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        清潔能源與自然

        能源是一切生命生存的基礎,植物需要吸收光能,動物需要攝入食物的化學能。人類由于發現并利用了煤炭而步入現代化社會,在某種意義上講,人類社會的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。所謂優質能源就是指能量密度高、易獲得、可控制的能源。

        按照是否可再生、利用方式、開發周期等能源可以劃分為多種類型。現如今溫室效應的環境壓力下,發展清潔能源已成為全球社會的共識。點擊下圖,讓我們一起了解各種清潔能源吧!

        1) 風能是什么?

        是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量,屬于可再生能源(包括水能,生物能等)。空氣流具有的動能稱風能。空氣流速越高,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機,以產生電力。

        2) 全球風能總量有多大,在中國風力資源主要分布在哪里呢?

        全球的風能約為2.74萬億千瓦,其中可利用的風能為200億千瓦(目前全球風電裝機約3.2億千瓦),比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。我國10米高度層的風能資源總儲量為32.26億千瓦,其中實際可開發利用的風能資源儲量為2.53億千瓦。

        中國近海風能資源約為陸地的3倍,中國可開發風能資源總量約為10億千瓦。東南沿海及其附近島嶼是風能資源豐富地區,新疆北部、內蒙古 、甘肅北部也是中國風能資源豐富的地區。黑龍江、吉林東部、河北北部及遼東半島的風能資源也較好。

        青藏高原隨風速大,但海拔高、空氣密度小,所以有效風能密度也較低。云南、貴州、四川、甘肅、陜西南部、河南、湖南西部、福建、廣東、廣西的山區及新疆塔里木盆地和西藏的雅魯藏布江為風能資源貧乏地區。其中青海、甘肅、新疆和內蒙可開發的風能儲量分別為1143萬千瓦、2421萬千瓦、3433萬千瓦和6178萬千瓦,是中國大陸風能儲備最豐富的地區。

        風能是一種干凈的自然能源,不會像常規能源(如煤電,油電)那樣造成環境污染的問題。平均每裝一臺單機容量為1兆瓦的風能發電機,每年可以減排2000噸二氧化碳(相當于種植1平方英里的樹木)、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風能產生1兆瓦小時的電量可以減少0.8~0.9噸的溫室氣體,相當于煤或礦物燃料一年產生的氣體量。而且風機不會危害鳥類和其它野生動物。在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發展潛力。

        3) 風能的利用

        風能的利用主要是以風能作動力和風力發電兩種形式,其中又以風力發電為主。以風能作動力,就是利用風來直接帶動各種機械裝置,如帶動水泵提水等這種風力發動機的優點是:投資少、工效高、經濟耐用。

        4) 何謂風力發電?風力發電的基本工作原理是什么?

        眾所周知,風是空氣流動的結果,它是由地球自轉和太陽輻射共同作用形成的。以風力為動力做功,驅動發電機旋轉(風能轉換為機械能),產生能量(機械能轉換為電能),這種發電方式叫做風力發電。

        5) 發展風力發電具有什么優勢?

        風電技術日趨成熟,產品質量可靠,可用率已達95%以上,已是一種安全可靠的能源,風力發電的經濟性日益提高,發電成本已接近煤電,低于油電與核電,若計及煤電的環境保護與交通運輸的間接投資,則風電經濟性將優于煤電。風力發電場建設工期短,單臺機組安裝僅需幾周,從土建、安裝到投產,只需半年至一年時間,是煤電、核電無可比擬的。

        投資規模靈活,有多少錢裝多少機。對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆來說,可作為解決生產和生活能源的一種有效途徑。

        6) 什么是風電場?

        風力發電場(簡稱風電場),是將多臺大型并網式的風力發電機安裝在風能資源好的場地,按照地形和主風向排成陣列,組成機群向電網供電。風力發電機就像種莊稼一樣排列在地面上,故形象地稱為“風力田”。風力發電場于20世紀80年代初在美國的加利福尼亞州興起,現在被全世界大力發展風電的各個國家廣泛采用。

        1)什么是原子能?

