現代新能源 現在隨著 經濟的發展，能源的利用和開發成為衡量一個國家或地區的科技水平的標準。所以各個國家高度注重科學的使用能源，開源節流，開發新能源，節約現有能源，提高現有能源的利用，調整和優化原結構，降低燃煤在能源結構中的比例，節約汽油資源，加強科技投入，加快開發水電核電和新能源。由于能源問題得不到良好解決，而造成現在戰征的突發和經濟危機的出現。 為了應對能源危機，滿足不斷增大的能源需求，目前人類正在探索的新能源有；核能、太陽能、海洋能、氫能、地熱能、潮汐能、風能等。這些新能源的特點是資源豐富，有些可以再生，對環境沒有污染或污染小。 核 能 1905年9月，愛因斯坦創立狹義相對論，并在他的題為“物質的慣性與他的能量有關嗎？”的論文中，揭示了質量和能量的關系，提出著名的質能公式E=MC2這就從理論上預言原子能內部蘊藏著巨大能量，能否開發和利用這些巨大能量？當時很多人抱有悲觀的能量，甚至連大科學家們也認為“通過原子變換去探索能源，那簡直是無稽之談。” 然而，人類的認識是不會停滯的，科學技術必然是不斷發展的，1909年3月，物理學家蓋革和馬斯頓進行著名的粒子散射實驗，有些大科學家了解到了這次實驗，他們則認為原子內部處在強電場的觀點，探索粒子散射的內在原因，推斷出原子由帶負電的電子和帶正電的電子核構成，并據此提出1911年的原子核結構，確立了“原子核”念；1913 年波爾以這些科學家原子模型量子化原子模型；1919年科學家有用天然放射的粒子來轟氫，這個實驗發現了原子核的人工衰變，也證明原子核中有呈現中性的質子，也第一次用人工方法把一種元素轉化成另一種元素，從而開辟了認為邊個原子核的途徑。人們又原子核的組成進行探究，1902年科學家在英國皇家學會的一次演講中，大膽的提出了可能從在的一種中性粒子，其質量和粒子質量大體質量相等。此后，卡文迪許實驗室用了10年尋求中性粒子，但卻一無所獲。1932年3月27日NATURE刊登了物理學家查德崴克的一篇論文，通過實驗得到了一種新粒子，此新粒子不帶電荷，因此取名為“中子”,有此物理學家則提出了質子中子模型。1934年約里奧、居里夫人再用粒子轟擊鋁靶時，得到一種天然不存在的新放射性元素，這是歷史上第一種人造的放射性同位素，這邊引起科學界的“核力”念。在1933-1939年間的中子質子散射實驗確定了合理的基本性質。約里奧、居里夫人的實驗促使科學家們去揭示原子核的奧秘，1934年費米等用中子照射軸，企圖使軸核俘獲中子，在經過粒子的衰變得到原子序數為93或更高的超軸元素，在實驗室中，他們偶爾發現經過快慢化得中子反而比快中子更好的引起反應。在1933年9月居里夫人的女兒伊莉芙、居里和薩維奇合作，應用放射化學方法分析中子轟擊軸的產物，發現其中有一個半衰期為3.5h的放射性的元素，其化學性質與元素鑭相近，但鑭的原子序數為57，恰在周期中間，絕不會是“超軸”的元素，伊倫居里的實驗結果引起了德國的奧托、哈恩的注意，他與斯特拉斯曼重做了一系列試驗后提出：所謂鐳和錒實際是原子質量遠小于他們的鑭和鋇如何解釋這種現象？他們認為只有假設原子核分裂成兩個或兩個以上的碎塊，才能給予解釋，這種分裂過程稱為“核裂變”；1939年貝爾在原子核液滴模型和統計的理論基礎上，系統的研究了原子核裂變的過程，奠定了核裂變理論的基礎，掌握了核裂變和核能的釋放。約里奧、居里夫人、費米、西拉德都證實了在鈾和分裂試產生2-3個中子，同時釋放大量的能量，這就在理論上得到了鏈式反應是能夠發生的。