物理知識在農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

劉海

摘要 ? ?國家經(jīng)濟的高速發(fā)展導(dǎo)致對能源的需求量日益增加，目前我國的可利用能源已日趨減少，因而開發(fā)新能源具有重要意義。農(nóng)業(yè)新能源主要包括太陽能、水能、風(fēng)能等，加大農(nóng)業(yè)新能源的開發(fā)利用、發(fā)揮新能源的優(yōu)勢可以在很大程度上緩解目前能源匱乏的問題，同時還能減少環(huán)境污染，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。這些新能源的開發(fā)應(yīng)用均與物理學(xué)密切相關(guān)，本文分析了物理知識在農(nóng)業(yè)新能源方面的應(yīng)用，以期為明確農(nóng)業(yè)新能源未來發(fā)展方向提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?物理知識;農(nóng)業(yè);新能源;應(yīng)用

中圖分類號 ? ?S181 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0168-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

能源是經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。我國是能源消費大國，但我國的能源利用效率還比較低，甚至比發(fā)達(dá)國家低約20%，產(chǎn)值能耗卻是發(fā)達(dá)國家的2倍[1]，這導(dǎo)致我國經(jīng)濟增長受到限制并且產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題。新能源的開發(fā)利用是基于更好地滿足人們需求、進(jìn)一步提升人們生活質(zhì)量提出的，其在傳統(tǒng)能源的基本功能上，可以達(dá)到減輕污染、節(jié)能減排的要求。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗占有重要地位，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)不可再生能源造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此，發(fā)展農(nóng)業(yè)新能源技術(shù)，走低能耗、低排放的可持續(xù)發(fā)展道路成為關(guān)鍵。

1 ? ?農(nóng)業(yè)新能源應(yīng)用形式

1.1 ? ?生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是指以生物質(zhì)材料為來源的各種形式的可再生能源，主要包括動植物及其排泄物等[2]。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變成燃料物質(zhì)，最終產(chǎn)物主要形式包括發(fā)電如沼氣發(fā)電、秸稈直燃發(fā)電和供氣如沼氣供氣、生物質(zhì)集中供氣等2種形式。沼氣利用在生物質(zhì)能利用中發(fā)揮重要作用，以農(nóng)作物秸稈、牲畜糞便和有機生活垃圾為原料放入沼氣池中進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣可用于農(nóng)戶生產(chǎn)生活、發(fā)電，同時沼液、沼渣可作為肥料用于農(nóng)田和溫室種植，以減少化學(xué)肥料的使用。歐美現(xiàn)階段已將沼氣并入天然氣網(wǎng)，用于沼氣燃料電池、車用燃料等。農(nóng)業(yè)秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要產(chǎn)物，每年秸稈焚燒都會對環(huán)境造成惡劣影響。雖然國家已限制農(nóng)村秸稈焚燒，但仍然存在一些問題，建造沼氣池可以有效地解決該問題，緩解環(huán)境污染。

1.2 ? ?太陽能

太陽能是農(nóng)業(yè)上最常見的一種可利用能源，太陽能發(fā)電可以結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、灌溉、病蟲害、農(nóng)業(yè)機械等，且應(yīng)用形式趨于多樣化。最常見的應(yīng)用模式是光伏農(nóng)業(yè)大棚，即通過設(shè)置不同透光率太陽能電池板或光伏薄膜解決大棚的光照問題，具有滿足不同采光需求、節(jié)約土地資源等優(yōu)點。

1.3 ? ?其他形式

其他形式的應(yīng)用主要包括風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿?，風(fēng)能主要應(yīng)用于發(fā)電，用現(xiàn)代科技改進(jìn)傳統(tǒng)風(fēng)車，替代傳統(tǒng)的人力處理以實現(xiàn)風(fēng)車現(xiàn)代化應(yīng)用。此外，還有一種形式是采用離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機，促進(jìn)風(fēng)能在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[3]。水能的應(yīng)用主要包括潮汐、河流水能、海流能、波浪能等能量資源，其中最常見且最成熟的是河流水能。地?zé)崮苤饕菓?yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室中，但目前該技術(shù)應(yīng)用還存在一些問題并未形成產(chǎn)業(yè)化模式。