        原子是由質子、中子和電子組成。 原子的核心部分稱為原子核,由質子和中子構成。原子能即原子核能,是核結構發生變化時放出的能量。
        例如,核電站所用的核燃料中有效成分是鈾235,如果能讓1千克鈾235的原子核全部分裂成碎片(裂變),則它可以釋放出相當于2700噸標準煤完全燃燒所放出的能量。

        2)什么是核電站?

        核電站是利用核能來大規模生產電力的發電站。它與我們常見的火力發電廠一樣,都用蒸汽推動汽輪機旋轉,帶動發電機發電。它們的主要不同在于蒸汽供應系統。火電站依靠燃燒化石燃料(煤、石油或天然氣)釋放的化學能制造蒸汽,核電站則依靠核燃料的核裂變反應釋放的核能來制造蒸汽。

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        1) 太陽能是什么?

        一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能,其中約二十億分之一到達地球大氣層,是地球上光和熱的源泉自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存,而自古人類也懂得以陽光曬干物件,但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進一步發展。

        太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式。

        2) 我國太陽能資源分布

        在我國,西藏西部太陽能資源最豐富,最高達每平方米2333千瓦時(日輻射量每平方米6.4千瓦時),居世界第二位,僅次于撒哈拉大沙漠。根據各地接受太陽總輻射量的多少,可將全國劃分為五類地區。

        3) 太陽能的利用

        (1) 光與熱的轉換。如太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能熱發電系統等。

        (2) 光與電的轉換,如太陽能電池板、太陽能車、船等。

        太陽能清潔能源是將太陽的光能轉換成為其他形式的熱能、電能、化學能,能源轉換過程中不產生其他有害的氣體或固體廢料,是一種環保、安全、無污染的新型能源。目前開展的對太陽能綜合利用的全生命評估(LCA)結果顯示,以往的太陽能光電轉換的利用方式,由于依賴太陽能電池板這一生產過程中高污染、高耗能的材料,因此利用成本和環境代價都較高。目前研究的熱電在太陽能熱利用方向上。

        4) 光熱發電是什么?

        太陽能光熱發電是指利用大規模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能,通過換熱裝置提供蒸汽,結合傳統汽輪發電機的工藝,從而達到發電的目的。采用太陽能光熱發電技術,避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝,可以大大降低太陽能發電的成本。而且,這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉換所無法比擬的優勢,即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中,在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發電。

        5) 什么是光熱電站?

        這種發電站就是先將太陽能轉變成熱能,然后再通過機械能裝置轉變成電能。熱能充當了從太陽能到電能的“中介人”。太陽能熱電站的能量轉換它與分布式聚光器的主要區別是吸熱裝置不同。電站有一個高塔,塔頂上裝有鍋爐(中心接收器),塔的周圍裝有平面反射鏡(定日鏡),它把陽光反射后集中在鍋爐上,把鍋爐內的工作物質水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過管道一部分輸送到汽輪發電機,一部分輸送到儲熱器把熱能儲存起來,以備無陽光時使用。目前美國、日本等國已建成少量太陽能發電站。我國也已開展了大量的研究與試驗工作,特別是在分布式和塔式太陽能發電站方面,已取得可喜的進展。

        6) 光熱發電的原理

        太陽能光熱發電的原理是,通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置,利用太陽能加熱收集裝置內的傳熱介質(液體或氣體),再加熱水形成蒸汽帶動或者直接帶動發電機發電。太陽能熱發電在早上6點鐘以前即可供應能量,之后可持續供應能量到24點,這是光伏發電所不能達到的。

        7) 光熱發電的優勢在哪里?

