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清潔能源與自然

能源是一切生命生存的基礎(chǔ),植物需要吸收光能,動(dòng)物需要攝入食物的化學(xué)能。人類(lèi)由于發(fā)現(xiàn)并利用了煤炭而步入現(xiàn)代化社會(huì),在某種意義上講,人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。所謂優(yōu)質(zhì)能源就是指能量密度高、易獲得、可控制的能源。

按照是否可再生、利用方式、開(kāi)發(fā)周期等能源可以劃分為多種類(lèi)型?,F(xiàn)如今溫室效應(yīng)的環(huán)境壓力下,發(fā)展清潔能源已成為全球社會(huì)的共識(shí)。點(diǎn)擊下圖,讓我們一起了解各種清潔能源吧!

1) 風(fēng)能是什么?

是因空氣流做功而提供給人類(lèi)的一種可利用的能量,屬于可再生能源(包括水能,生物能等)??諝饬骶哂械膭?dòng)能稱(chēng)風(fēng)能。空氣流速越高,動(dòng)能越大。人們可以用風(fēng)車(chē)把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作去推動(dòng)發(fā)電機(jī),以產(chǎn)生電力。

2) 全球風(fēng)能總量有多大,在中國(guó)風(fēng)力資源主要分布在哪里呢?

全球的風(fēng)能約為2.74萬(wàn)億千瓦,其中可利用的風(fēng)能為200億千瓦(目前全球風(fēng)電裝機(jī)約3.2億千瓦),比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。我國(guó)10米高度層的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為32.26億千瓦,其中實(shí)際可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源儲(chǔ)量為2.53億千瓦。

中國(guó)近海風(fēng)能資源約為陸地的3倍,中國(guó)可開(kāi)發(fā)風(fēng)能資源總量約為10億千瓦。東南沿海及其附近島嶼是風(fēng)能資源豐富地區(qū),新疆北部、內(nèi)蒙古 、甘肅北部也是中國(guó)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。黑龍江、吉林東部、河北北部及遼東半島的風(fēng)能資源也較好。

青藏高原隨風(fēng)速大,但海拔高、空氣密度小,所以有效風(fēng)能密度也較低。云南、貴州、四川、甘肅、陜西南部、河南、湖南西部、福建、廣東、廣西的山區(qū)及新疆塔里木盆地和西藏的雅魯藏布江為風(fēng)能資源貧乏地區(qū)。其中青海、甘肅、新疆和內(nèi)蒙可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量分別為1143萬(wàn)千瓦、2421萬(wàn)千瓦、3433萬(wàn)千瓦和6178萬(wàn)千瓦,是中國(guó)大陸風(fēng)能儲(chǔ)備最豐富的地區(qū)。

風(fēng)能是一種干凈的自然能源,不會(huì)像常規(guī)能源(如煤電,油電)那樣造成環(huán)境污染的問(wèn)題。平均每裝一臺(tái)單機(jī)容量為1兆瓦的風(fēng)能發(fā)電機(jī),每年可以減排2000噸二氧化碳(相當(dāng)于種植1平方英里的樹(shù)木)、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風(fēng)能產(chǎn)生1兆瓦小時(shí)的電量可以減少0.8~0.9噸的溫室氣體,相當(dāng)于煤或礦物燃料一年產(chǎn)生的氣體量。而且風(fēng)機(jī)不會(huì)危害鳥(niǎo)類(lèi)和其它野生動(dòng)物。在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下,風(fēng)能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>


3) 風(fēng)能的利用

風(fēng)能的利用主要是以風(fēng)能作動(dòng)力和風(fēng)力發(fā)電兩種形式,其中又以風(fēng)力發(fā)電為主。以風(fēng)能作動(dòng)力,就是利用風(fēng)來(lái)直接帶動(dòng)各種機(jī)械裝置,如帶動(dòng)水泵提水等這種風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:投資少、工效高、經(jīng)濟(jì)耐用。

4) 何謂風(fēng)力發(fā)電?風(fēng)力發(fā)電的基本工作原理是什么?