原子的人工衰變、熱中子核反應、重核反應、鏈式反應等重大發現，卻首先轉向戰爭服務。此時正值二戰時期，由于核裂變首先被德國發現，因此德國首先核武器的研究，消息泄露之后。1942年8月美國開始實驗以研究原子核為內容的“曼哈頓計劃”。1942年12月，在費米、西拉德、奧本海默、弗蘭克等眾多科學家共同協作下，在美國芝加哥大學建立了世界上第一座核反應堆，首先實現了人工控制核鏈式反應。1945年7月16日，美國在新墨西哥灣爆炸了世界上第一顆原子彈，從此開始了核武器使用的國際競爭。在和平利用原子能方面，核電的建立是其中的一個重要標志，1954年6月，前蘇聯建成了：第一個原子能發電站，首先突破了核能源實際有效利用的新技術；1956年英國建成了第一座天然鈾石墨冷氣發電互換兩用堆；1957年12月美國也建成實驗性壓水堆核電站。20世紀50年代，各國核發電站的發展基本上是有可能性；60年代以后，核電站進入了實用階段。以上幾種堆型技術越來越成熟，優越性也熱已顯露出來，其中清水堆是目前世界占首位的堆型，裝容量約占全部核電站容量的80%，到了70年代，其中單堆功率以從前第一代的20萬千瓦左右提高到了130萬千瓦左右。發電效率有了很大提高，平均燃料、發電成本一比普通發電站低，核電站可利用率以同現代最新的發電站相當。目前，世界上最大激光輸出功率達到100億瓦，足以“點燃”核聚變，除激光外利用超高額微波加熱法，也可達到新“點火”溫度。世界上不少的國家都在積極研究受控熱核反應。我國自行設計和研究的受控核聚變實驗裝置“中國環流器一號”,已在四川省樂山地區建成，并與1984年9月順利啟動，它標志我國研究受控核裂變的實驗手段又有了新的發展和提高，并將為人類探究新能源事業做貢獻，美中兩位科學家分別于1993年和1994年在這個領域的研究和實驗中取得新成果。目前，美、英、俄、德、法、日等國都在競相開展核聚變電場，科學家們估計，到2050年以后，核聚變發電廠才有可能投入商業運行。核聚變反應燃料是氫的同素氕、氘、氚及惰性氣體3He，氕，氘， 氚在 地球含量極高，據測，每1L 海水可產生的能量相當于300L汽油的能量，一座100萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘 量只需304Kg。氘 的發熱量相當于煤的200萬倍， 天然從在于海水中的氘有45億噸，把海水通過核聚變轉化為能源，按目前世界能源消耗水平，可供人們用上億年，氕是核聚變實現純氘反應的過渡性輔助“燃料”世界上的氕足夠用12萬年，我國將塘高原礦占世界的一半。可科學家們發現，以3He為燃料的核聚變反應比氫、氚聚變更清潔、效益更高，而且放射性更低，氚不同的是3He是一種惰性氣體，操作安全，獲得諾貝爾獎金的科學家伯格，美國總統軍備控制顧問保羅，尼采1991年撰文說，沒有其他能源像3He那樣幾乎無污染。二十一世紀，人類將在月球上開采地球上不從在的3He礦藏，用于代替氚，從而使世界各地建造實驗性聚變反應可以攻破關鍵性難題，使其走上商用成可能。地球上不從在天然的3He,作為核武器研究的副產品，美國每年大約生產20千克，月球上的礦中大約有100萬噸的3He，其能量相當與地球上有史以來所開發礦物燃料的10倍以上。日本比美國在3He巨變項目投資要多出100倍。1986 年起美國威斯康利州的麥迪遜成立了3He研究中心，只要月球運回二十五噸3He就滿足美國大約一年的需求。