新能源概论论文

PAGEPAGE1新能源概论论文无敌沈阳人能源概论能源的意义能源［Sourceofenergy］是人类藉以克制困难，维持生存的原动力，譬如太阳给我们光热，风动风车能够发电，可用以推动，使用瓦斯能够烹调、取暖，凡此各种如太阳、风、、瓦斯等都是能源。至於能源存在於天然界中，不需经过转换处理，直接可用的称为「初级能源」［PrimaryEnergy］，例如太阳能、水力等，但凡必需经过转换才可使用的能源，称之为「次级能源」［SecondaryEnergy］，例如：、电能等。【各类能源转换系统图】能源的种类诸多，近年来，无论核(fission)、核融合(fusion)和太阳能的研究发展，均呈现出一片蓬勃景象，但当前依靠最重，使用最多的还是化石性［Fossilfuel］，如煤、石油和天然气等，占领90％以上的今日能源市场由於这类其蕴藏量有限且日益干涸、分布不均，使用时又污染严重，鉴於当前已经投置的生产设备和应用技术，估计化石尚能够维持在能源主流的地位直至本世纪之末，因而人类燃眉之急就是寻求更好用的，并加紧改进现有能源的利用技术。由於人口增长，每人消耗损费的能源用量也不断升高，但天然界的能源蕴藏并非无穷，於传统能源逐步干涸之际，［当前的估计是煤大约可再维持100年左右，石油、天然气亦只要数十年的存量］，对各种形式再生能源的开发研究正被各国看重，现今社会人类终於体悟到能源不容我们的任意挥霍，因而除了积极开发新能源、改善能源利用的效率外，也应研究怎样在不降低生活水准、不减缓发进步及经济成长的前题下，努力节约能源。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(包含石油、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经过，在地球构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。自有能源重要包含地热和核；外来能源重要包含月球能(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，能反覆使用连续者，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，必需另外设法开发转换采用，无法自行补充者，称之。能源的开发与应用：一、太阳：1.每年照耀到地球外表的太阳能，估计为1.78×1017瓦-年，约为当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%为地球外表吸收后，再从新辐射出去，因而得以维持地球外表的温度。4.约20%的太阳能将地表的水蒸发成水蒸气，构成云、雨及空气的流动(水力和风力的来历)，同时也造成海洋外表和底层的温差。5.只要很小的比例(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，仅合适在沙漠或偏僻地带)。【太阳能板】二、水力与风力发电：实质上都是太阳能的间接利用，发电经过不会产生污染性废物，是相当理想的清洁能源。(在开发中，水力发电已趋饱和。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，且对天然景观有的影响。)【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：植物自己、农作物的残渣、动物家畜的排泄物等，可经化学处理为液体，或经微生物的发酵作用产生沼气，可用於产生热能，这种能量称为生质能。利用甘蔗或玉米可制成酒精，是当今最重要的生质能能源。而生质能的需要依靠大面积栽种，因而成本甚高，不合适地狭人稠的。虽然如此，生质能还是一个值得选择的替代化石的能源。酒精虽然会产生二氧化碳，但因大量植物的栽种，经由光合作用，可回收大气中的二氧化碳而到达平衡。五、核能反应发电：核能和一般火力发电一样，从特定的中，发出大量的能，利用核反应产生宏大的核能，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，乃是可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和法国研究发展快滋长核反应炉，利用快速中子撞击铀-238，使转化成可的钸-239，作为核反应的。使先前含量高达99.3%的铀-238，可充足的利用。核：核能的产生首先是以中子撞击可物［如铀235］使，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，因而需要「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」［例如锆金属管中储存石墨等能够吸收中子的物质］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」把热量送出高温蒸气，送往汽机，产生动力。核融合：当前人类只会应用融合时的宏大核能，当作伤武器［如］，由於核子融合［聚变］往往需要摄氏1亿度的高温因而将核融合发电，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，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，就跨越200吨石油的能量］，所以核融合发电还是很有发展潜力。核式的反应器种类许多，例如：1.沸水反应器［BWR，BoilingWaterReactor］，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发电机。2.压水反应器［PWR，PressurizedWaterReactor］，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，以供蒸气，发往汽涡发电机发电。3.气冷反应器［GCR，Gas-CooledReactor］，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-WaterReactor］，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［HTRHTGR，HighTemperatureReactor］，采取稀有气体为冷却剂，核心采取陶瓷材料，通常采取石墨为缓和剂，其冷却剂出口温度甚高。6.钠冷却反应器［Sodium-CooledReactor］，以液态钠为冷却剂。7.轻水反应器［LWR，Light-WterReactor］以天然纯水为冷却剂，分沸水式［SWR］及压水式［PWR］。8.快繁殖反应器［FBR，FastBreederReactor］，能进行快速繁殖［使铀包抄钸经反应后，除发出能量，兼产生钸239，产生的可放射性物多於所的反应物］，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、二厂所采取的反应器是沸水式，垦丁附近的三厂采取的是压水式。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，依靠得最重的能源，就是石油［又称原油］，由於石油和天然气往往相伴而生，又可相互转化或代用，是所有能源中最方便使用的，它可视需要量的多寡而调节生产量，便於输送，也便於蕴藏，可直接用於发电或驱动引擎。因而通称之为「油气」，当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跨越它构成的速率。)石油和天然气不仅仅是优良的，而且可供做化工生产之原料［如肥料等］。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，已经完全分馏出，称为「分馏」，然后再温度可分馏出灯油、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，称为「分解」，总共自石油中可提炼日量约30%。又是当前机械动力最重要的来源，交通工具［车、船、飞机等］大多以为，含碳83~85%、氢14~15%，另含硫磺、抗燥剂等，在10℃遇火即燃，380℃时能天然，时空气与之混合比为14.5：1，每1公斤可发出热量约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，而且用处广泛，因而能源价值日益升高。天然气是天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物质发酵生成之气体，重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储存，一般而言，液化天然气重要成分是甲烷。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。当前各国有大量采取天然气取代石油之趋势！七、煤：能源重要的是由于石油蕴藏日益缺少之故，而煤和石油同样是开发使用历史悠久的，更由于煤具有存量丰富、用处广泛之优点，因而在发电及加热应用上，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℉下面约1.32B.T.U./磅℉。直接利用系采取各种器［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［如乙炔、醇类、等］再使用，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，以供燃用。煤所产生的污染比石油和天然气严重得多，不外近年来界已积极在研究怎样将煤转化成便宜的、清洁的液体，或转化为可燃气体，以提升煤的应用价值。当前世界各留大多设法多用煤、天然气，核能及其他