在过去的20世纪中,人类使用的主要能源是煤原油和天然气。根据国际能源机构的统计,按照目前对这几种能源应用量的趋势发展下去,原油能供人类开采的年限只有40年,天然气只有50年,煤炭只有240年。
50年对人类历史来说是非常非常短促的。如果今天是20岁左右的年轻人,到六七十岁的时候,已经没有原油和天然气可用,这是何等恐怖的景象。所以,从现在就逐年降低它们的消耗量,大力开发水电,有条件地开发核电,并开发新的能源来替代传统能源,已经成为人类发展中的紧迫课题。
人类将到哪里去寻找新的能源呢?一些先进国家的能源专家提出,今后应将着重开发利用太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能这五种新能源。太阳能。利用太阳能的方式很多,太阳能可以转化为热能和电能。例如利用太阳热能供暖、供热水;用太阳辐射的光子能量,照射到半导体材料上,转变为电能,这就是“光生伏打效应”。应用“光生伏打效应”制成太阳能电池,驱动交通工具和其他动力装置等等,这些是太阳能小型、分散的利用形式。把入射的太阳光集中起来,转变为热能,加热水,变为高温水蒸气,用蒸汽推动涡轮带动发电机发电,是大型的太阳能利用方式。
钱学森曾经估算,按太阳能电池10%的转换效率,全国10%的面积覆盖太阳能电池板,一年的发电量相当于196亿吨标准煤的发电量。更大型集中利用太阳能的方式,则是太空发电。在距离地面3万多千米高空的同步卫星上,太阳能电池每天24小时内均可发电,而且效率比地面发电高10倍。如果按1平方米发电140一170瓦计算,一个80千平方米的太空太阳能电站可以达到500万千瓦发电能力。太空电能可以通过对人体无害的微波源源不断地向地面输送,其损耗低于2%。
风能。风能利用技术的不断革新,使这种丰富而又无污染的能源具有更大利用价值。风能利用的主要途径有:风力发电、风车提水、风力助航、风力制热取暖,其中风力发电是风能利用的主要形式。估计在以后的二三十年内,风力发电量将要占欧共体电站全部总电力的30%左右。我国季风盛行,可利用的风能资源达2.5亿千瓦,主要分布在沿海和西北部;风能密度为200一300瓦/米平方地热能。目前世界上已投人运行的地热发电站近二百座,装机容量数百万千瓦。研究表明,地热能的蕴藏量相当于地球煤炭储量热能的1.7万倍,可供人类消耗几百万年,是一种取之不尽、用之不竭的不消耗任何燃料的能源,今后将会得到优先开发利用。我国地热能资源量约4000多亿吨标准煤,高温地热能主要存储在西藏南部、云南西部、福建、广东和台湾等地,中、低温地热资源遍布全国各地。
海洋能。主要的开发形式是海洋潮汐发电。80年代中期,挪威成功地建成一座小型潮汐发电站,让涨潮的海水冲进一定高度的大型贮水池,利用池水下泄发电。据测算,日本平均每1米长的海岸蕴藏着9千瓦的能量。日本海洋科技中心已经建造了一座巨鲸型海浪发电装置,最大输出功率高达110千瓦。已经在设计的单座潮汐电站,其发电量可供一个30万人口的城市使用。我国有广阔绵延的海岸线,海洋能储量丰富,可以开发的电量约为2000多万千瓦。
氢能。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一,是高效、清洁的能源,用太阳能或其他可再生能源制氢,不需要复杂的设备,就可提取出无穷无尽的氢。氢运输方便,作燃料用不会污染环境,质量又轻,优点很多。前苏联用氢作为“图一155"型飞机燃料的试验已经初步获得成功。近十年来,质子交换膜燃料电池技术有了突破性发展,为用氢能替代液体燃料和其他气体燃料创造了条件。世界上一些国家正积极试验用氢作为汽车的燃料,氢无疑也是人类未来要优先利用的能源之一。
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