目前全國每年的能源消耗大約1000萬兆瓦時，聯合國于1900年公布的數字到2050會名增至3000萬兆瓦時，地球上不可能滿足這么大的能源需求，則必須從月球上采取1500噸3He。按上述開采量推算，月球上的3He至少可供地球使用700年，但木星和土星上的3He幾乎取之不盡，用之不竭。綜上所述可以看出，核聚變為人類拜托能源危機展現了良好的前景。 太陽能 生生不息的太陽能太陽表面溫度高達6000，內部不斷進行核聚變反應，并且以輻射方式向宇宙發射出巨大的能量，據統計每三天太陽向地球放射的能量就相當于地球所有礦物質燃燒能量總合，太陽系已經從在了大約五十億年。估計還回從在六十億年以上，因此，對于人類來說，太陽能可謂取之不盡用之不竭。太陽能具有清潔使用方便的優點，加之它“送貨上門啊”，既不用開采，也不要用輸，所以太陽的開發和利用，已經引起各國政府和科技工作者的重視。 光能轉化光能轉化即靠各種集熱器把太陽能收集起來為人類服務。早期最廣泛的太陽能應用是將水加熱，現在全世界已有數百萬個太陽能熱水裝置，太陽能熱系統主要包括收集器、儲存裝著及循環管三部分。利用太陽能做冬天采暖裝置，在許多寒冷地區已經使用多年，因為寒帶地區氣溫甚低室內必須有暖氣裝置，若要節省化石能源的消耗，可設法利用太陽能。大多太陽能暖房使用人水系統，也有熱空氣系統的例子。太陽能暖房系統及室內有太陽能收集管、熱存貯系統輔助能源系統及室內暖房風扇系統組成。太陽輻射經過收集器內的工作流體貯藏，然后向房間供熱。反射式太陽灶可獲得更高的溫度。我國上海市自造的太陽灶是其中一種，它的凹面鏡直徑為1.6米左右鏡面用涂鋁膜制成，可收可張，靈活輕便。目前世界上大的反射式太陽能高溫爐建筑在法國的比利中斯山山坡上凹面聚光鏡有9層樓房高，表面積約有2500平方米，輸出功率1000千瓦，聚焦溫度達4000攝氏度，可以用來進行高溫理化試驗和加工特殊材料，制造超純物質河內高溫材料。 光電轉化光電轉化即將太陽能轉化成太陽能，目前，太陽能用于發電機的途徑有兩個，一是熱發電，就是先用聚熱器把太陽能變成熱能，在通過汽輪即將熱能轉變為電能。20世紀70年代日本和法國先后建成了幾十千瓦太陽能發電裝置，以及80年代美國在加利福尼亞建成的10000千瓦的實驗太陽能熱電站。都采用的是這種方法。二是光發電，就是利用太陽能電池的光電效應，將太陽能轉化成為電能。太陽能電池主要使用半導體材料，較薄的N型半導體置于較厚P型半導體上，當光子裝在該裝置表面時,P型和N型半導體的結合面有電子擴散生成電流，可利用上下兩端金屬導電電流引出利用。目前，太陽能電池的成本很高，要達到足夠功率，需要相當大的面積的電池。1953年，美國貝爾實驗室研制出世界上第一個硅太陽電池，轉化率為0.5%，1994年太陽能電池的轉化率以提高到17%。 光化轉化光化轉化即先將太陽能轉化成化學能，在轉化成電等其他能量，實現自身繁衍與生長。若能揭示光化轉化的奧秘，便可實現人造葉綠素發電。目前，太陽能光化轉化正在積極探索、研究中。以上諸類裝置雖然各有特色，但有一個共同的缺點，那就是夜間和陰天都不能正常工作，因此，科學家正在設想建立衛星能電站，用宇宙火箭或航天飛船把建站部件送上太空進行組裝，上面有兩個巨大型太陽能電池板，banshang2裝有幾十億個硅太陽能電池板組成的光電池列陣，經陽光照射產生電流，然后轉成微波送回地面。太空中沒有晝夜交替，沒有云層和塵埃，天空中太陽能電站可以不停地工作，源源不斷的以穩定的功率向地面提供電能。