新能源概论论文风能

新能源概论论文风能

未来能源十步走 人类将摆脱对石油的依赖

据7月号《大众科学》(注：中文版《科技新时代》)报道，石油价格一路上扬，“石油危机”成为目前最流行的词汇，很多人甚至产生了石油还够用多久的疑问？石油总有一天会耗尽，这毫无争议，但这并不意味着世界末日来临。以石油消耗大户美国为例，美国科学界从石油危机中看到的不是绝望，而是能源的复兴，他们认为，美国到了严肃地考虑从石油转换到清洁、可再生的能源的时候了，而美国已经具备了相关的技术，只要再进一步开发，美国将彻底摆脱对进口石油的依赖。

一 利用风能

地球上的化石能源(石油)终究是有限的，为了人类的持续性发展，必须找到其他可替代能源，而风能就是一个很好的选择。在美国科罗拉多州的博尔德南部的高原上的平旷地带，矗立着四排实验性涡轮机，这些机器在冰雪覆盖的洛矶山脉的映衬下更显得巍为壮观，150英尺的叶片在微风的吹拂下缓慢地旋转着。美国能源部可再生能源实验室的主工程师萨迪·布特菲尔德说：“如果你要选择一个商业涡轮机发电农场，你决不会看中这个地方。但这里却是一个完美的风能实验场地。因为在这里我们可以获得风速为每小时100英里的风能条件。我们通过在这种条件下的实验能很快地知道哪种设计应该淘汰。”1991年，一份政府有关风能的概论作出了如下结论：堪萨斯州、北达科他州和德克萨斯三州有着丰富的风力能源，仅这三个州的风能就可足够满足整个美国的能源需求。今天看来，这项报告不免有些估计过低了。在过去的20年中，风能的价格已经下降了85%，这在很大程度上归功于不断提升的涡轮机效率。政府还制定很多条令来鼓励民众购买利用风力所产生的电能，可以想见在不久的未来使用风力电能必成大势所趋。

二 取消电网

现有的输电系统是从能源中心通过电线向用户送电。这样做有很大一个缺点，那就是输电过程中会损失很多电能。所以更好的供电系统是“分布式发电”。可以在住处和工作地点附近利用风能和太阳能发电，做到自给自足。例如，可以利用地热系统给建筑物供暖和降温，利用屋顶上的太阳能电池提供电力，多余的电能还可以输送到当地的供电系统中，以零售价卖掉，这样还能获取一部分收益。这些措施简便易行，远好于建设发电厂和进口国外的能源。有人估计，一个这样的小型发电厂所需要的太阳能发电设备的造价可在四年内回收回来。既然有这么多的优点，何乐而不为呢？

三 混合燃料汽车

美国陆军宣布将开发一种使用新型混合燃料的“悍马”(Humvee)战车，它预示着混合燃料汽车的时代已经来临。混合燃料汽车通过内燃和电驱动，提高能源利用效率。今天混合型汽车已不再仅仅是陈列室中供人参观的样品，它已完全步入了实用阶段。这将大大削减汽油的使用量，汽车排放的尾气也将随之大幅减少。被称为插入式混合型电动车可以夜间在自家的车库中充电，夜间电费低廉，这样就节省了一项不小的开支。加州大学伯克利可再生能源实验室主任丹尼尔·卡门说：“如果在一夜间，美国的汽车全部被这种混合型汽车所取代，石油的消耗量将会下降70-90%，美国进口石油的时代将彻底结束，在未来多年中，美国的石油将完全可以自给自足。”

四 制造质量更好的乙醇

今年，美国汽车制造商将生产100万辆灵活燃料车，乙醇加油站的数量将增加三分之一，达到大约1000家。现在美国所生产的绝大多数乙醇是由玉米粒发酵而来，这个过程要消耗相当数量的化石燃料。丹尼尔·卡门将这种由基于玉米的乙醇看做是一种过渡型燃料，他说：“要想使用乙醇替代石油，防止全球进一步变暖，我们需要进行一次从玉米乙醇到纤维乙醇的大规模革新运动，纤维乙醇的原料可以有多种选择，柳枝稷、木片以及像玉米芯和玉米杆这样的农业废料都可以用做生产纤维乙醇的原料。现在用于制造乙醇的酶的造价很高，不过这个问题并不难解决。”白蚁后肠中的微生物可以将植物纤维素转化成碳水化合物，美国能源部联合基因组研究所主任艾迪·卢宾说：“我们正在测定那些微生物DNA序列，将来可以通过生物工程制造出新的机体来分泌这些酶。”这样我们就可以利用虫子的体液来驱动我们的汽车前进，摆脱了对化石能源的过度依赖。