眾所周知,風(fēng)是空氣流動(dòng)的結(jié)果,它是由地球自轉(zhuǎn)和太陽(yáng)輻射共同作用形成的。以風(fēng)力為動(dòng)力做功,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)(風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能),產(chǎn)生能量(機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能),這種發(fā)電方式叫做風(fēng)力發(fā)電。

5) 發(fā)展風(fēng)力發(fā)電具有什么優(yōu)勢(shì)?

風(fēng)電技術(shù)日趨成熟,產(chǎn)品質(zhì)量可靠,可用率已達(dá)95%以上,已是一種安全可靠的能源,風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高,發(fā)電成本已接近煤電,低于油電與核電,若計(jì)及煤電的環(huán)境保護(hù)與交通運(yùn)輸?shù)拈g接投資,則風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性將優(yōu)于煤電。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)工期短,單臺(tái)機(jī)組安裝僅需幾周,從土建、安裝到投產(chǎn),只需半年至一年時(shí)間,是煤電、核電無(wú)可比擬的。

投資規(guī)模靈活,有多少錢(qián)裝多少機(jī)。對(duì)沿海島嶼,交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū),地廣人稀的草原牧場(chǎng),以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆來(lái)說(shuō),可作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種有效途徑。

6) 什么是風(fēng)電場(chǎng)?

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)電場(chǎng)),是將多臺(tái)大型并網(wǎng)式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在風(fēng)能資源好的場(chǎng)地,按照地形和主風(fēng)向排成陣列,組成機(jī)群向電網(wǎng)供電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)就像種莊稼一樣排列在地面上,故形象地稱(chēng)為“風(fēng)力田”。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)于20世紀(jì)80年代初在美國(guó)的加利福尼亞州興起,現(xiàn)在被全世界大力發(fā)展風(fēng)電的各個(gè)國(guó)家廣泛采用。

1)什么是原子能?

原子是由質(zhì)子、中子和電子組成。 原子的核心部分稱(chēng)為原子核,由質(zhì)子和中子構(gòu)成。原子能即原子核能,是核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)放出的能量。
例如,核電站所用的核燃料中有效成分是鈾235,如果能讓1千克鈾235的原子核全部分裂成碎片(裂變),則它可以釋放出相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出的能量。

2)什么是核電站?

核電站是利用核能來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)電力的發(fā)電站。它與我們常見(jiàn)的火力發(fā)電廠一樣,都用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。它們的主要不同在于蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。火電站依靠燃燒化石燃料(煤、石油或天然氣)釋放的化學(xué)能制造蒸汽,核電站則依靠核燃料的核裂變反應(yīng)釋放的核能來(lái)制造蒸汽。

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1) 太陽(yáng)能是什么?

一般是指太陽(yáng)光的輻射能量,在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。太陽(yáng)內(nèi)部高溫核聚變反應(yīng)所釋放的輻射能,其中約二十億分之一到達(dá)地球大氣層,是地球上光和熱的源泉自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存,而自古人類(lèi)也懂得以陽(yáng)光曬干物件,但在化石燃料減少下,才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。

太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。

2) 我國(guó)太陽(yáng)能資源分布

在我國(guó),西藏西部太陽(yáng)能資源最豐富,最高達(dá)每平方米2333千瓦時(shí)(日輻射量每平方米6.4千瓦時(shí)),居世界第二位,僅次于撒哈拉大沙漠。根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少,可將全國(guó)劃分為五類(lèi)地區(qū)。

3) 太陽(yáng)能的利用

(1) 光與熱的轉(zhuǎn)換。如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能灶、太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)等。

(2) 光與電的轉(zhuǎn)換,如太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能車(chē)、船等。

太陽(yáng)能清潔能源是將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換成為其他形式的熱能、電能、化學(xué)能,能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中不產(chǎn)生其他有害的氣體或固體廢料,是一種環(huán)保、安全、無(wú)污染的新型能源。目前開(kāi)展的對(duì)太陽(yáng)能綜合利用的全生命評(píng)估(LCA)結(jié)果顯示,以往的太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換的利用方式,由于依賴(lài)太陽(yáng)能電池板這一生產(chǎn)過(guò)程中高污染、高耗能的材料,因此利用成本和環(huán)境代價(jià)都較高。目前研究的熱電在太陽(yáng)能熱利用方向上。

4) 光熱發(fā)電是什么?

