能源科学

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:51:06

能源的分类　　自然界中的能源虽然有很多种类，但根据它们的初始来源，当前也只概括为四大类。　　第一类是与太阳有关的能源。太阳能除可直接利用它的光和热外，它还是地球上多种能源的主要源泉。目前，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。这部分能量为人类和动物界的生存提供了能源。煤炭、石油、天然气、油页岩等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。从数量上看，太阳能非常巨大。理论计算表明，太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于500多万吨煤燃烧时放出的热量；一年就有相当于170万亿吨煤的热量，现在全世界一年消耗的能量还不及它的万分之一。但是，到达地球表面的太阳能只有千分之一二被植物吸收，并转变成化学能贮存起来，其余绝大部分都转换成热，散发到宇宙空间去了。　　第二类是与地球内部的热能有关的能源。地球是一个大热库，从地面向下，随着深度的增加，温度也不断增高。从地下喷出地面的温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球上的地热资源贮量也很大，按目前钻井技术可钻到地下10公里的深度，估计地热能资源总量相当于世界年能源消费量的400多万倍。　　第三类是与原子核反应有关的能源。这是某些物质在发生原子核反应时释放的能量。原子核反应主要有裂变反应和聚变反应。目前在世界各地运行的440多座核电站就是使用铀原子核裂变时放出的热量。使用氘、氚、锂等轻核聚变时放出能量的核电站正在研究之中。世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。这些裂变燃料足够人类使用到迎接聚变能的到来。聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40万亿吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够人类过渡到氘、氘聚变的年代。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。因此，只要解决核聚变技术，人类就将从根本上解决能源问题。实现可控制的核聚变，以获得取之不尽、用之不竭的聚变能，这正是当前核科学家们孜孜以求的。　　第四类是与地球一月球一太阳相互联系有关的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间产生的引力使海水涨落而形成潮汐能。与上述三类能源相比，潮汐能的数量很小，全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约为6000万吨煤。　　以上四大类能源都是自然界中现成存在的、未经加工或转换的能源。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:51:31

能源的应用　　能源是指可为人类提供能量的自然资源，它和材料、信息构成了近代社会得以繁荣和发展的三大支柱。能源是人类文明进步的先决条件，它的开发和利用是衡量一种社会形态、一个时代、一个国家经济发展、科技水平与民众生活质量的重要标志。人们对能源在人类社会发生与发展史上的重要地位与作用的认识，经历了一个相当长的历史过程。本世纪70年代初与80年代初先后爆发两次世界性石油危机以及90年代的海湾战争以来的实践，大大增强了人们对能源问题的重要性的认识，显示了能源在国际政治、经济、军事格局中的战略地位。　　和平与发展是当今世界的两大主题。显然，科学技术的发展、国民经济的繁荣、国防建设的加强、社会生活质量的提高、人类文明的进步等等，都必须以充足的能源供应为基础。因此，能源便成为一个世界性的战略问题。当今世界各国都在为获取充足的能源而拼搏，而且无不对解决能源问题的决策给予了极大重视。我国正在进行以实现四个现代化为目标的大规模经济建设，国民经济的持续、快速、健康发展必须有充足的能源作保证。我国的能源建设取得了举世瞩目的成就。但是，我国能源资源的人均拥有量并不多。分布也极不均衡，利用效率低，能源供应总量不足，尤其是以煤炭为主的能源结构带来的弊病等等都是不容忽视的。因此，1982年召开的中国共产党第十二次代表大会，已把能源确定为我国经济发展的战略重点。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:52:07

能源家族　　能源家族成员种类繁多，而且新成员不断加入。概括地说凡是能被人类利用以获得有用能量的各种来源都可以加入到能源家族中来。能源家族从不同的角度可以划分不同的成员，从其产生的方式以及是否可再利用的角度可分为一次能源和二次能源、可再生能源和不可再生能源；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源；根据使用的类型又可分为常规能源和新型能源。　　一次能源：有可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源。其中，水、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，它们构成了全球能源家族结构的基本框架。另外，一次能源小家族中也列入了像太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能。　　二次能源：包括电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等等。　　污染型能源：包括像煤炭、石油等；清洁型能源：包括像水力、电力、太阳能、风能和核能等。　　常规能源：包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。　　新型能源：包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:52:36