五 利用太阳能

明年初，在洛杉矶东北部的一个沙漠农场中将会出现数十个巨大的凹镜。每个凹镜的直径为37英尺，这些凹镜通过电子控制可以自动跟踪太阳，将阳光反射到一个热量收集器上，热量收集器利用这些浓缩的阳光将氢加热到1，300华氏度，通过斯特林发动机驱动发电机发电。当世界上最大的太阳能农场完工后，在摩加伏沙漠4，500英亩的范围内将会布满大约2万个这样的凹镜收集太阳能，利用这些能量产生的电能将可以向287，000个家庭供电。每小时到达地球上的这些太阳能可以满足全世界一整年的电力需求。我们很久以来就已经知道如何利用太阳能来为加热空间和水，但将阳光转化为电能却存在很大困难。

斯特林太阳能凹镜可以将30%的太阳能转化为电能，这是世界上将太阳能转化为电能效率最高的一种技术。科学家希望通过技术改进可以使这个转化率提高至50%。其他的能量企业家还有更为远大的设想。美国航空航天局的科学家一直以来梦想有一天能在太空中利用太阳能发电，然后通过微波将能量将能量输送到各个家庭。随着科学的不断进步，终有一天这个设想一定可以变为现实。

六 制造氢能源

氢能源的潜力巨大，但将其他物质转化为氢并不件容易的事。自然界中不存在纯氢燃料，今天最制造氢最便宜的方式是通过石油或天然气获得，但这并不能避免产生二氧化碳。氢燃料电池的效率是内燃机的二倍多。在冰岛，丰富的可再生能源使氢经济的产生成为可能。在美国，未来的某天可以利用多余的风能来生产氢燃料。研究人员还可以利用基因工程来制造出有生物来直接将太阳转化为氢。

七 利用海浪能发电

美国的海岸线的海洋蕴含着巨大的能量，其中大约有八分之一可以开发利用，同时还不会污染环境。这些可利用能源总量相当于我们现在所有的水力发电厂发电的能量总和。在可利用能源这个竞技场中，欧洲一直走在世界的前列。今年夏天，在葡萄牙，工作人员正在安装一种海岸波浪能转化器。这种蛇状的钢管一半浸于水中，一般露出水面，一直向远海方向延伸了3英里。至2008年这种装置将可以为大约15，000个家庭供电。波浪能的优点是它的能量密度是风能的10至40倍。目前潮汐涡轮机技术发展迅猛，这无疑为波浪能的利用铺平了道路。今年夏天，在纽约东河的水下的六个涡轮机在河流潮汐流的驱动下将开始投入发电。缓慢旋转的推进器第一年将会产生525，000千瓦时的能量。为期18个月的试验表明，布设足够多的涡轮机将可以为8，000户家庭供电。虽然它现在的发电能力有限，但它毕竟代表着未来的能源的一种发展方向，这是件激动人心的事情。这将是世界首个产能潮汐涡轮机农场，这种样机将可以为我们提供稳定的无污染能源。维吉尼亚的海洋学家乔治·哈格曼说：“我们可以称它为月亮能，风时有时无，但从现在开始至未来的1000年，月亮和潮汐会始终存在。”

八 向地下要能源

美国地热能协会执行理事卡尔·格威尔说：“在德克萨斯州西部废弃的油井中冒上来的热水中含有5，000兆瓦的地热能。现在因为没有加以利用，这些能量正在被白白浪费掉，现在我们对这种能量使用的能力远超过了我们对这种技术的实际使用。”地热能可以被用来发电或给建筑物供热。夏威夷、阿拉斯加以及西部各州都分布有丰富的地热能。

可以利用温度为160华氏度水温的地热水库发电。一些公司正在开发德克萨斯州、阿肯色州、佐治亚州和西维吉尼亚州的低温热泉，一旦开发成功，将可以使美国地热发电能力在未来4至5年的时间翻一番。

九 开发垃圾燃气

自旧石器时代，我们就一直在燃烧生物物质，当时人们利用燃烧木头来给山洞供暖，烧烤大型动物的肉。今天绝大多数的生物质能量仍来源于木材，但现在我们要做的是怎样利用这些农业废料和草本植物来发电。这些物质与化石燃料一样，燃烧时会产生二氧化碳。但生物质燃烧时释放的二氧化碳何以通过其生长时吸收二氧化碳获得平衡。在所有的新技术中，气化或许是最具潜力的一种。气化系统在低氧环境中通过极度高热将农业废料或任何一种生物质转化为氢和二氧化碳的混合气体，这种气体可以在锅炉中燃烧，或可以替代涡轮机中的天然气，这些气体可以被用来驱动蒸汽涡轮机进行二次性发电，整个过程中产生的多余热量还可以用来给建筑物和整个城镇供热。

十 节能从我做起

回想上世纪70年代，所谓的节能就是关灯。《家庭能源饮食》一书的作者保罗·舒基尔表示，今天，随着科技的发展，我们节约能源可以充分利用技术优势。现在，美国平均每1美元的经济产出所消耗的能源比30年前减少了47%。令人遗憾的是，由于输送电力的效率有待提高，所以，大量能源在抵达每一个家庭和办公室之前就被浪费了。对此，消费者无能为力，但他们可以从我做起，在自己的家中或办公室里有意识地节约能源。最清洁最廉价的能源就是不用能源。

新能源概论论文

能源概论

能源的意义

能源［Source of energy］是人类藉以克服困难，维持生存的原动力，譬如太阳给我们光热，风吹动风车可以发电，燃烧汽油可用以推动汽车，使用瓦斯可以烹调、取暖，凡此种种如太阳、风、汽油、瓦斯等都是能源。

至於能源存在於自然界中，不需经过转换处理，直接可用的称为「初级能源」［Primary Energy］，例如太阳能、水力等，但凡必须经过转换才可提供使用的能源，称之为「次级能源」［Secondary Energy］，例如：汽油、电能等。

【各类能源转换系统图】

能源的种类众多，近年来，无论核分裂(fission)、核融合(fusion)和太阳能的研究发展，均呈现出一片蓬勃景象，但目前依赖最重，使用最多的还是化石性燃料［Fossil fuel］，如煤、石油和天然气等，占有90％以上的今日能源供应市场由於这类燃料其蕴藏量有限且日益枯竭、分布不均，使用时又污染严重，鉴於目前已经投置的生产设备和应用技术，预计化石燃料尚可以维持在能源主流的地位直至本世纪之末，因此人类当务之急便是寻求更好用的燃料，并加紧改良现有能源的利用技术。

由於人口增加，每人耗费的能源用量也不断升高，但自然界的能源蕴藏并非无穷，於传统能源逐渐枯竭之际，［目前的估计是煤大约可再维持100年左右，石油、天然气亦只有数十年的存量］，对各种形式再生能源的开发研究正被各国重视，现今社会人类终於体悟到能源不容我们的任意挥霍，因此除了积极开发新能源、改善能源利用的效率外，也应研究如何在不降低生活水准、不减缓工业发进步及经济成长的前题下，努力节约能源。

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地球的能源

一、 地球上可取用的能源：
1. 人类在地球上可取用的能源，绝大部分来自太阳能，如化石燃料(包括石油、煤、天然气)、水 力、风力、生质能。
2. 小部分来自於核能，这是源自於宇宙的演化过程，在地球形成时就已存在的放射性元素，例如铀。
3. 余下的小量来自於地热(地球内部的热量)和月球运动引致的潮汐作用。

二、 能源分类：
地球能源若依起源来分类，可区分成自有能源和外来能源(来自外太空)两种。自有能源主要包括地热和核燃料；外来能源主要包括月球能(月球对地球之万有引力作用而产生潮汐能)和太阳能等。若依使用结果来分类，可分为：

1. 再生能源（非耗竭能源）：太阳能、水力、风力、生质能、潮汐、地热、海浪能、海洋热能转换、核融合能等能源，在短期内能自行补充，能反覆使用持续供应者 ，称之。
2. 非再生能源（耗竭能源）：煤、石油、天然气、废热、铀等能源，用过即无的，必须另外设法开发转换采取，无法自行补充者，称之。

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能源的开发与应用：

一、 太阳：
1. 每年照射到地球表面的太阳能，估计为1.78×1017瓦-年，约为目前全世界每年所需能量的一万多倍。
2. 其中有30%之太阳能被反射回太空。
3. 约有50%为地球表面吸收后，再重新辐射出去，因此得以维持地球表面的温度。
4. 约20%的太阳能将地表的水蒸发成水蒸气，形成云、雨及空气的流动(水力和风力的由来)，同时也造成海洋表面和底层的温差。
5. 只有很小的比例(约0.06%)用於进行植物生长所需的光合作用，太阳能被转化储存在植物体内碳氢化合物的化学能。
6. 太阳能可经由太阳电池直接转换为电能，或是利用反射镜，将太阳光焦聚直接转换为热能。直接取用的太阳能，没有造成任何污染，是非常乾净的能源。(但成本高，经济价值不高，仅适合在沙漠或偏远地带)。