        從技術角度上看,光熱發電有其獨到的三大優勢。一是上網功率平穩,時間長。考慮云遮情況,目前蓄熱時間10小時左右,而光伏卻沒有蓄電系統。二是余熱綜合利用,這是其他新能源所沒有的特性。這個特性可使光熱發電與常規能源實現互補,實現減煤目標,達到節能減排效果。三是優異的環境特性。光熱發電每千千瓦時電量排出二氧化碳僅有12千克,光伏發電是110千克,天然氣發電為435千克,煤電為900千克。

        8) 光伏發電是什么?

        光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

        9) 什么是光伏電站?

        光伏電站是利用太陽能電池半導體材料的光伏效應,將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統,有獨立運行和并網運行兩種方式。

        10) 光伏發電的原理是什么呢?

        光伏發電是根據光生伏特效應原理,利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電,光伏發電系統主要由太陽電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成,它們主要由電子元器件構成,不涉及機械部件。光伏發電設備極為精煉,可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。

        11) 光伏發電優點有哪些?

        (1) 太陽能取之不盡,用之不竭,地球表面接受的太陽輻射能,足夠滿足目前全球能源需求的1萬倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統,所發電力就可以滿足全球的需要。太陽能發電安全可靠,不會遭受能源危機或燃料市場不穩定的沖擊;

        (2) 太陽能隨處可處,可就近供電,不必長距離輸送,避免了長距離輸電線路的損失;

        (3) 太陽能不用燃料,運行成本很低;

        (4) 太陽能發電沒有運動部件,不易用損壞,維護簡單,特別適合于無人值守情況下使用;

        (5) 太陽能發電不會產生任何廢棄物,沒有污染、噪聲等公害,對環境無不良影響,是理想的清潔能源;

        (6) 太陽能發電系統建設周期短,方便靈活,而且可以根據負荷的增減,任意添加或減少太陽能方陣容量,避免浪費。

        12) 居民太陽能發電優勢眾多,多在哪?

        目前,我國能源產業結構主要以火電為主,每年向大氣中排放大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物。而我國太陽能資源卻很豐富。數據顯示,太陽能發電資源能達到2.1萬億千瓦,只需開發1%即達到210億千瓦,這在國家節能減排事業中發揮重要作用。

        一是能量投入產出比高。從新建電站所消耗能量與電站運行周期內的發電量之比看,太陽能發電可達10~15倍,在光照良好的地區可達到15~20倍,這么巨大的能量產出與其他能源相比有很大優勢。

        二是從電站建設成本看,隨著太陽能發電的大規模應用和推廣,尤其是晶體硅產業和光伏發電技術的日趨成熟,建筑房頂、外墻等平臺的復合開發利用,每千瓦太陽能發電建設成本在近幾年內可能降至7000元~10000元,相比其他可再生能源具有同樣經濟優勢。

        三是碳排放量最少。從目前各種發電方式的碳排放量來看,煤電為275克,油發電為20克,天然氣發電為181克,風力發電為204克,而太陽能發電則接近零排放。如果安裝90平方米的太陽能發電設備,日發電量最高可達到18度,年發電量平均達到5000度,相當于節省約1900公斤標準煤,減排二氧化碳6噸。
        四是轉換環節最少最直接。太陽能發電直接將太陽輻射能轉換為電能,對太陽能的轉換環節較少、利用也最為直接。

        13) 我的屋頂想裝太陽能發電,系統包括些什么?

        太陽能光伏發電系統主要是由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、逆變器等設備組成,其各部分設備的作用是:

        (1)太陽能電池方陣。太陽電池方陣由太陽電池組合板和方陣支架組成。因為單個太陽電池的電壓一般比較低,所以通常都要把它們串、并聯構成有實用價值的太陽電池板,作為一個應用單元,然后根據供電要求,再由多個應用單元的串、并聯組成太陽能電池方陣。太陽能電池板(某些半導體材料,主要是多晶硅、單晶硅以及非晶硅,經過一定工藝組裝起來)是太陽能光伏系統中的最主要組成部分,也是太陽能光伏發電系統中價值最高的部分。太陽能電池板在有光照情況下,電池吸收光能,電池兩端出現異號電荷的積累,即產生“光生電壓”,這就是“光電效應”。在光電效應的作用下,太陽能電池的兩端產生電動勢,將光能轉換成電能,它是能量轉換的器件。

        (2)蓄電池組。其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能并可隨時向負載供電。在太陽能并網發電系統中,可不加蓄電池組。

        (3)控制器。對電能進行調節和控制的裝置。

        (4)逆變器。是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的直流電轉換成交流電的設備,是光伏并網發電系統的關鍵部件。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源,當負載是交流負載時,逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式,可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統,為獨立負載供電。

        1) 海洋能源是什么?

        海洋能源通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源,主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。海洋能的表現形式多種多樣,通常包括:潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能等。

        2) 潮汐能

        潮汐能是從海水面晝夜間的漲落中獲得的能量。潮汐能包括潮汐和潮流兩種運動方式所包含的能量,潮水在漲落中蘊藏著巨大能量,這種能量是永恒的、無污染的能量。潮汐導致海水平面周期性地升降,因海水漲落及潮水流動所產生的能量成為潮汐能。

        3) 波浪能

        波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能,是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。波浪能是由風把能量傳遞給海洋而產生的,它實質上是吸收了風能而形成的。

        4) 溫差能

        溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。海洋是地球上一個巨大的太陽能集熱和蓄熱器。由太陽投射到地球表面的太陽能大部分被海水吸收,使海洋表層水溫升高。赤道附近太陽直射多,其海域的表層溫度可達25~28℃,波斯灣和紅海由于被炎熱的陸地包圍,其海面水溫可達35℃。而在海洋深處50O~1000米處海水溫度卻只有3~6℃。這個垂直的溫差就是一個可供利用的巨大能源。在大部分熱帶和亞熱帶海區,表層水溫和1000米深處的水溫相差20℃以上,這是熱能轉換所需的最小溫差。

        5) 鹽差能

        鹽差能是以化學能形態出現的海洋能。地球上的水分為兩大類:淡水和咸水。全世界水的總儲量為152.6立方千米,其中97.2%為分布在大洋和淺海中的咸水。在陸地水中,2.15%為位于兩極的冰蓋和高山的冰川中的儲水,余下的0.65%才是可供人類直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各種礦物和大量的食鹽,1立方千米的海水里即含有3600萬噸食鹽。在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差(相當于240米的水頭)。

        6) 海流能

        海流能是另一種以動能形態出現的海洋能。所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由于節能環保潮汐導致的有規律的海水流動。其中一種是海水環流,是指大量的海水從一個海域長距離地流向另一個海域。海水流動會產生巨大能量。

        1) 生物質能是什么?

        生物質是指由光合作用而產生的各種有機體,光合作用利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水,將吸收的太陽能轉換為碳水化合物和氧氣。在各種可再生能源中,生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物中的一種能量形式,是以生物質為載體的能量,是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規固態、液態和氣態燃料。

        生物能是第四大能源,生物質遍布世界各地,其蘊藏量極大。世界上生物質資源數量龐大,形式繁多,其中包括薪柴、農林作物、尤其是為了生產能源而種植的能源作物,農業和林業殘剩物,食品加工和林產品加工的下腳料,城市固體廢棄物,生活污水和水生植物等等(中國生物質資源主要是農業廢棄物及農林產品加工業廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮生活垃圾等四個方面)。生物質能的原始能量來源于太陽,所以從廣義上講,生物質能是太陽能的一種表現形式。

        2) 生物質能的利用

        生物質能是一種清潔優質的可再生能源,有著廣泛的用途。

        (1) 農作物秸稈是能源

        農作物秸稈是農業生產的副產品,也是我國農村的傳統燃料。秸稈資源與農業主要是種植業生產關系十分密切。

        據統計,我國農作物秸稈年產出量為6.04億噸,其中造肥還田及其收集損失約占15%,剩余5.134億噸。可獲得的農作物秸稈5.134億噸除了作為飼料、工業原料之外,其余大部分還可作為農戶炊事、取暖燃料,目前全國農村作為能源的秸稈消費量約2.862億噸,但大多處于低效利用方式即直接在柴灶上燃燒,其轉換效率僅為10%~20%左右。采用秸稈氣化技術,通過對秸稈不完全燃燒或干餾,獲得可燃氣作燃料。或將秸稈通過生物發酵產生沼氣作燃料。這些生物質能轉化技術可提高能源利用2~4倍,因此,加快秸稈的優質化轉換利用勢在必行。

        (2) 垃圾發電

        垃圾發電是把各種垃圾收集后,進行分類處理。其中:一是對燃燒值較高的進行高溫焚燒(也徹底消滅了病源性生物和腐蝕性有機要物),在高溫焚燒(產生的煙霧經過處理)中產生的熱能轉化為高溫蒸氣,推動渦輪機轉動,使發電機產生電能。二是對不能燃燒的有機物進行發酵、厭氧處理,最后干燥脫硫,產生一種氣體叫甲烷,也叫沼氣。再經燃燒,把熱能轉化為蒸氣,推動渦輪機轉動,帶動發電機產生電能。

        (3) 沼氣

        沼氣發酵又叫厭氧消化,是指利用人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內,在厭氧(沒有氧氣)條件下,被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化,最終產生沼氣的過程。在這個過程中,微生物是最活躍的因素,它們把各種固體或是溶解狀態的復雜有機物,按照各自的營養需要,進行分解轉化,最終生成沼氣。沼氣是一種混合氣體,可以燃燒,因為這種氣體最先是在沼澤中發現的,所以稱為沼氣,它的主要成分是甲烷占55%~70%左右,二氧化碳占25%~40%左右,此外還有少量氫氣、硫化氫、一氧化碳、氮和氨等。

        (4) 新能源“生物柴油”

        “生物柴油”是一種石油替代品。眾所周知,普通柴油是從石油中提煉的,而“生物柴油”則可從動物、植物的脂肪中提取,在美國,目前主要從大豆中提取。這是因為美國的大豆產量很高,價格也便宜。此外,用“生物柴油”作汽車燃料對環保也有積極意義——排放的廢氣所含的二氧化碳遠沒有用普通柴油那么多,而二氧化碳正是加劇溫室效應的罪魁禍首。美國康奈爾大學的生態與農業科學專家戴維•迪溫塔爾教授曾對數種替代能源作了深入研究,結果發現,“大豆柴油”是一種極好的替代能源。與乙醇相比較,生產同等量的“大豆柴油”所消耗的能源要低得多。此外,原本使用普通柴油為燃料的發動機無須改動,就可改用“大豆柴油”,只是目前“大豆柴油”的生產成本還偏高,故售價略高于普通柴油。時下在美國,越來越多的私家車和政府及企業的車輛開始使用“生物柴油”,或普通柴油與“生物柴油”的混合燃料。據悉,生產“生物柴油”還有另一種原料:餐館用過的廢棄食用油和炸過薯條的黃油。

        (5) 能源新秀——海帶

        巨型海帶的實用價值,在國外已有實例可查。據國內一位專家指出,美國政府在加州外海開辟了一片面積400平方千米的海底農場,專門種植巨型海帶,每到收獲季節,以特殊的采收船采收之后,或利用海帶本身具有的細菌自然發酵,或以人工方法加速發酵,它一年所產生的合成天然氣高達6.226多億立方米,可供5萬人口的城市一年之用,這是以美國家庭的燃料耗用量而言的。

