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能源科学（第1页）

能源科学

◆能源的含义和分类

能源是指能提供某种形式能量或动力的自然资源。它分为四类：一是来自太阳的能量，包括直接的太阳辐射能和间接来自太阳能的煤炭、石油、天然气、生物能、水能、风能、海洋能；二是地热能；三是核能；四是天体与地球相互吸引产生的潮汐能。

工业革命以来对水能的利用率空前提高了，滚滚的江河水已成为给工厂带来生机、给城市夜空带来光明的重要能源。世界上第一座水力发电站是由法国于1878年建成的。美国从1941年至60年代建成了11座大型水电站。50年代后，前苏联的水电站建设速度很快。在发展中国家中，20世纪建成的著名水电站有埃及尼罗河上的阿斯旺水坝工程，巴西和巴拉圭于1975～1988年间合建的伊泰普水电站等。我国50年代以来在黄河、长江上建设了一批大型水电站，长江三峡水电工程已经开工。除了利用河流发电之外，法国人还于1941～1966年问研究并建成了潮汐发电站；60年代以来，法国、美国和瑞士等国还研制并建成了海水温差发电站。另外，对波浪能的利用也已经开始。

◆潜力巨大的环保能源——风能

风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均，引起空气运动产生的能量。地球上近地层风能总储量约1．3×1012千瓦。一般说来，凡是常年有70％以上时间处于每秒12米风力的地区，就可利用风力发电。目前世界各地已利用的风能仅占风能潜力的1／10左右。

◎风能的充分利用。

◆有待开发的新能源

新能源又称“非常规能源”，相对于常规能源是新利用或正在开发研究的能源，如太阳能、沼气、风能、地热能、海洋能、核能等。它从开始研究到实际应用需要经过科学可行、工程研制、工程实验、商业工厂、实用五个阶段，并具有以下特点：

（1）除核能外，其他基本可再生；

（2）系非耗尽能源；

（3）不需要大量运输；

（4）利用时对环境基本无污染；

（5）开发成本较高，但随时间推移和技术进步成本将下降并转变成常规能源。

◆一举两得的生物能

第二次世界大战以来，对沼气（生物能）的利用进入实用阶段。到1972年，英国已有15个利用污水处理生产沼气的工厂。法国也已建立了许多大大小小的利用有机废物和污水生产沼气的工厂，以便在处理环境问题的同时减轻能源进口的压力。发展中国家在这方面比较重视的是印度。

◆地球自身产生的热能——地热

地热是天然能源之一，由地球内部放射性物质蜕变、经过化学反应、地壳内晶格畸变发生摩擦而产生，其形式有地下热水、地热蒸气、热岩层等。当地壳变动或人工破坏时，这部分能量便通过各种介质传导出来。整个地球表面每年散逸到大气里的总热量约有2．6×1020卡。

◆储量巨大的海洋能

据估计，全世界可供利用的海洋动力资源每年达100万亿度，包括潮汐、海浪、洋流、深水温差等。其中潮汐能大约有2600亿度，且能量比较集中。目前，法国、美国、英国、加拿大等国都在积极发展潮汐电站。到2000年，全世界潮汐电站的年发电量已达到450亿度。

◆来自万有引力的潮汐能

因为月亮和太阳引潮力的作用，使海洋中的海水作周期性的涨落运动，由潮汐涨落所产生的位能和动能称为潮汐能。我国潮汐能资源估计约1．1亿千瓦，主要用作水磨、水车、农副产品机械的动力和发电。20世纪80年代中期，我国已建成并进入正常运行的潮汐电站有15个，计装机3000千瓦。其中最早的是浙江省沙山潮汐电站（40千瓦）已运行28年，产生的经济效益已为建站投资的20倍。此外还有山东省乳山县北砂口电站和浙江省江厦潮汐电站等。

◆便于输送的水煤浆

人们在设想，如果煤能够在使用和运输上像石油那样方便就好了。这一设想得到了实现，这就是煤变石油——水煤浆。

煤和水的混合物为什么能够变成油呢?这是因为煤和油其实是同一成分的化合物，它们的主要成分都是氢和碳，正是因为它们都含有碳，所以它们都能够作为燃料而燃烧。它们的区别在于煤的含氢量要比石油低很多，但是它们的含碳量却相差无几。所以只要能够设法提高煤中的含氢量，即可将煤转化为油状。

因此，人们在煤中加入大量的水，加入水的目的就是增加煤中氢的含量，而同时却不影响其中碳的含量。这样一旦煤中氢的含量与石油相近时，煤就成了水煤浆，这样一来，煤燃料在运输上就大大方便起来，从而使之能得到更广泛的应用。

◆盛产“石油”的植物

某些含有天然可燃烃油的乔木、灌木、藻类植物，用它们可以产出石油，我们就称之为“石油植物”。如巴西热带森林中的“香波树”，只要在树上挖个洞，油就会流出来，一棵树每天的出油量可高达25千克。美国的“黄鼠草”和澳大利亚的丛粒藻等，也都能提炼出石油，且产量不低。中国海南省的油桶树，砍掉树干，油就会源源而来，一棵树每日能产“柴油”10～15千克。

由于能源危机是摆在人类面前的日趋严重的问题之一，因此，石油植物的利用，为人类战胜能源危机带来了新的希望。随着高新科技的发展和应用，对某些石油植物的深层次开发研究已进入实用阶段。例如：利用木屑来生产石油，其转换率已达70％；利用蒸汽蒸馏技术来处理桉树，每公顷桉树可提炼石油20多吨。广泛地种植产油植物，可为人类提供大量燃料，从而逐渐解决能源危机。能源专家们预言21世纪将是石油农业的时代。

◆人造石油

人造石油是一种由固体、**或气体燃料制成的类似石油的产品。是**燃料的来源之一。主要成分为烃类，并含有氧和氮等有机化合物。它的制法有：

（1）低温干馏法。由煤或油页岩经干馏而得低温焦油，再加工可制成各种**燃料。