科普-中华学生百科全书-第157章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
型、聚光型和整体式太阳能干燥器。
被动式太阳房
被动式太阳房是一种综合利用太阳能和保温隔热技术的新型节能建筑。
被动式太阳房的推广对于节约常规能源、保护环境有重要的意义。被动式太
阳房主要建在中国北方冬季需要采暖的地区，房屋种类不限，有学校、办公
楼、商店、宾馆、饭店、医院、邮局和城乡住宅等，一般可以节能 60％—80
％，投资比普通房屋增加 12％—40％，投资收回年限在 2．5—10 年间。到 90
年代初，我国约有 30 万平方米建筑面积的被动式太阳房，节约了大量采暖用
的常规能源。
光伏技术
光伏技术是利用光生伏打效应的技术。光照在半导体 PN 结上，产生电子
——空穴对，在 P 区和 N 区间产生电动势，在外部接上负载就可输出电能。
太阳电池就是通过光伏效应把太阳辐射能转换成电能的器件。制造太阳电池
可用硅或化合物半导体等。应用最广泛的是硅太阳电池。分为单晶硅太阳电
池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。其中单晶硅太阳电池充电转换效率
最高，性能长期稳定，但成本高，非晶硅太阳电池价格便宜，能大面积使用，
但需解决长期运行性能衰减的问题。
太阳能光化学转换
太阳光照射在半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液中产生电
流，并使水电解直接产生氢，这就是光电化学电池中的太阳能光化学转换。
太阳能应用的远景
国际太阳能会议发表了一个题为“伟大的太阳能挑战”的报告。里面讲
到，21 世纪应是太阳能世纪，只要把地球接收到的太阳能的 0．01％加以利
用，就可以满足全世界对能源的需求。一些专家估计，到 21 世纪中期全世界
消耗的电力的 20％—30％将由太阳能电池供给。
科学家设想，太阳能电池可以做得很大，建在无人居住的沙漠或荒野上，
也可以把太阳能电池板漂浮在海上。这虽然能大面积接收太阳光照，但仍受
夜晚、季节和气候的限制。那么，能不能摆脱这些限制呢？有可能！让我们
把太阳能电池板像人造卫星一样发射到大气层外面去！巨大的太阳能电池板
怎么发射到那么高的同步轨道上去？可以先用航天飞机或大型运载火箭把预
制部件送到低轨道上进行装配，再用离子推进装置把装配好的电站送到同步
轨道。把太阳能电池发出的电送回地面也不容易，科学家想出的办法是把发
出的电转换成微波束，发射到地面的接收装置，再转换成电能，通过电网送
给用户。也可以在卫星轨道上装配一个巨大的反射镜，把太阳光直接反射到
地面上的接收站，那么，这个地区将永远是白天。不知人们住在这样的地方
能否习惯？
另一设想是建立太阳能——氢能系统。接收的太阳能一部分转换成电，
更大部分用来制氢。产生的氢能，一部分用于当地夜间或电力高峰负荷时的
需要，剩下的氢用管道输送到能源消费中心，然后将氢供民用、工业用或发
电用。太阳能制氢的方法有多种，如用太阳能电池发电，再用电来分解水制
氢；可聚焦太阳光，产生高温将水直接分解成氢或氧；用半导体悬浮体系的
光催化，让太阳光直接分解水，即光催化反应；或应用生物工程方法，通过
能利用太阳能藻类或其他植物、微生物进行生物制氢。
这样，我们在将来就有一种可能：不要发电厂和大电网，每家自己发电
供自己用！白天，全家人上班、上学，房顶上的太阳能收集器接收了太阳能，