【太阳能板】

二、 水力与风力发电：
本质上都是太阳能的间接利用，发电过程不会产生污染性废物，是相当理想的清洁能源。(在开发中国家，水力发电资源已趋饱和。且造成对生态环境的影响广受争议，风力发电之风车叶片会产生很大的噪音，使人不安，且对自然景观有负面的影响。)

【风力发电】

三、 潮汐与地热发电：
潮汐发电以及地热发电都是善於利用地区和地形的特性，以产生乾净能源。

【潮汐发电】

四、 生质能的应用：
植物本身、农作物的残渣、动物牲畜的排泄物等，可经化学处理合成为液体燃料，或经微生物的发酵作用产生沼气，可用於燃烧产生热能，这种能量称为生质能。

利用甘蔗或玉米可制成酒精，是当今最主要的生质能能源。而生质能的供应需要依赖大面积种植，因此制作成本甚高，不适合地狭人稠的国家。尽管如此，生质能仍是一个值得选择的替代化石燃料的能源。酒精燃烧固然会产生二氧化碳，但因大量植物的种植，经由光合作用，可回收大气中的二氧化碳而达到平衡。

五、 核能反应发电：
核能和一般火力发电一样，从特定的燃料中，发出大量的能，利用核反应产生巨大的核能，制造高温高压的蒸气或气体，导入输机，驱动发电组发电。

核能所用的燃料，乃是可分裂或融合的放射性物质，例如铀235、钸239、铀233等

核能在近年来由於日本和法国研究发展快滋生核反应炉，利用快速中子撞击铀-238，使转化成可分裂的钸-239，作为核反应的燃料。使先前含量高达99.3%的铀-238，可充分的利用。

核分裂：核能的产生首先是以中子撞击可分裂物［如铀235］使分裂，变成钡及氪等原子，并发出能量以及快速中子，这些中子又会去撞击旁的铀原子核使分裂进行下去，称为连锁反应［或链反应］，为了有效控制反应速率，因此需要「缓和剂」［例如水、石磨、重水等］来吸收中子的能量，使之减速，以及「控制棒」［例如锆金属管中贮存石墨等可以吸收中子的物质］以使参与反应的中子数降低，直到反应以等速进行，反应时发出的能量是靠「冷却剂」来移走，常用的冷却剂有二氧化碳、水、氦、液态钠等，冷却剂流经「热交换器」把热量送出制造高温蒸气，送往汽机，产生动力。

核融合：目前人类只会应用融合时的巨大核能，当作杀伤武器［如氢弹］，由於核子融合［聚变］往往需要摄氏1亿度的高温因此欲将核融合发电，投入的能量比发出的多，迄今能停於研究阶段，但是核融合的生成物很安全，燃料又便宜［例如1m3的水电解所得的天然重氢，采融合反应所发的核能，就超过200吨石油的能量］，所以核融合发电仍是很有发展潜力。

核分裂式的反应器种类很多，例如：
1. 沸水反应器［BWR，Boiling Water Reactor］，以水为冷却剂及缓和剂，让水在炉心沸腾，所生蒸气亦可直接通往汽涡轮发电机。

2. 压水反应器［PWR，Pressurized Water Reactor］，以水为冷却剂及缓和剂，并加压不使水沸腾，极高温的水经热交换器把热量送出，以供制造蒸气，发往汽涡轮发电机发电。

3. 气冷反应器［GCR，Gas-Cooled Reactor］，以气体为冷却剂，以石墨为缓和剂，产生能量亦经热交换器送出。

4. 重水反应器［HWR，Heavy-Water Reactor］，以重水为缓和剂，又分「重水气冷式［HWGCR］」即气体冷却，「沸腾轻水式［HWLWR］」即重水缓和，一般水冷却及「加压重水式［PHWR］」即以重水为缓和剂及冷却剂并加压。

5. 高温反应器［HTR HTGR，High Temperature Reactor］，采用稀有气体为冷却剂，核心采用陶瓷材料，通常采用石墨为缓和剂，其冷却剂出口温度甚高。

6. 钠冷却反应器［Sodium-Cooled Reactor］，以液态钠为冷却剂。

7. 轻水反应器［LWR，Light-Wter Reactor］以天然纯水为冷却剂，分沸水式［SWR］及压水式［PWR］。

8. 快孳生反应器［FBR，Fast Breeder Reactor］，能进行快速孳生［使铀包围钸经反应后，除发出能量，兼产生钸239，产生的可分裂放射性物多於所分裂的反应物］，以液态钠或钠钾为冷却剂，反应生成物仍可再利用。

