有关能源的科学知识
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能源分类 存在于自然界中、没有经过人工加工或转换的能源被称做一次能源。如，煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等等。 由一次能源加工转换后的能源称为二次能源。如，电能、汽油、柴油、酒精、煤气等等。 电能是我们生活中最常用的能源之一，它是由不同类型的能源经人工转化而来，如：化石燃料（煤、天然气、石油）、太阳能、水能、风能、核能、地热能、生物质能等都能通过不同类型的发电站被转化为电能。 自然界中存在的这些能源，有一些会随着人类的开发和利用而不断减少，不会再生。这种能源也叫做不可再生能源，如：煤炭、石油、天然气和核能。 还有一些能源则不会随着人类的利用而减少，还可以不断重复产生，如太阳能、风能、水能、地热能、生物质能等，这种能源被称作可再生能源。
认识能源 化石燃料 煤炭、石油和天然气是三种主要的化石燃料。之所以称之为化石燃料，是因为它们是由上百万年前的动植物化石、遗体残余物质形成的，在经过长时间土壤、岩石的压力和地球内部热量的作用后，这些化石转变为煤炭、石油及天然气。它们需要百万年甚至更久的时间才能形成化石燃料，属于不可再生能源。 煤——由腐解的植物经数百万年的压缩变质作用而形成的一种近乎纯碳的固体物质。是世界上储量最丰富的化石燃料。煤可用露天、坑道或矿井开采。全世界使用的能源有1/3来自煤。除了做燃料，煤还可用于生产多种化工产品，如各种药品和杀虫剂。 石油——种液态化石燃料，通常深藏于地下的储油层中。人们从陆地或近海油井将地下的石油抽上地面。原油被运往炼油厂，在那里被提炼成汽油和各种石化产品，后者可用来制造肥料，杀虫剂、塑料、胶片、墨水、药物等上千万种不同的产品。 天然气——是几种气体的混合物，主要成份是植物腐烂分解产生的甲烷。天然气通常可以在油田附近找到，用钻井的方法很容易开采。天然气的一大优点是去掉杂质后就可以使用，不象煤和石油那样需要加工。虽然燃烧天然气也会产生二氧化碳，但比其它化石燃料的热值高且更清洁，价格也相对较低。这使天然气成为家庭和工业供热的燃料。天然气也可以用来发电。 化石燃料直到今天仍然是世界使用最多的一种能源，与其他种类的能源相比，化石燃料较为廉价，且较为容易得到。 化石燃料的储量是有限的，许多专家预测在未来的几个世纪内地球上化石燃料储备就会消耗殆尽。同时，燃烧化石燃料会造成空气污染，而且释放出二氧化碳气体，一些科学家认为二氧化碳含量的提高导致了全球变暖或者提高了地球的温度。同时，这种能源还导致其他一些环境问题。如石油溢出会污染动植物的栖息地，从而导致它们死亡；煤炭开采将破坏土地……大量使用化石燃料对大气和环境造成了严重污染，对生态系统和人类本身带来了严重损害。 我国是最大的产煤国和煤炭消费国，煤炭消费占我国能源消费总量的68%。虽然煤炭储量占世界的第三位，但是石油和天然气的储量仅占世界储量的5%，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为十分之一。化石燃料开采和利用所带来的环境污染等问题在我国非常严重。因此，我们必须要大力开发利用可再生能源和清洁能源。 核能 一种可替代化石燃料的能源是核能。核能是通过原子核发生反应而释放出的巨大能量。核能包括核裂变能与核聚变能两种。目前工业上大规模应用的是核裂变能。核电站通过原子中心的原子核发生裂变反应来发电。 核电站遍布世界各地，在法国，80%的发电量来自于核电。保证人体健康和环境安全是使用核能的关键问题。若无特殊事故，这是一种安静且对大气无污染的能源。它们也产生出大量廉价的能量。但是如果发生核反应堆的核辐射泄漏，后果是十分严重的。如，1986年前苏联切尔诺贝利4个核反应堆中的1个发生了爆炸和火灾，释放出大量的辐射流。爆炸使31人丧生，周围1000英里范围内的13.5万人不得不被疏散。释放到大气中的放射性物质污染了欧洲的农作物，并被气流带到全世界。这次事故的辐射泄露引起的长期健康问题目前还未得到全面认识。对核裂变后产生的废弃物的处理也是一个非常严重的问题。这些废弃物具有放射性，它们释放出对生物有害的高能粒子和射线，并且这种危害会持续很长一段时间。放射性废弃物一般是储存在地下容器中的。许多人担心万一这些容器泄漏，最终将对人和环境造成危害。 现在，科学家们正在寻找控制核聚变反应的方法。核聚变作为一种能源，更为安全，产生的污染也更少。 我国核发电量占中国大陆总发电量的2.3%，浙江、广东两省的核电比例已经达到13%。第一座自主建设的秦山一期核电站已经安全运行14年。另外我国还建有秦山二期核电站、秦山三期重水堆核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站以及田湾核电站等。 用之不竭的能源——可再生能源 太阳能 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球每天接受的太阳能相当于1.73亿家大型发电厂的发电量。太阳能既是一次能源，又是可再生能源，同时还是一种清洁能源。收集和利用太阳能的两个主要方法是收集太阳热和光伏发电（将太阳能转化为电能），前者的利用很多例子我们都很熟悉，如太阳能灶、太阳能热水器等。太阳能电池也被人们广泛利用在计算器、手表等等地方，我国的有些公路还安装了使用太阳能的路标。 但是太阳能也存在着很大的缺点，那就是太阳光不是一直可以利用的。在日照不充足的地区或是当夜幕降临后，就无法使用这种能源。另一个问题是用太阳能发电的成本很高，比起使用化石燃料发电要耗费更多的财力。 