自动制氢，再把制好的氢存储起来供人们晚上回来用。一般来说，整个白天
接收的太阳能应够一个晚上用的了。如不够，还有像煤气罐一样的储氢罐（用
储氢合金来储氢）和像煤气管道一样的输氢管道。汽车也可以用储氢罐取代
油箱，储氢罐可像充电电池那样，一旦氢用尽，可自己接通输氢管来充氢。
风能
人类利用风能有着悠久的历史。中国、埃及、荷兰、西班牙等国都在很
早就有了风车、风磨等利用风能的设备。唐·吉诃德大战风车的故事就很形
象地描写了当时的风车之多：一起旋转起来就像一队张牙舞爪的巨人一样！
历史上，利用风力只在提水、磨面以及风帆助航等方面。到了 20 世纪，
特别是 70 年代石油危机之后，人们才把风力用来发电。到 90 年代初期，世
界共有风力发电装置 10 万个以上，总发电能力超过了 250 万千瓦，目前正以
每年 20 万千瓦的速度递增。
风能是太阳能的一种转换形式，地球接受的太阳辐射能大约有 20％转化
成风能。全球的风能总量如果有 1％用来发电，就能满足全部能源消耗。
虽然风能是无穷尽的能源，但它的能量密度很小，不能持续稳定发电，
这使得风力发电受到了限制。
我国风能资源
根据历年气象资料，我国在距地面 10 米高度处风能的分布情况是：东南
沿海及其岛屿、青藏高原、西北、华北、新疆、内蒙古和东北部分地区为风
力资源丰富的地区，平均风速大于 3 米／秒的天数在 200 天以上；甘肃、山东、
苏北、皖北等地区年平均风速大于 3 米／秒的天数也在 150 天以上。初步估计
我国风能资源的蕴藏量约 10 亿千瓦左右，有可能利用的约 10％，即 1 亿千
瓦。风力是一种需要因地制宜加以利用的能源。只有在年平均风速较高而且
稳定、远离电网并缺乏常规电源的地区，利用风能才是经济的。当前，一些
偏远草原、岛屿的风力发电成本已与柴油发电相当。但大规模风力发电的成
本仍高于燃煤电站，需要进一步降低成本。
风力发电
70～80 年代西方各国竞相研制大中型风力发电机组，希望风力发电能逐
渐成为替代能源。但实际运行表明，兆瓦级大型风力发电机组的经济性不如
10～100 千瓦的中型机组成的风力发电机群。目前风力发电主要是中型风力
发电机组成风力田向电网供电，电网不能达到的边远地区则使用中小型风力
发电机供电。
50 年代以来我国开始研制现代风力发电机。80 年代，我国已有从 50 瓦
到 250 千瓦的各种风力发电机；有百瓦级风力发电机 3 万余台在内蒙古、甘
肃、青海、新疆等地运行，它们主要是与蓄电池配合，为牧民提供生活用电；
还有 10 千瓦级风力发电机，可为牧区、岛屿、边防哨所、高山气象站以及偏
僻地区提供生活和生产用电。
今后的努力方向是突破大型风力发电机制造技术上的障碍，提高风电供
应的稳定性，延长风力发电机的寿命，降低风电成本。
地热能
地球所蕴藏的热能相当于全部煤炭储量所含热能的 1．7 亿倍，或相当于
全部石油储量所含热能的 50 多亿倍。地热发电比风能、太阳能和核能都便
宜，具有巨大的开发价值。
地热资源以其存在的形式可划分成 5 种类型：蒸汽型，一般是 150 度以
上的过热蒸汽，杂有少量其他气体；热水型，分为高温（150 度以上），中
温（90～150 度）和低温（90 度以下）热水；地压型，尚有待继续研究的一
类地热资源，一般为地压水与碳氢化合物的混合物，所含能量包括机械能（压
力）、热能（高温）和化学能（天然气）；干热岩型，地下存在的、没有水
或蒸汽的、温度高且有开发价值的热岩石；熔岩型（岩浆型），指熔融状态