        (6) 能源新秀——巨藻

        巨藻可以用來提煉藻膠,制造五光十色的塑料、纖維板,也是制藥工業的原料。近年來,科學家們對巨藻進行了新的研究,發現它含有豐富的甲烷成分,可以用來制造煤氣。這一發現是引人矚目的。美國有關方面樂觀地估計,這一新的綠色能源具有誘人的前景。將來,它甚至可以滿足美國對甲烷的需求。
        巨藻可以在大陸架海域進行大規模養殖。由于成藻的葉片較集中于海水表面,這就為機械化收割提供了有利條件。巨藻的生長速度是極為驚人的,每晝夜可長高30厘米,一年可以收割3次。

        最近,日本出光興產中央研究所的生物化學研究所等組成的科研小組宣布,他們成功地從一種淡水藻類中提取出了石油。這種藻類在吸收二氧化碳進行光合作用的過程中體內蓄集了石油。在研究過程中發現,這種藻類不僅二氧化碳的吸收率高,而且其石油生成能力遠遠超過預想的程度。提取出的石油不僅發熱量高,而且氮、硫含量少。

        3) 生物質能的優點有哪些?

        生物質能具備下列優點:

        (1) 提供低硫燃料;

        (2) 提供廉價能源(于某些條件下);

        (3) 將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如,垃圾燃料);

        (4) 與其他非傳統性能源相比較,技術上的難題較少。

        4) 生物質能的轉化技術

        生物質能的開發和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農村新能量、物質循環系統,使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農場、能量林場及海洋能量農場。

        (1) 生物質汽化

        將固體生物質轉化為氣體燃料,稱為生物質汽化。其基本原理是含碳物質在不充分氧化(燃燒)的情況下,會產生出可燃的一氧化碳氣體,即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐,人們故意不給足氧氣,讓含碳物質在沒有足夠的空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳來。

        (2) 生物質液化

        將固體生物質轉化為液體燃料,稱為生物質液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機械方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經提煉成為可替代柴油的燃料。

        (3) 生物質熱分解

        這是一項很有潛力的技術,用于制取人造石油。一些生物質通過熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質得到充分利用。

        (4) 能源農場

        即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地,以能源農場的形式大規模培育生物質,并加工成可利用的能源。要對土地進行合理規劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當地生長條件的生物質品種進行培育、繁殖,以獲得足夠數量的高產能植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農場或江河能源農場。同時,將基因工程等現代生物技術廣泛應用于能源農場中,以提高能源轉化率。

        1) 何謂水能資源

        水能資源:指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;狹義的水能資源指河流的水能資源。水能是一種可再生能源。

        2) 水能資源的分布

        我國的水能資源豐富,總量位居世界首位。根據2013年最新的全國水力資源復查成果,我國大陸水力資源理論蘊藏量在1萬千瓦及以上河流上的水力資源理論蘊藏量年電量為60829億千瓦時,平均功率為69440萬千瓦;理論蘊藏量在1萬千萬及以上河流上單站裝機容量500千瓦及以上水電站的技術可開發裝機容量為54164萬千瓦,年發電量為24740億千瓦時,其中經濟可開發水電站裝機容量40179萬千瓦,年發電量17534億千萬時,分別占技術可開發裝機容量和年發電量的74.2%和70.9%。
        由于我國幅員遼闊,地形與雨量差異較大,因而形成水力資源在地域分布上的不平衡,水力資源分布是西部多、東部少。按照技術可開發裝機容量統計,我國經濟相對落后的西部云、貴、川、渝、陜、甘、寧、青、新、藏、桂、蒙等12個省(自治區、直轄市)水力資源約占全國總量的81.46%,特別是西南地區云、貴、川、渝、藏就占66.70%;其次是中部的黑、吉、晉、豫、鄂、湘、皖、贛等8個省占13.66%;而經濟發達、用電負荷集中的東部遼、京、津、冀、魯、蘇、浙、滬、粵、閩、瓊等11個省(直轄市)僅占4.88%。

        3) 水能的利用

        水能是一種可再生能源,是清潔能源,是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源,一次能源。水不僅可以直接被人類利用,它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環,使之持續進行。地表水的流動是重要的一環,在落差大、流量大的地區,水能資源豐富。隨著礦物燃料的日漸減少,水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。目前世界上水力發電還處于起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可以用來發電。

        4) 水力發電的原理是什么?

