光能的几种开发利用?
太阳能的利用有三种形式:一是光合技术,即被绿色植物吸收后经光合作用而长成的有 机生物质能。二是光化技术,即利用光化学的作用将介质分解成氢和氧,可取得氢燃料。三 是光电技术,即利用光电敫应将光能有效地转换成电能的太阳电池。目前,太阳能利用技术主要有光与热的接收转换科技,而太阳能热发电分为两大类,一类 为集中式热发电站,另一类为分散式小功率发电装置。
光电技术简而言之就是光能转换成电能,电能转换成光能。举个日常例子如摄像技术,光线打在半导体感光芯片上,芯片内部产生电流,根据光能的大小强弱生成相应的电流,即光能转换成电能;强弱不一的电流进入微处理器被编译成电子信号,这些信号在经过显示屏变成光信号输入到人眼中,即电能转换成光能。光电技术是目前一个很重要的发展方向,用途广泛,意义重大
火力发电是将煤炭燃烧产生的热能转化为电能。风力发电也很常见,但风力不是很稳定。核能发电和核电厂也是的发展方向,但其副作用应该得到控制。根据能源使用类型,可分为常规能源和新能源。常规能源包括可再生水资源和不可再生煤炭、石油、天然气等一次能源资源。与常规能源相比,新能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能和用于核能发电的核燃料。
由于新能源的能量密度低、品位低或间歇性,按术条件转化利用的经济性尚差,还处于研发阶段,只能因地制宜开发利用;但是大部分新能源都是可再生能源。资源丰富,分布广泛,是未来的主要能源之一。火力发电利用可燃材料作为燃料产生电能的基本过程是化学能→热能→机械能→电能。现在世界上大多数国家主要用煤发电。煤粉和空气悬浮在电厂锅炉的炉膛内,经过剧烈的混合和氧化燃烧,燃料的化学能转化为热能。
热能通过辐射和热对流的方式传递给锅炉中的高压水介质,水的预热、汽化和过热过程分阶段完成,使水成为高压高温的过热蒸汽。蒸汽通过管道可控地送入汽轮机,汽轮机实现蒸汽热能向旋转机械能的转化。高速旋转的涡轮转子通过联轴器带动发电机产生电能,电能由电厂电气系统升压送至电网。第二,核能发电利用核能产生电能,每个原子核(中子和质子)都有很强的约束力。当重核分裂,轻核会聚时,释放出巨大的能量,称为核能。
产生电能的只有重核裂变释放出来的核电站。从能量转换的角度来看,是从重核裂变到核能→热能→机械能→电能的转换过程。第三,太阳能发电太阳能发电是一种可再生能源,利用光电技术将太阳能转化为电能。这个方法也适合家庭。只要屋顶有可用面积,就可以安装太阳能光伏板,将太阳能转化为电能,将家庭剩余电量出售给国家电网,实现“自发使用,剩余电量上网”风力发电风力发电是指将风的动能转化为机械能,再转化为动能的过程。风力发电非常环保,风能量巨大,越来越受到世界各国的重视。
● 太阳能
太阳能是来自地球外部天体的能源。人类所需能量的绝大部分,都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能,在植物体内储存下来。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。
● 风能
风能地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后,气温变化不同以及空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。
● 水能
水能是清洁能源、绿色能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源,是常规能源,一次能源。人们目前最易开发和利用的比较成熟的水能,也是河流能源。水能主要用于水力发电。其优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染,也容易被地形、气候等多方面的因素所影响。
● 生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。对于石油行业来讲,目前最为关切的是生物柴油。它是生物质能的一种,是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂,以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油,通过酯交换工艺制成的可代替柴油的再生性燃料。另外,燃料乙醇也越来越受到关注。
● 地热能
地热能是赋存于地球内部岩石和流体中的热能。它是驱动地球内部一切热过程的动力源,其热能以传导形式向外输送。地球内部温度高达7000℃,这些巨大的热能,透过地下水的流动和熔岩涌动至离地面1~5千米的地壳,热力得以被转送至接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热。这些加热了的水,最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。
● 海洋能
海洋能指依附在海水中的可再生能源。海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量。这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式,存在于海洋之中。地球表面积约为5.1亿平方千米,其中陆地表面积为1.49亿平方千米,占29%;海洋面积达3.61亿平方千米,占71%。以海平面计,全部陆地的平均海拔约为840米,而海洋的平均深度却为380米。整个海水的容积多达13.7亿立方千米。一望无际的大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量。它将太阳能以及派生的风能等,以热能、机械能等形式蓄在海水里,不像在陆地和空中那样容易散失。
可再生能源有:
1、水能
水能是清洁能源,是绿色能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。这种可再生能源主要用于水力发电。水力发电将水的势能和动能转换成电能。另外,磨坊也是采用水能的好例子。
2、风能
人类已经使用了风力几百年了。如风车,帆船等。风能是空气流动所产生的动能,是太阳能的一种转化形式。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。
3、太阳能
自古人类懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。而在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,可以利用光热转换和光电转换两种方式,如太阳能发电。另外,广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。
4、地热能
人类在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,以及烘干谷物等。
5、海洋能
海洋能,就是利用海洋运动过程来生产的能源。这种能源包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能和海水盐差能等,比如一些沿海国家的海岸线,就可以用海洋能来进行潮汐发电。
6、生物质能
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和沼气(甲烷)牛粪等。当前较为有效地利用生物质能的方式有: (1) 制取沼气。(2) 利用生物质制取酒精。只是生物质能所占比重微乎其微。
不可再生能源,又称非再生能源、耗竭性能源,与可再生能源对应,是无法经过短时间内再生的能源,而且它们的消耗速度远远超过它们再生的速度。煤炭、石油、天然气等化石燃料与核燃料、矿产等均属于不可再生能源,如该能源一旦耗尽,将不能开采出更多的可用储备供将来使用。
不可再生能源核燃料
核能发电提供约6%和世界的13%-14%的电,核技术需要核燃料作为能源,但核燃料在世界上的浓度相对很低,开采相对困难,目前只有19个国家能够开采到铀矿。 核电厂、医院、农业、工业、食品业与科学研究等都会产生出放射性废料,世界上有许多国家虽然没有核电厂但是也有放射性废料处理厂。
化石燃料
由于使用化石燃料的内燃机技术在17世纪被迅速发展,因此化石燃料被现代社会大量使用。然而化石燃料是不可再生的,目前人类使用的主要能源仍然依赖不可再生能源,而且主要能源快速消耗的同时,需求还不断增加。可是所有耗竭性能源都需要数百万年时间慢慢形成,在人类的时间尺度上,它们都不能被及时再补充,是不可再生的资源。由于不可再生能源在短时间内无法被制造,而人类社会的许多活动都会消耗不可再生能源,导致其价格不断攀升。
可再生能源生物质能
生物质能是指能够当作燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。也包括以生物可降解的废弃物(Biodegradable waste)制造的燃料。但那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。
地热能
地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7000度,而在80至100公里的深度处,温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳,热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。
海洋能
海洋能源(有时也简称为海洋能)是指由波浪、潮汐、洋流、海水盐度的和海洋温度的差异产生能量。海洋能是一种新兴技术,地球上的海洋运动提供庞大的动能力量或运动中的能量。可以利用这种能量发电,以供家庭、运输和工业用电。
太阳能
太阳能一般是指太阳光的辐射能量,自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能,化石燃料可以称为远古的太阳能。自古人类就懂得以阳光晒干物件,也是保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。太阳能使用的方式可分为光热转换(被动式利用)和光电转换两种方式。主动式太阳能技术,包括利用太阳能光伏板和太阳能集热器储存能量。被动式太阳能技术,包括导向建筑物在阳光下,选择材料具有良好的热质量或光分散性能和设计自然空气流通的空间。
水力
在水中的能量亦为人类所驱,因为水比空气的密度高800倍,即使是慢慢流的水都可以产生很大的能量。
风能
空气中随着温度高低,气流会移动,即为“风”, 风力发电机利用风能可以转变成机械能,再将机械能转成电能,现代的风力发电机一开始系由丹麦研究进入商业运行,起始于1970年代后期的石油危机,丹麦意识到自己国家缺乏自产能源,高度仰仗进口能源将危害国家中长期发展,所以在此危机意识下,大力推动风力发电。
现代的风机在1980年后至今有突飞猛进的进步,不论在技术的进步以及成本的下降,都足以和传统电能分庭抗礼。现代风机的单机容量在1.5-3MW之间。由于风的能量与其速度为2的立方比(8倍),所以风速增加一些些,其能产生的能量就大得许多。一般而言,风机的发电量每年在1500-3000满发小时之间。