或半熔融状态岩石中蕴藏的巨大能量，温度为 600～1500 度。当前应用的地
热资源主要是蒸汽型和热水型。蒸汽型可用来发电，热水型可直接使用在供
热采暖等多种用途上。其他三种地热资源的应用仍在研究之中。
我国地热能资源
世界 4 个主要地热带是环太平洋型地热带、大西洋中脊型地热带、红海
—亚丁湾—东非裂谷型地热带和地中海—喜马拉雅缝合线型地热带。中国的
地热资源，特别是高温地热资源主要集中在环太平洋地热带通过的台湾省和
地中海—喜马拉雅地热带通过的西藏南部、云南、四川西部。作为中低温地
热资源的温泉主要分布在福建、广东、湖南、湖北、山东、辽宁等省。中国
各种地热资源总量约 320 万兆瓦，其中发电潜力估计为 1000 兆瓦以上。
开发地热资源最有希望的地方是西藏。西藏十分缺乏煤炭、石油等传统
能源，水力资源虽然丰富，但开发条件十分恶劣，近期内很难大规模开发。
但是，西藏却有着得天独厚的地热资源。在拉萨西北的羊八井已建成了我国
目前装机容量最大的地热试验电站。其他地方有可能建成类似地热试验电站
的还有二三十处。偏远的藏北和阿里地区地热资源也有很大潜力，有待于勘
探开发。
此外，在我国台湾地区 1966 年就开始利用地热发电，1980 年在清水建
立了一座利用高温热水发电的装置，装机容量为 3 兆瓦。
地热的其他应用
除了发电以外，地热资源还有着多种用途，如：
——工业利用。主要包括染织、烤胶、制革、烘干、造纸以及工业锅炉
用水等，还可以用地热制冷、生产冰块和供冷库使用。
——地热温室。全国地热温室总面积在 90 年代初达到 120 万平方米，以
北方地区较多，可在严寒的冬季为市场提供新鲜蔬菜。西藏羊八井地热电站
利用发电过后的 80℃热水，建造了 5 万平方米的温室，改变了过去吃不到蔬
菜的状况。地热温室还可以用于培育良种，育秧育苗，种植蘑菇等。
——地热养殖。中国地热养殖事业发展很快，养殖的动物有非洲鲫鱼、
鳗鱼、四大家鱼、虾、甲鱼、蛇和蜗牛等，以福建最多，经济效益很好。
——地热采暖。地热采暖最大的用户在天津。天津地下深处（2000 米以
下）有温度较高的热水，可为区域采暖提供热源，现总采面积达到将近 100
万平方米。其他地区也在开始进行地热采暖工程的建设。
——地热浴疗。这是最早开发利用地热的方式，也是发展最快的一种方
式。全国已有 600 个地热浴池，200 个地热疗养院。一些地方的地热水像矿
泉水一样，对风湿性关节炎、皮肤病、神经官能症等疾病有着一般药物难以
取得的疗效。西藏的一些地方在地热泉上建起房屋，冬天，室外温度零下 50
℃，从室内的热泉中却可以打出 50℃～60℃的热水。
——其他运用。地热资源还可以应用于孵化、灌溉、沼气池加热和提取
化学元素等方面，如西藏的地热水中含硼、锂、铷、铯等，具有很大的综合
利用前景。
有待进一步解决的问题
地热能的开发会引起一些环境问题。地热水中常常含有一些有害物质，
如较多的氟、硼、砷、汞以及重金属铬、镉等。其中还有些钙、镁离子，容
易结垢。对于周围没有污水排放条件的地区，水化学污染成了开发地热的严
重障碍，有待进一步解决。地热水抽取过多还会引起地面沉降，这样，就要
采取回灌措施。要是把会引起污染的地热水灌回去岂不甚好？但要选择适合
的回灌方案，不要因回灌了温度较低的水而使得生产井的水温降低。
在地热开发过程中，总会有些从地下出来的气体被排放到大气中。这些
气体主要是水蒸气，但往往还有硫化氢和二氧化碳等。硫化氢有恶臭和对金