国内核能发电厂有三，其中金山、国圣附近的核能一厂、二厂所采用的反应器是沸水式，垦丁附近的三厂采用的是压水式。这三个核能电厂发电机组之装机容量，分别为核一厂636MW，核二厂两部各985MW，核三厂两部各951MW。

核能发电成本较火力为低，以核一厂为例每度约4角，燃煤［以深澳、南部火力为例］约每度1元，燃油［以协和、大林火力为例］约每度1.5元。

六、 石油和天然气：
人类应用的最多，依赖得最重的能源，就是石油［又称原油］，由於石油和天然气往往相伴而生，又可互相转化或代用，是所有能源中最方便使用的燃料，它可视需要量的多寡而调节生产量，便於输送，也便於储藏，可直接燃烧用於发电或驱动引擎。因此通称之为「油气」，目前在估计石油之蕴藏及产量时，也往往将天然气，合并计算。(可惜地球的蕴藏量有限，人们开采使用石油的速率远远超过它形成的速率。)

石油和天然气不仅是优良的燃料，而且可供做化工生产之原料［如制造肥料等］。石油经沈淀、过滤、离心处理去除水份及固体，再送入蒸馏槽加温，可依次分馏出各种汽化气约200℃时，汽油已经完全分馏出，称为「分馏汽油」，然后再增高温度可分馏出灯油、轻油、机油、重油等，剩下沥青；轻油及重油在高温高压之下再予化学处理又可得汽油，称为「分解汽油」，总共自石油中可提炼日汽油量约30%。

汽油又是目前机械动力最主要的来源，交通工具［车、船、飞机等］大多以汽油为燃料，汽油含碳83~85%、氢14~15%，另含硫磺、抗燥剂等，在10℃遇火即燃，380℃时能自然，燃烧时空气与汽油之混合比为14.5：1，每燃烧1公斤汽油可发出热量约1万千卡。

天然气开发利用较晚，但蕴藏丰富，使用方便且污染较不严重，而且用途广泛，因此能源价值日益升高。天然气是自然界一切天然生成可燃性气体的统称，譬如火山、温泉、矿山、油田、煤田之气体以及地下腐败物质发酵生成之气体，主要成分可说是各类碳氢化合物［ 如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等］及硫化氢等。

天然气液化卸称为液化天然气［LNG］，液化是为了缩小体积以利运送及贮存，一般而言，液化天然气主要成分是甲烷。若将丙烷、丁烷液化则称为液化石油气［LPG］，俗称煤气，常用做城市住宅工商加热取暖之燃料。目前各国有大量采用天然气取代石油之趋势！

七、 煤：
能源危机主要的是因为石油蕴藏日益短少之故，而煤和石油同样是开发使用历史悠久的燃料，更因为煤具有存量丰富、用途广泛之优点，因此在发电及工业加热应用上，也常用来取代石油，煤及古代植物，埋在地下经长时间作用碳化而成，煤可分无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤等，发热量每磅约可发6300~14000英热单位，比重在1.25~1.7之间，比热在351℉以下约1.32B.T.U./磅℉。

直接利用系采用各种燃烧器［煤炉］，转化利用是经液化或气化等手续，先把煤变成燃气或液化燃料［如乙炔、醇类、汽油等］再燃烧使用，加工处理是把煤研磨成煤粉，炼成焦煤，制成碳原料或制煤、油混合燃料，以供燃用。

煤燃烧所产生的污染比石油和天然气严重得多，不过近年来工业界已积极在研究如何将煤转化成便宜的、清洁的液体燃料，或转化为可燃气体，以提升煤的应用价值。

目前世界各留大多设法多用煤、天然气，核能及其他能源，以减轻对石油的依赖；我国在能源供应之长期规画中；亦预备将来提高煤、天然气、核能之供应，预定增加情形为煤11.6%，天然气5%，核能7.3%。

八、 化石燃料：
动植物死亡后，埋葬在地下，经过数百万年以上的地压、地热和细菌引致的化学变化后，累积形成煤、石油、天然气等化石燃料。目前全世界每年消耗的能量约有90%来自於化石能源，其余主要由核能和水力发电提供。

【化石能源形成过程】



参考.

西南石油大学新能源概论，关于风能的论文还可以交吗

课都上完了，肯定交不成了嘛