        水力發電過程其實就是一個能量轉換的過程。通過在天然的河流上,修建水工建筑物,集中水頭,然后通過引水道將高位的水引導到低位置的水輪機,使水能轉變為旋轉機械能,帶動與水輪機同軸的發電機發電,從而實現從水能到電能的轉換。發電機發出的電再通過輸電線路送往用戶,形成整個水力發電到用電的過程。

        5) 什么是水電站

        水電站是將水能轉換為電能的綜合工程設施,又稱水電廠。它包括為利用水能生產電能而興建的一系列水電站建筑物及裝設的各種水電站設備。利用這些建筑物集中天然水流的落差形成水頭,匯集、調節天然水流的流量,并將它輸向水輪機,經水輪機與發電機的聯合運轉,將集中的水能轉換為電能,再經變壓器、開關站和輸電線路等將電能輸入電網。有些水電站除發電所需的建筑物外,還常有為防洪、灌溉、航運、過木、過魚等綜合利用目的服務的其他建筑物。這些建筑物的綜合體稱水電站樞紐或水利樞紐。

        6) 水力發電的原理是什么?

        以水具有的重力勢能轉變成動能的水沖水輪機,水輪機即開始轉動,若我們將發電機連接到水輪機,則發電機即可開始發電。如果我們將水位提高來沖水輪機,可發現水輪機轉速增加。因此可知水位差愈大則水輪機所得動能愈大,可轉換之電能愈高。

        7) 水力發電的優點有哪些?

        (1) 利用高處之水量持有位能轉換動能推動原動機;

        (2) 利用引導水路及壓力水管將水量之位能轉換為動能;

        (3) 有利之水力地點離負載中心遠,離電距離長,輸電費用高;

        (4) 水力發電效率高達90%以上;

        (5) 單位輸出電力之成本最低;

        (6) 發電之起動快,數分鐘內可以完成發電。

        除此之外,水力發電作為清潔能源被利用,水電不僅可以代替部分火電,具有調峰的優點,在電網安全運行中起到重要的作用,還可提高水資源的利用效率而基本上不改變其水質,不排放污染物。例如,在電網系統中,建設一個裝機容量為2000兆瓦的水電站代替同等規模的燃煤火電廠,這樣每年可節約原煤500萬噸,減少排放二氧化硫24萬噸,減少排放氮氧化物4400萬千克,一氧化碳115萬千克,少產生廢碴140萬噸,省卻了火電廠所需要的冷卻水運行和排放,既可節約水資源,又可避免對水環境造成熱污染。因而發展水電,在取得相同電能的同時,可減少環境污染。

        8) 水電站水庫的人工濕地作用有哪些?

        水電開發,在一個流域上建設一個或多個水庫。水庫庫區形成許多庫灣,生長了多種水生植物和動物,成為人工濕地,為濕地動、植物提供了生存條件,因此在庫區和庫周會增加多種適合濕地環境的動、植物物種,提高了局部區域的生物多樣性價值,增加了水域的綜合功能。

        人工濕地的形成,可改善當地的環境小氣候條件。水庫水體的影響,可使周圍陸地性氣候得以改善:無霜期延長、溫差縮小、降低了最高氣溫、增加了濕度。有關的研究表明,水面上空空氣的透明度比成片的房屋群高8%~10%;水面上空紫外線輻射比陸地高30%;水庫或水域上的氣溫在炎熱季要降低4~5℃;相對濕度提高10%~15%。

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