属的腐蚀性。在开发地热田之前、必须设计安装处理硫化氢的装置。这些气
体特别是地热蒸汽，从井口喷出时往往发出尖叫声，造成噪音污染，所以在
井口要安装能抗腐蚀的消声器。地热水中往往有较多的钙离子等，容易结垢，
必须注意除垢。
地热能应用的远景
干热岩体，简称干热岩，一般指的是地下深度在 5000 米以内，温度在
200℃以上，没有水或水蒸气的干燥高温岩体。由于缺乏天然工作流体（地下
热水），必须建立人工流体循环系统。这就需要至少打两个钻孔从地面到达
干热岩体，一个灌进冷水，冷水被干热岩体加热成蒸汽或热水后从另一个钻
孔喷出或抽出，这样就能发电或供热。使用过后的热流可再次灌进钻孔，循
环使用。美国在新墨西哥州进行的试验已经取得了成功。
一般位于地下 100 公里深处地幔中的岩浆有时会上升到较浅的地方形成
岩浆储能区，其温度高达 1000 度。可用物探法发现岩浆储能区，用不断进行
冷却的钻头钻孔，然后用类似干热岩的方法得到蒸汽用来发电。据估计，可
利用的岩浆储能比全部化石燃料还多。这样，人们平时只在火山爆发时才见
得到的、毁灭性的、令人望而生畏的岩浆也能用来为人类提供无穷无尽的能
源了。现代技术之奇妙，超过了过去人们的想象！
海洋能
海洋能是蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流和潮
流能、海洋温差能和海洋盐度差能。潮汐能和潮流能来自月球和太阳的引力
作用，其他海洋能都来源于太阳辐射能。这五种海洋能在全球的可再生总量
约为 788 亿千瓦，技术上可利用的能量为 64 亿千瓦。
目前只有潮汐发电技术和小型波浪发电技术开始进入实用阶段，其他几
种仍在研究试验阶段。
海洋能的能量密度较小且不稳定，随时间变动大；海洋环境复杂，海洋
能装置要有能抗风暴、抗海水腐蚀、抗海生生物附着的能力。现阶段，海洋
能试验性发电的成本较高，尚不能与常规火电、水电竞争。但海洋能总量大，
无污染，对生态环境影响小，是一种有开发潜力的可再生能源。
潮汐能
全世界可开发的潮汐能约 30 亿千瓦，是目前全球发电能力的 1．6 倍，每
年最多能发电 2600 亿度。中国东南海岸与加拿大芬迪湾、英国塞文港湾、法
国西北海岸和俄国鄂霍次克海这 5 个地方的潮汐能占了全世界可开发潮汐能
的一半以上。目前世界最大的潮汐电站是法国朗斯潮汐电站，装机容量 24
万千瓦。英国计划中的塞文河口大型潮汐电站坝长 13 公里，装机容量 720
万千瓦，造价 80 亿美元。内侧方案可发电 129 亿千瓦时／年，发电成本 6．1
美分／千瓦时，外侧方案可发电 197 亿千瓦时／年，发电成本 7．1 美分／千瓦时，
具有与核能发电竞争的能力。再进一步，横跨英吉利海峡筑坝建潮汐电站，
装机容量可达 5000 万千瓦，造价约 320 亿美元。除了资金上的问题外，在技
术上是可行的，没有施工上的难题。
中国潮汐能理论蕴藏量约 1．1 亿千瓦，年发电量为 2750 亿千瓦小时，可
开发的潮汐能装机容量为 2157 万千瓦，年发电量为 619 亿千瓦小时，其中
80％在福建、浙江两省（浙江占 61％，福建占 22％），此外广东占 5％、辽
宁占 4％。福建、浙江能源短缺，有必要考虑建设潮汐电站。浙江钱塘江潮
举世闻名，其江口潮差大，江宽水浅，有潮涌之害而无航运之利，而且两岸
都是平原，缺乏淡水，如建设堤坝式潮汐电站，可采用半贯流式水轮机（“灯
泡”贯流式水轮机）或全贯流式水轮机，装机约 472 �
