢能的美好未来不远的将来，氢能汽车将驰骋于高速公不远的将来，氢能汽车将驰骋于高速公路上，氢能飞机将翱翔于蓝天，氢能飞路上，氢能飞机将翱翔于蓝天，氢能飞船将穿梭于星际，人类将迎来一个洁净、船将穿梭于星际，人类将迎来一个洁净、高效的明天。高效的明天。返回总目录