太陽(yáng)能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽(yáng)熱能,通過(guò)換熱裝置提供蒸汽,結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝,從而達(dá)到發(fā)電的目的。采用太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù),避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝,可以大大降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本。而且,這種形式的太陽(yáng)能利用還有一個(gè)其他形式的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),即太陽(yáng)能所燒熱的水可以?xún)?chǔ)存在巨大的容器中,在太陽(yáng)落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電。

5) 什么是光熱電站?

這種發(fā)電站就是先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成熱能,然后再通過(guò)機(jī)械能裝置轉(zhuǎn)變成電能。熱能充當(dāng)了從太陽(yáng)能到電能的“中介人”。太陽(yáng)能熱電站的能量轉(zhuǎn)換它與分布式聚光器的主要區(qū)別是吸熱裝置不同。電站有一個(gè)高塔,塔頂上裝有鍋爐(中心接收器),塔的周?chē)b有平面反射鏡(定日鏡),它把陽(yáng)光反射后集中在鍋爐上,把鍋爐內(nèi)的工作物質(zhì)水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過(guò)管道一部分輸送到汽輪發(fā)電機(jī),一部分輸送到儲(chǔ)熱器把熱能儲(chǔ)存起來(lái),以備無(wú)陽(yáng)光時(shí)使用。目前美國(guó)、日本等國(guó)已建成少量太陽(yáng)能發(fā)電站。我國(guó)也已開(kāi)展了大量的研究與試驗(yàn)工作,特別是在分布式和塔式太陽(yáng)能發(fā)電站方面,已取得可喜的進(jìn)展。

6) 光熱發(fā)電的原理

太陽(yáng)能光熱發(fā)電的原理是,通過(guò)反射鏡將太陽(yáng)光匯聚到太陽(yáng)能收集裝置,利用太陽(yáng)能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)(液體或氣體),再加熱水形成蒸汽帶動(dòng)或者直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電在早上6點(diǎn)鐘以前即可供應(yīng)能量,之后可持續(xù)供應(yīng)能量到24點(diǎn),這是光伏發(fā)電所不能達(dá)到的。

7) 光熱發(fā)電的優(yōu)勢(shì)在哪里?

從技術(shù)角度上看,光熱發(fā)電有其獨(dú)到的三大優(yōu)勢(shì)。一是上網(wǎng)功率平穩(wěn),時(shí)間長(zhǎng)??紤]云遮情況,目前蓄熱時(shí)間10小時(shí)左右,而光伏卻沒(méi)有蓄電系統(tǒng)。二是余熱綜合利用,這是其他新能源所沒(méi)有的特性。這個(gè)特性可使光熱發(fā)電與常規(guī)能源實(shí)現(xiàn)互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)減煤目標(biāo),達(dá)到節(jié)能減排效果。三是優(yōu)異的環(huán)境特性。光熱發(fā)電每千千瓦時(shí)電量排出二氧化碳僅有12千克,光伏發(fā)電是110千克,天然氣發(fā)電為435千克,煤電為900千克。

8) 光伏發(fā)電是什么?

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

9) 什么是光伏電站?

光伏電站是利用太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng),有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。

10) 光伏發(fā)電的原理是什么呢?

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成,它們主要由電子元器件構(gòu)成,不涉及機(jī)械部件。光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級(jí)電站,小到玩具,光伏電源無(wú)處不在。

11) 光伏發(fā)電優(yōu)點(diǎn)有哪些?