2 ? ?物理學(xué)知識在農(nóng)業(yè)新能源中的應(yīng)用

2.1 ? ?太陽能開發(fā)

可再生能源是一種新興產(chǎn)業(yè)，具有巨大的開發(fā)利用潛力，但目前在我國該技術(shù)仍處于起步階段，許多問題需要進(jìn)一步研究。再生能源的開發(fā)利用，均以物理學(xué)知識作為基礎(chǔ)理論背景，目前太陽能已應(yīng)用在各個方面，如通過光—熱、光—電、光—化學(xué)進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)化，根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，可以將太陽能充分應(yīng)用于各個方面[4]。其中太陽能利用光—熱形式是最常見的一種轉(zhuǎn)換形式，即通過傳播、對流、輻射等基本方式進(jìn)行傳熱并取得所需能量，然后再加以利用。這些傳播過程中遵循最基本的物理學(xué)定理，即傅立葉定律、牛頓冷卻定律及斯特藩-玻爾茲曼定律。例如，集熱器直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，任何不同的集熱器在本質(zhì)上都可以直接對太陽的輻射進(jìn)行吸收，接著使傳熱介質(zhì)能夠在短時間內(nèi)升溫將水燒至人們需要的溫度，減少煤炭等不可再生資源的利用;太陽能光—電轉(zhuǎn)換主要利用光生伏打效應(yīng)，直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)為電能;太陽能光—化學(xué)的轉(zhuǎn)換主要是通過對光化學(xué)反應(yīng)的研究來研制光化學(xué)電池。這里光化學(xué)電池的主要組成部分是半導(dǎo)體材料和電解液。太陽能的開發(fā)和利用還需要加大技術(shù)投入，以提高太陽能的利用效率，推進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2 ? ?生物質(zhì)能開發(fā)

中國的生物質(zhì)能資源量較大，其可以固化成型為高效燃料。在生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈中，許多物理問題至關(guān)重要，例如生物質(zhì)燃燒過程中鍋爐受熱面會腐蝕，帶來巨大安全隱患，研究腐蝕性機理及防治措施具有重要意義。此外，在垃圾燃燒發(fā)電過程中，不可燃燒物及燃燒生成有害氣體的排放問題也亟待解決，燃燒前的物理處理成為減少有害氣體、提升燃燒效率的關(guān)鍵問題。

2.3 ? ?資源勘探與開發(fā)

物理學(xué)知識在資源勘探、開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用，物探方法是利用地球表面的引力場、電磁場及彈性波場等進(jìn)行測量與計算以獲得地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的一種有效方法。

3 ? ?結(jié)語

能源問題是世界各國的焦點問題，我國面臨能源約束等一系列問題，尤其在農(nóng)業(yè)新能源的開發(fā)利用上。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域推廣新能源可以減少環(huán)境污染，推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，但要使農(nóng)業(yè)新能源利用形成一定市場規(guī)模，仍然面臨諸多問題。物理學(xué)的進(jìn)一步研究和發(fā)展會推進(jìn)農(nóng)業(yè)新能源的開發(fā)利用，而對能源的迫切需求也會促進(jìn)物理學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展，兩者相輔相成。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] 俞衛(wèi)東.新能源在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2014，40（5）：7-10.

[2] 唐維.發(fā)展農(nóng)村新能源：一場節(jié)能的攻堅之戰(zhàn)[J].節(jié)能與環(huán)保，2011（9）：30.

[3] 方玉強.淺論新能源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2017，28（16）：159-160.

[4] 陳曉棟，褚慶全.基于健康農(nóng)業(yè)理念的光伏生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃研究[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2014，19（10）：45-51.