火的发现　　火，原是大自然中的一种自然现象。如火山爆发引起的大火，雷电使树木、含油特质等易燃烧而产生的天然火。这些野火远在人类诞生以前就存在于地球上了。在人类的童年时代还不会用火，人们称这个时代是“茹毛饮血”的时代。从现有资料看，人类最迟在50～60万年前才开始用火。?　　人类发展历史告诉我们，用火是继石器制作之后，在人类获取自由的征途上又一件划时代的大事，它开创了人类进一步征服自然的新纪元。据推测，原始人用火可有两个阶段，最初只是利用火山爆发的火，或者雷电击树木或石油物质所产生的天然火。当他们最初尝到经大火烧熟的野物时，觉得比起生吃野物的味美得多，而且更易咀嚼，于是人们开始变生食为熟食，改变了“茹毛饮血”的原始状态。原始人还利用火来驱赶洞穴里的野兽，为自己争得居住的场所。当时，人们对火种的保存和火堆的管理还是煞费苦心的。?　　原始人类在使用天然火的漫长过程中，不断加深对火的认识，到了化石智人阶段，开始了人工取火。最早的取火方法是用黄铁矿拓击燧石，冒出火花点燃引火物而获得火种。到了旧石器时代晚期，随着钻孔和磨制技术的发展，才发明了摩擦的人工取火方法。?人们学会取火后，便尽力扩大火的用途，从而使火在人类征服自然界中发近着巨大的作用。　　首先，用火来帮助狩猎。其次，火可用来加工武器和工具，例如木矛用火烧后再冷却，它的尖部变得坚硬。第三，借助火的使用，人们学会了在任何气候下生活，人类向过去未曾生活过的地区扩散。第四，特别是人类在长期用火的过程中，发现泥土经过焙烧后变得坚固而不透水，并且还可以依照人们的需要烧制成各种器皿，这就发明了陶器。陶器的制造成功，是人类在火的作用下，对于一种物质(粘土0的物理化学变化最早的有意义的运用。第五，原始农业的发展与火的合用也是紧密联系在一起的。当时的农业十分粗放，然而“刀耕火种”，却对人们定居下来起到了很重要的作用。?　　原始社会末期，社会的行物质生产有了进一步的发展，随着用火本的提高，人们开始冶炼金属，使用青铜器了。以后由于鼓风技术的诞生，人们进一步发明了生铁的冶炼。有了青铜器和铁器后，大规模地砍伐森林、开垦荒地、发展农业和开发牧场成为可能。因此，火有力地促进了社会生产的发展。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:52:57

核能利用的安全性　　利用核裂变发电，人们最担心的是它的安全性，因为它毕竟是有放射性的。核能利用的安全性，主要有两方面问题：一是核废料的处理，二是保证核反应堆安全运行不发生事故。由于核发电的历史已长达40多年，所以已经逐渐积累了一整套行之有效的方法，在正常情况下是可以保证安全的。40年来唯一一次灾难性事故是前苏联切尔诺贝利核电站事故。事故的原因一是设计上不合理，二是操作不正确。因此这类事故是可以避免的，而不是从原理上说必定会发生的。使用后的核燃料便是核燃料便是核废料，由于它有强烈的放射性，所以特别需要加以注意。通常要先在水池中放几个月，以去除裂变生成物的衰减热，并使强烈辐射能得到衰减。然后将燃料棒切成小片，放在溶解槽中用硝酸溶液进行溶解，再从溶解液分离出铀和钚。无用的废弃物，按照其不同的放射性水平给以不同处理，通常要密封起来深埋。在日常运转中，主要需注意核泄漏。核泄漏通常是由于燃料棒包皮破损，使放射性物质随冷却材料而泄漏出去。在轻水堆中，为了防止核泄漏，设有三道防线。第一道防线是要保证燃料棒包皮不被损坏。第二道防线是把包括附属设备在内的反应堆都放在压力容器内。第三道防线是把压力容器再密封起来。这样，即使有些核泄漏，也不会对外部产生影响。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:53:30

风能
张小贝　　虽然现在的风力发电量不到全世界发电总量的1%，但随着风力发电技术的不断进步，预计到2020年，它将可提供世界电力需求的10%，创造170万个就业机会，并在全球范围减少100多亿吨二氧化碳废气。目前欧洲最大的风力发电场发电能力已达到10万兆瓦。我国风力资源雄厚，应鼓励在有风力条件的经济发达地区开展风力发电，使得风力上网电价较容易分摊，为今后电源建设中风力发电占一定比例的配额制打好基础。如何产业化我国的新能源产业化方面普遍存在着生产规模小、集约化程度低、资金短缺等问题。此外新能源技术的市场竞争后劲不足，商品化程度低，与世界先进水平仍有差距，这就需要我们尽快创造条件，开拓确保整个规划资金需求的融资渠道及副资方式，使新技术迅速产业化，参与国际市场竞争。在新能涌产业化初期，使用新能源的成本高于传统能源，因此新能源的普及离不了政府的扶持，目前急需制定相关优惠政策以促进新能源产业的发展。材料研究是新能源技术的基础和关键。一旦产性能有所突破，诸多新能源技术将会飞速发展，因此应加强新能源产业的基础材料研究，为新能源的研究发展提供支撑，并可在此基础上形成新兴产业。

narisu_2 · 发表于 2005-6-8 08:50:24

能源的概念
　　“能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。那么，究竟什么是“能源”呢？关于能源的定义，目前约有20种。例如：《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；《日本大百科全书》说：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”；我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。
　　人们通常接能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中。前三个类型统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能。

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