廣泛應(yīng)用的新能源

陶菊 王鈺鍵 禹文洋

能源是人類藉以克服困難，維持生存的原動(dòng)力，譬如太陽給我們光熱，風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)車可以發(fā)電，燃燒汽油可用以推動(dòng)汽車，使用瓦斯可以烹調(diào)、取暖，凡此種種如太陽、風(fēng)、汽油、瓦斯等都是能源。近年來，無論核分裂、核融合和太陽能的研究發(fā)展，均呈現(xiàn)出一片蓬勃景象，但今日能源供應(yīng)市場燃料其蘊(yùn)藏量有限且日益枯竭、分布不均，使用時(shí)又污染嚴(yán)重，鑒於目前已經(jīng)投置的生產(chǎn)設(shè)備和應(yīng)用技術(shù)，預(yù)計(jì)主能源維持在能源主流的地位直至本世紀(jì)之末，因此人類當(dāng)務(wù)之急便是尋求更好用的燃料，并加緊改良現(xiàn)有能源的利用技術(shù)。下面是未來應(yīng)用較廣泛的兩種新能源。

一、新能源之生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。目前，很多國家都在積極研究和開發(fā)利用生物質(zhì)能。生物質(zhì)能蘊(yùn)藏在植物、動(dòng)物和微生物等可以生長的有機(jī)物中，它是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。

1、生物質(zhì)能的特點(diǎn)

1）可再生性生物質(zhì)屬可再生資源，生物質(zhì)能由于通過植物的光合作用可以再生，資源豐富，可保證能源的永續(xù)利用;

2）低污染性生物質(zhì)的硫含量、氮含量低;生物質(zhì)作為燃料時(shí)，由于它在生長時(shí)需要的二氧化碳相當(dāng)于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng);

3）廣泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能;

4）生物質(zhì)燃料總量十分豐富。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全世界總能源需求量，相當(dāng)于目前世界總能耗的十倍。

2、生物質(zhì)能的分類

依據(jù)來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等。林業(yè)生物質(zhì)資源是指森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源是指農(nóng)業(yè)作物;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物，如農(nóng)作物收獲時(shí)殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈。工業(yè)有機(jī)廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水等，其中都富含有機(jī)物。城市固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑業(yè)垃圾等固體廢物構(gòu)成。

3、生物質(zhì)能的利用

生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。目前人類對生物質(zhì)能的利用，包括直接用作燃料的有農(nóng)作物的秸稈、薪柴等;間接作為燃料的有農(nóng)林廢棄物、動(dòng)物糞便、垃圾及藻類等，它們通過微生物作用生成沼氣，或采用熱解法制造液體和氣體燃料，也可制造生物炭。生物質(zhì)能是世界上最為廣泛的可再生能源，現(xiàn)代生物質(zhì)能的利用是通過生物質(zhì)的厭氧發(fā)酵制取甲烷，生物油和生物炭，用生物質(zhì)制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技術(shù)培育能源植物，發(fā)展能源農(nóng)場。

二、新能源之核能

核能是核裂變能的簡稱。多年以前50科學(xué)家在的一次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個(gè)中子以后能分裂，在放出2—3個(gè)中子的同時(shí)伴隨著一種巨大的能量，這種能量比化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量大的多，這就是我們今天所說的核能。核能的獲得途徑主要有兩種，即重核裂變與輕核聚變。核聚變要比核裂變釋放出更多的能量。例如相同數(shù)量的氘和鈾-235分別進(jìn)行聚變和裂變，前者所釋放的能量約為后者的三倍多。被人們所熟悉的原子彈、核電站、核反應(yīng)堆等等都利用了核裂變的原理。只是實(shí)現(xiàn)核聚變的條件要求的較高，即需要使氫核處于幾千萬度以上的高溫才能使相當(dāng)?shù)暮司哂袆?dòng)能實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)。

1、核能利用—核電站

目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍處于絕對優(yōu)勢，但此種能源不僅燃燒利用率低，而且污染環(huán)境，它燃燒所釋放出來的二氧化碳等有害氣體容易造成"溫室效應(yīng)"，使地球氣溫逐年升高，造成氣候異常，加速土地沙漠化過程，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。與火電廠相比，核電站是非常清潔的能源，不排放這些有害物質(zhì)也不會(huì)造成"溫室效應(yīng)"，因此能大大改善環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。世界上核電國家的多年統(tǒng)計(jì)資料表明，雖然核電站的投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于燃煤成本，相反核燃料反應(yīng)所釋放的能量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核燃料取之不皆，這就使得目前核電站的總發(fā)電成本低于燒煤電廠。

2、中國核能發(fā)展的趨勢

核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時(shí)電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個(gè)優(yōu)勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，中國正在加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度。積極發(fā)展核電、風(fēng)電、水電等清潔優(yōu)質(zhì)能源已刻不容緩。中國能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主體，清潔優(yōu)質(zhì)能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機(jī)容量為870萬千瓦，預(yù)計(jì)到2010年中國核電裝機(jī)容量約為2000萬千瓦，到2050年，根據(jù)不同部門的估算，中國核電裝機(jī)容量可以分為高中低三種方案。中國國家發(fā)展改革委員會(huì)正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準(zhǔn)備到2020年中國電力總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為9億千瓦時(shí)，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國核電在2020年時(shí)將為3600-4000萬千瓦。從核電發(fā)展總趨勢來看，中國核電發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略路線早已明確并正在執(zhí)行，當(dāng)前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆。具體地說就是，近期發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站;為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線，中期發(fā)展快中子增殖反應(yīng)堆核電站;遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“永遠(yuǎn)”解決能源需求的矛盾。

人口增加，每人耗費(fèi)的能源用量也不斷升高，但自然界的能源蘊(yùn)藏并非無窮，與傳統(tǒng)能源逐漸枯竭之際，對各種形式再生能源的開發(fā)研究正被各國重視，現(xiàn)今社會(huì)人類終於體悟到能源不容我們的任意揮霍，因此除了積極開發(fā)新能源、改善能源利用的效率外，也應(yīng)研究如何在不降低生活水準(zhǔn)、不減緩工業(yè)發(fā)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)成長的前題下，努力節(jié)約能源。