在我国广阔的土地上，２／３以上地区的年日照大于２０００小时，这些地区具有良好的太阳能开发条件，尤其是以青藏高原地区为最，那里平均海拔高度在４０００米以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。目前， 中国可再生能源计划和国家送电到乡工程，已利用太阳能发电为我国内蒙古、甘肃、新疆、西藏、青海和四川等地共１６万无电户解决了用电问题。目前，我国已安装光伏电站约５万千瓦，主要为边远地区居民供电。 风能 风能可以说是可再生能源的另一种形式，由于太阳照射到地球表面，各处受热不同产生温差，从而引起大气对流运动而形成的，地球的风总量是十分可观的，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 人类利用风能的历史可以追溯到公元前，那时农民们就曾使用风车来抽水灌溉农田和碾磨谷物。现在，人们将巨大的风动涡轮机与发电机相连，使风能转变为电能。风力发电站或风电场通常拥有许多风车。目前全世界风力发电年增长在30％以上，有实用规模的风机已经遍布45个国家。 与太阳能一样，风能也是清洁的能源。然而，它也存在明显的缺点——许多地方并不具备驱动巨大的风力涡轮机所需要的稳定的风，同时风力涡轮机工作时声音嘈杂并需要较大的运转空间。 我国风能资源丰富，储量和可开发的装机容量居世界首位。在我国的东南沿海及其附近岛屿、新疆北部、内蒙古、甘肃北部、黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛都是风能资源丰富的地区。目前，全国累计安装小型风力发电机近20万台，用作解决西部无电地区农牧民生产生活用电发挥了重要用用。在广东、福建、浙江、辽宁、内蒙、新疆等地已建成26个风电场。 水能 许多世纪以前，人类就开始利用水的下落所产生的能量。最初，人们以机械的形式利用这种能量。在公元前,中国、埃及和印度，已出现利用湍急的河流、跌水、瀑布的水利能资源，建造水车、水磨和水碓等木制机械，进行提水灌溉、粮食加工，舂稻去壳等。在19世纪末期，人们学会将水能转换为电能。早期的水电站规模非常小，只为电站附近的居民服务。随着输电网的发展及输网能力的不断提高，水力发电逐渐向大型化方向发展，这种大规模的发展为人们生产和生活带来了很大的益处。 水力发电是目前世界上使用最广泛的一种可再生能源，发电的成本也比较低，同时也不会产生空气污染。但它也存在不足之处，其最重要的问题就是要找到足够的空间建筑堤坝，而堤坝的建筑会影响当地的自然环境，并且会对堤坝周边的动植物栖息环境造成威胁。 不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，我国都居世界第一位。 但是，与发达国家相比，我国的水力资源开发利用程度并不高。目前，我国水电消费占能源消费总量的7%。水电作为可再生的绿色清洁能源，在我国具有巨大发展前景，但是必须注意与生态环境的协调发展。 地热能 地热能是来自地球深处的可再生热能。人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。从20世纪开始，地热能被大规模用来发电、供暖和进行工农业利用。在冰岛，87%的家庭取暖使用的是地热能。 地热能在某些方面具备太阳能、风能等所不具备的特点，如资源的多功能性，不受白昼和季节变化限制以及可直接利用等，是一种较为廉价的清洁能源。但是要利用地热能也需要具备一定的条件，因为地热能的分布相对来说比较分散，不易利用。 我国高温地热资源主要分布在云南、西藏、四川西部一带以及台湾地区，一般把高于 150℃的称为高温地热，主要用于发电。低于此温度的叫中低温地热，通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。我国地热能的开发利用开始于20世纪70年代。1977年9月在距拉萨仅90公里的羊八井地热田建成了地热电站，在拉萨地区的电力供应上起到了很大的作用。目前，我国地热资源直接利用量已达到13.76立方米/秒，年利用地热能10779百万千瓦时，居世界第一位，并且以每年10%的速度在增长，不过在能源结构中占的比例还很小，不足0.5%。 生物质能 生物质能是指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源，比如木材、树叶、食物废料，甚至动物粪便都能够转化成为生物燃料。世界上近一半的国家以生物质能作为主要能源，全世界每年砍伐的木材中有一半用来烧饭和取暖。现在人们正在用新的办法将生物质能转化为更清洁的气态或液态燃料，例如通过生物分解生产沼气，可通过发酵生产酒精等。在巴西大约有一半的小汽车使用从玉米或甘蔗中提取的酒精做燃料。 生物质能的优点主要是廉价和分布广泛。但是，生物燃料燃烧会产生二氧化碳、烟、灰而污染环境；在很多地方，人们砍伐和燃烧树木、灌木的速度大大超过了它们的再生速度。 在我国生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源资源。生物质能是我国许多农村的重要生活能源，但大部分是传统的低效利用方式。而我国通过现代化技术利用生物质能发展最成功的是沼气技术，特别是农村户用沼气技术，如今全世界约有农村家用沼气池530万个，中国就占了92％。此外，还建成了生物质能发电装机容量200多万千瓦，主要为蔗渣和垃圾发电。利用陈化粮生产乙醇燃料的项目正在全面推进，能源农作物生产乙醇燃料和生物柴油的技术也在进行试点和示范。
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