到那時，太陽能的看法和利用將會進入一個新階段。 地熱能地球上火山噴出的熔巖溫度高達1200-1300攝氏度，天然溫度大多在60攝氏度以上，有的甚至高達100140攝氏度。這說明地球是一個龐大的熱庫，蘊藏巨大的能量，那么地球熱量從何而來呢？ 地球可看作半徑約為6370千米的實心球體。它的就像一個半熟的雞蛋，主要分三層。地球外表相當于蛋殼，這部分叫“地殼”,它的厚度各處很不均一，由幾千米到70千米不等。地殼的下面是“中間層”相當于雞蛋白，也叫“地幔”，它主要是由熔融狀態的巖漿構成，厚度約為2900千米。地殼的內部相當于蛋黃的部分叫做“地核”，地核又分為外地核和內地核。地殼的每一層溫度是很不相同的。以地表以下每下降100千米溫度升高3攝氏度，在熱帶異常區，溫度隨深度增加而增加。我國華北平原某地一個鉆井，鉆到1000米時溫度為46.8攝氏度；鉆到2100米時，溫度升高到84.5攝氏度。另一鉆井，深達5000米，井底溫度為180攝氏度。根據各種資料推斷，地殼底部和地幔上部溫度約為11001300攝氏度，地核約為2000-5000攝氏度。地球內部的溫度這樣高，它的能量是哪里來的呢?一般認為，是由于地球物質中所含的放射性元素衰變所產生的熱量，平均為每年50000億開爾文，這么就打的熱源啊。1981年8月，在肯尼亞首都內羅畢召開了聯合國能源會議，具會議技術報告介紹，全地球熱能的潛在資源約為41019千瓦|小時，相當于現在全球能源消耗總量的45萬倍。 海洋溫差發電潮起潮落，日復一日，年復一年，海洋蘊藏的巨大能量吸引著人們去探索，去開發。潮汐發電作為海洋能利用技術，規模最大的一種，已為許多人所熟知。而說起海洋溫差發電，知道的人恐怕要少得多。海洋溫差發電主要采用開式和閉式兩種循環系統，在開設循環系統中，表層溫海洋水在閃蒸蒸發器中由于閃蒸而產生蒸汽，蒸汽進入汽輪機，做工后進入凝汽器，有來自海洋深處的冷水將其冷卻。在閉式循環系統中了，來自海洋深層的溫海水先在熱水交換器中將能量傳給丙烷，氨等低沸點物質，使之蒸發，產生蒸汽推動器輪機做工作后，在又冷海水冷卻。利用海洋溫差發電最早于11881年提出，但世界上大部分科技發達的國家處于緯度較高的溫、寒帶地區，或者是內陸國，沒有發展海洋溫差發電的基本條件，直到1979年在美國夏威夷建成了世界上的第一座海洋溫差發電裝置后，各國才開始注意著一種新方法。目前日本在海洋能發電開發利用方面十分活躍，專門成立了海洋溫差發電研究所，并在海洋能發電系統和熱交換器技術領域領先美國，1991年11月，日本和印度聯合進行的1000KW海洋溫差發電事業成功，推動了該技術的實用化。據日本讀賣新聞報道，兵庫縣明石村的一家從事環境風險投資企業佐賀大學共同開發了一套系統，計劃于2009年2月在印度南部海域進行試驗。該裝置繞在70M，寬16M的設備船上，并安裝了佐賀大學校長上元春男研究的熱交換器。印度近海約為30的海水會使液態氨轉化為氣態，推動器輪機轉動，從而從水深1000M處抽上來海水溫度只有6，能使蒸汽重新冷凝成液體。海洋溫差發電由于冷熱溫度相差不大，其效率僅為3%左右，遠低于普通火力發電設備，這對這一點上元春男等人采取了在業態暗中混入少量水，使用2個汽輪機的方法來提高發電效率，他們開發這套系統據說能為2000人提供日常用電。除了效率低，由于海洋溫差小所需換熱面積達，建設費用大，海水腐蝕和海洋生物吸附以及遠離陸地輸電困難等不利因素都制約這種方法的發展，但海洋能是自然贈與人們免費資源，據估