(1) 太陽(yáng)能取之不盡,用之不竭,地球表面接受的太陽(yáng)輻射能,足夠滿(mǎn)足目前全球能源需求的1萬(wàn)倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng),所發(fā)電力就可以滿(mǎn)足全球的需要。太陽(yáng)能發(fā)電安全可靠,不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊;

(2) 太陽(yáng)能隨處可處,可就近供電,不必長(zhǎng)距離輸送,避免了長(zhǎng)距離輸電線路的損失;

(3) 太陽(yáng)能不用燃料,運(yùn)行成本很低;

(4) 太陽(yáng)能發(fā)電沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,不易用損壞,維護(hù)簡(jiǎn)單,特別適合于無(wú)人值守情況下使用;

(5) 太陽(yáng)能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物,沒(méi)有污染、噪聲等公害,對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響,是理想的清潔能源;

(6) 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短,方便靈活,而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減,任意添加或減少太陽(yáng)能方陣容量,避免浪費(fèi)。

12) 居民太陽(yáng)能發(fā)電優(yōu)勢(shì)眾多,多在哪?

目前,我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以火電為主,每年向大氣中排放大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物。而我國(guó)太陽(yáng)能資源卻很豐富。數(shù)據(jù)顯示,太陽(yáng)能發(fā)電資源能達(dá)到2.1萬(wàn)億千瓦,只需開(kāi)發(fā)1%即達(dá)到210億千瓦,這在國(guó)家節(jié)能減排事業(yè)中發(fā)揮重要作用。

一是能量投入產(chǎn)出比高。從新建電站所消耗能量與電站運(yùn)行周期內(nèi)的發(fā)電量之比看,太陽(yáng)能發(fā)電可達(dá)10~15倍,在光照良好的地區(qū)可達(dá)到15~20倍,這么巨大的能量產(chǎn)出與其他能源相比有很大優(yōu)勢(shì)。

二是從電站建設(shè)成本看,隨著太陽(yáng)能發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用和推廣,尤其是晶體硅產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟,建筑房頂、外墻等平臺(tái)的復(fù)合開(kāi)發(fā)利用,每千瓦太陽(yáng)能發(fā)電建設(shè)成本在近幾年內(nèi)可能降至7000元~10000元,相比其他可再生能源具有同樣經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

三是碳排放量最少。從目前各種發(fā)電方式的碳排放量來(lái)看,煤電為275克,油發(fā)電為20克,天然氣發(fā)電為181克,風(fēng)力發(fā)電為204克,而太陽(yáng)能發(fā)電則接近零排放。如果安裝90平方米的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備,日發(fā)電量最高可達(dá)到18度,年發(fā)電量平均達(dá)到5000度,相當(dāng)于節(jié)省約1900公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,減排二氧化碳6噸。
四是轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少最直接。太陽(yáng)能發(fā)電直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能,對(duì)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較少、利用也最為直接。

13) 我的屋頂想裝太陽(yáng)能發(fā)電,系統(tǒng)包括些什么?

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、逆變器等設(shè)備組成,其各部分設(shè)備的作用是:

(1)太陽(yáng)能電池方陣。太陽(yáng)電池方陣由太陽(yáng)電池組合板和方陣支架組成。因?yàn)閱蝹€(gè)太陽(yáng)電池的電壓一般比較低,所以通常都要把它們串、并聯(lián)構(gòu)成有實(shí)用價(jià)值的太陽(yáng)電池板,作為一個(gè)應(yīng)用單元,然后根據(jù)供電要求,再由多個(gè)應(yīng)用單元的串、并聯(lián)組成太陽(yáng)能電池方陣。太陽(yáng)能電池板(某些半導(dǎo)體材料,主要是多晶硅、單晶硅以及非晶硅,經(jīng)過(guò)一定工藝組裝起來(lái))是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的最主要組成部分,也是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。太陽(yáng)能電池板在有光照情況下,電池吸收光能,電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累,即產(chǎn)生“光生電壓”,這就是“光電效應(yīng)”。在光電效應(yīng)的作用下,太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),將光能轉(zhuǎn)換成電能,它是能量轉(zhuǎn)換的器件。

(2)蓄電池組。其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。在太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,可不加蓄電池組。

(3)控制器。對(duì)電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的裝置。

(4)逆變器。是將太陽(yáng)能電池方陣和蓄電池提供的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備,是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源,當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí),逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式,可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng),為獨(dú)立負(fù)載供電。

1) 海洋能源是什么?

海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源,主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽(yáng)能以及海洋生物質(zhì)能等。海洋能的表現(xiàn)形式多種多樣,通常包括:潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能等。

2) 潮汐能

潮汐能是從海水面晝夜間的漲落中獲得的能量。潮汐能包括潮汐和潮流兩種運(yùn)動(dòng)方式所包含的能量,潮水在漲落中蘊(yùn)藏著巨大能量,這種能量是永恒的、無(wú)污染的能量。潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降,因海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量成為潮汐能。

3) 波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能,是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能是由風(fēng)把能量傳遞給海洋而產(chǎn)生的,它實(shí)質(zhì)上是吸收了風(fēng)能而形成的。

4) 溫差能

溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。海洋是地球上一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱和蓄熱器。由太陽(yáng)投射到地球表面的太陽(yáng)能大部分被海水吸收,使海洋表層水溫升高。赤道附近太陽(yáng)直射多,其海域的表層溫度可達(dá)25~28℃,波斯灣和紅海由于被炎熱的陸地包圍,其海面水溫可達(dá)35℃。而在海洋深處50O~1000米處海水溫度卻只有3~6℃。這個(gè)垂直的溫差就是一個(gè)可供利用的巨大能源。在大部分熱帶和亞熱帶海區(qū),表層水溫和1000米深處的水溫相差20℃以上,這是熱能轉(zhuǎn)換所需的最小溫差。

5) 鹽差能

鹽差能是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。地球上的水分為兩大類(lèi):淡水和咸水。全世界水的總儲(chǔ)量為152.6立方千米,其中97.2%為分布在大洋和淺海中的咸水。在陸地水中,2.15%為位于兩極的冰蓋和高山的冰川中的儲(chǔ)水,余下的0.65%才是可供人類(lèi)直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各種礦物和大量的食鹽,1立方千米的海水里即含有3600萬(wàn)噸食鹽。在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差(相當(dāng)于240米的水頭)。

6) 海流能

海流能是另一種以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于節(jié)能環(huán)保潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。其中一種是海水環(huán)流,是指大量的海水從一個(gè)海域長(zhǎng)距離地流向另一個(gè)海域。海水流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大能量。

1) 生物質(zhì)能是什么?

生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體,光合作用利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水,將吸收的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為碳水化合物和氧氣。在各種可再生能源中,生物質(zhì)能是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物中的一種能量形式,是以生物質(zhì)為載體的能量,是一種唯一可再生的碳源,可轉(zhuǎn)化成常規(guī)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。

生物能是第四大能源,生物質(zhì)遍布世界各地,其蘊(yùn)藏量極大。世界上生物質(zhì)資源數(shù)量龐大,形式繁多,其中包括薪柴、農(nóng)林作物、尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能源作物,農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物,食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料,城市固體廢棄物,生活污水和水生植物等等(中國(guó)生物質(zhì)資源主要是農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾等四個(gè)方面)。生物質(zhì)能的原始能量來(lái)源于太陽(yáng),所以從廣義上講,生物質(zhì)能是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式。

2) 生物質(zhì)能的利用

生物質(zhì)能是一種清潔優(yōu)質(zhì)的可再生能源,有著廣泛的用途。

(1) 農(nóng)作物秸稈是能源

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品,也是我國(guó)農(nóng)村的傳統(tǒng)燃料。秸稈資源與農(nóng)業(yè)主要是種植業(yè)生產(chǎn)關(guān)系十分密切。

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)出量為6.04億噸,其中造肥還田及其收集損失約占15%,剩余5.134億噸??色@得的農(nóng)作物秸稈5.134億噸除了作為飼料、工業(yè)原料之外,其余大部分還可作為農(nóng)戶(hù)炊事、取暖燃料,目前全國(guó)農(nóng)村作為能源的秸稈消費(fèi)量約2.862億噸,但大多處于低效利用方式即直接在柴灶上燃燒,其轉(zhuǎn)換效率僅為10%~20%左右。采用秸稈氣化技術(shù),通過(guò)對(duì)秸稈不完全燃燒或干餾,獲得可燃?xì)庾魅剂?。或?qū)⒔斩捦ㄟ^(guò)生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣作燃料。這些生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)可提高能源利用2~4倍,因此,加快秸稈的優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢(shì)在必行。

(2) 垃圾發(fā)電

垃圾發(fā)電是把各種垃圾收集后,進(jìn)行分類(lèi)處理。其中:一是對(duì)燃燒值較高的進(jìn)行高溫焚燒(也徹底消滅了病源性生物和腐蝕性有機(jī)要物),在高溫焚燒(產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過(guò)處理)中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸氣,推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。二是對(duì)不能燃燒的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵、厭氧處理,最后干燥脫硫,產(chǎn)生一種氣體叫甲烷,也叫沼氣。再經(jīng)燃燒,把熱能轉(zhuǎn)化為蒸氣,推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。

(3) 沼氣

沼氣發(fā)酵又叫厭氧消化,是指利用人畜糞便、秸稈、污水等各種有機(jī)物在密閉的沼氣池內(nèi),在厭氧(沒(méi)有氧氣)條件下,被種類(lèi)繁多的沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化,最終產(chǎn)生沼氣的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,微生物是最活躍的因素,它們把各種固體或是溶解狀態(tài)的復(fù)雜有機(jī)物,按照各自的營(yíng)養(yǎng)需要,進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化,最終生成沼氣。沼氣是一種混合氣體,可以燃燒,因?yàn)檫@種氣體最先是在沼澤中發(fā)現(xiàn)的,所以稱(chēng)為沼氣,它的主要成分是甲烷占55%~70%左右,二氧化碳占25%~40%左右,此外還有少量氫氣、硫化氫、一氧化碳、氮和氨等。

(4) 新能源“生物柴油”

“生物柴油”是一種石油替代品。眾所周知,普通柴油是從石油中提煉的,而“生物柴油”則可從動(dòng)物、植物的脂肪中提取,在美國(guó),目前主要從大豆中提取。這是因?yàn)槊绹?guó)的大豆產(chǎn)量很高,價(jià)格也便宜。此外,用“生物柴油”作汽車(chē)燃料對(duì)環(huán)保也有積極意義——排放的廢氣所含的二氧化碳遠(yuǎn)沒(méi)有用普通柴油那么多,而二氧化碳正是加劇溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?。美?guó)康奈爾大學(xué)的生態(tài)與農(nóng)業(yè)科學(xué)專(zhuān)家戴維•迪溫塔爾教授曾對(duì)數(shù)種替代能源作了深入研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),“大豆柴油”是一種極好的替代能源。與乙醇相比較,生產(chǎn)同等量的“大豆柴油”所消耗的能源要低得多。此外,原本使用普通柴油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)須改動(dòng),就可改用“大豆柴油”,只是目前“大豆柴油”的生產(chǎn)成本還偏高,故售價(jià)略高于普通柴油。時(shí)下在美國(guó),越來(lái)越多的私家車(chē)和政府及企業(yè)的車(chē)輛開(kāi)始使用“生物柴油”,或普通柴油與“生物柴油”的混合燃料。據(jù)悉,生產(chǎn)“生物柴油”還有另一種原料:餐館用過(guò)的廢棄食用油和炸過(guò)薯?xiàng)l的黃油。

(5) 能源新秀——海帶

巨型海帶的實(shí)用價(jià)值,在國(guó)外已有實(shí)例可查。據(jù)國(guó)內(nèi)一位專(zhuān)家指出,美國(guó)政府在加州外海開(kāi)辟了一片面積400平方千米的海底農(nóng)場(chǎng),專(zhuān)門(mén)種植巨型海帶,每到收獲季節(jié),以特殊的采收船采收之后,或利用海帶本身具有的細(xì)菌自然發(fā)酵,或以人工方法加速發(fā)酵,它一年所產(chǎn)生的合成天然氣高達(dá)6.226多億立方米,可供5萬(wàn)人口的城市一年之用,這是以美國(guó)家庭的燃料耗用量而言的。

(6) 能源新秀——巨藻

巨藻可以用來(lái)提煉藻膠,制造五光十色的塑料、纖維板,也是制藥工業(yè)的原料。近年來(lái),科學(xué)家們對(duì)巨藻進(jìn)行了新的研究,發(fā)現(xiàn)它含有豐富的甲烷成分,可以用來(lái)制造煤氣。這一發(fā)現(xiàn)是引人矚目的。美國(guó)有關(guān)方面樂(lè)觀地估計(jì),這一新的綠色能源具有誘人的前景。將來(lái),它甚至可以滿(mǎn)足美國(guó)對(duì)甲烷的需求。
巨藻可以在大陸架海域進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)殖。由于成藻的葉片較集中于海水表面,這就為機(jī)械化收割提供了有利條件。巨藻的生長(zhǎng)速度是極為驚人的,每晝夜可長(zhǎng)高30厘米,一年可以收割3次。

最近,日本出光興產(chǎn)中央研究所的生物化學(xué)研究所等組成的科研小組宣布,他們成功地從一種淡水藻類(lèi)中提取出了石油。這種藻類(lèi)在吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用的過(guò)程中體內(nèi)蓄集了石油。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),這種藻類(lèi)不僅二氧化碳的吸收率高,而且其石油生成能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)想的程度。提取出的石油不僅發(fā)熱量高,而且氮、硫含量少。

3) 生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)有哪些?

生物質(zhì)能具備下列優(yōu)點(diǎn):

(1) 提供低硫燃料;

(2) 提供廉價(jià)能源(于某些條件下);

(3) 將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害(例如,垃圾燃料);

(4) 與其他非傳統(tǒng)性能源相比較,技術(shù)上的難題較少。

4) 生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)

生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農(nóng)村新能量、物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來(lái),解決燃料問(wèn)題;二是建立能量農(nóng)場(chǎng)、能量林場(chǎng)及海洋能量農(nóng)場(chǎng)。

(1) 生物質(zhì)汽化

將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料,稱(chēng)為生物質(zhì)汽化。其基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化(燃燒)的情況下,會(huì)產(chǎn)生出可燃的一氧化碳?xì)怏w,即煤氣。制造煤氣的設(shè)備稱(chēng)為汽化爐,人們故意不給足氧氣,讓含碳物質(zhì)在沒(méi)有足夠的空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳來(lái)。

(2) 生物質(zhì)液化

將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料,稱(chēng)為生物質(zhì)液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過(guò)微生物作用或化學(xué)合成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機(jī)械方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經(jīng)提煉成為可替代柴油的燃料。

(3) 生物質(zhì)熱分解

這是一項(xiàng)很有潛力的技術(shù),用于制取人造石油。一些生物質(zhì)通過(guò)熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質(zhì)得到充分利用。

(4) 能源農(nóng)場(chǎng)

即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地,以能源農(nóng)場(chǎng)的形式大規(guī)模培育生物質(zhì),并加工成可利用的能源。要對(duì)土地進(jìn)行合理規(guī)劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)條件的生物質(zhì)品種進(jìn)行培育、繁殖,以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)能植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農(nóng)場(chǎng)或江河能源農(nóng)場(chǎng)。同時(shí),將基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于能源農(nóng)場(chǎng)中,以提高能源轉(zhuǎn)化率。

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