《能源安全與新能源開(kāi)發(fā)利用》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《能源安全與新能源開(kāi)發(fā)利用（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、能源安全與新能源開(kāi)發(fā)利用主 講 ： 王 瑞 琪 開(kāi) 發(fā) 新 能 源l從 資 源 角 度 考 慮 ， 我 國(guó) 常 規(guī) 能 源 相 對(duì) 不 足 ，人 均 占 有 量 僅 為 世 界 平 均 水 平 的 一 半 。 能 源供 需 矛 盾 突 出 。l我 國(guó) 能 源 以 石 油 和 煤 炭 為 主 ， 天 然 氣 的 產(chǎn) 量近 年 來(lái) 有 很 大 增 長(zhǎng) ， 可 這 些 主 要 能 源 也 造 成了 環(huán) 境 污 染 ， 而 且 不 可 再 生 。l尋 找 新 能 源 迫 在 眉 睫 新 能 源 ： 可 燃 冰 新 能 源 ： 可 燃 冰n 可 燃 冰 的 學(xué) 名 是 天 然 氣 水 合 物 (Gas

2、Hydrates ),這 是 天 然氣 和 水 在 特 定 的 條 件 下 所 形 成 的 一 種 透 明 的 冰 狀 結(jié) 晶 體 ,又 稱(chēng) “ 氣 冰 ” 、 “ 固 體 瓦 斯 ” 。 是 一 種 清 潔 高 效 、 使 用 方便 的 新 能 源 。n 越 來(lái) 越 多 的 科 學(xué) 家 相 信 未 來(lái) 潔 凈 能 源 的 最 大 一 部 分 也 許 就藏 在 海 底 或 高 緯 度 永 凍 區(qū) 可 燃 冰 的 構(gòu) 成n 天 然 氣 水 合 物 與 天 然 氣 成 分 相 似 ， 且 更 為 純 凈 ， 簡(jiǎn) 單地 說(shuō) ， 它 是 天 然 氣 被 包 進(jìn) 水 分 子 中 ， 在 海 底 低 溫

3、和 很高 壓 力 下 形 成 的 一 種 冰 狀 的 固 態(tài) 晶 體 。n 其 結(jié) 構(gòu) 是 若 干 個(gè) 水 分 子 通 過(guò) 氫 鍵 構(gòu) 成 多 面 體 籠 子 ， 籠子 中 包 含 有 客 體 的 天 然 氣 分 子 ， 還 可 以 是 CO2、 N2、 H2S等 小 分 子 氣 體 ， 它 們 被 統(tǒng) 稱(chēng) 為 氣 水 化 合 物 。 其 化 學(xué) 成分 不 穩(wěn) 定 ， 可 用 MnH 2O表 示 n 從 化 學(xué) 結(jié) 構(gòu) 來(lái) 看 ， 天 然 氣水 合 物 是 這 樣 構(gòu) 成 的 ： 由水 分 子 搭 成 像 籠 子 一 樣 的多 面 體 格 架 ， 以 甲 烷 為 主的 氣 體 分 子 被 包

4、含 在 籠 子格 架 中 。 不 同 的 溫 壓 條 件 ，具 有 不 同 的 多 面 體 格 架 。 可 燃 冰 的 性 能l能 量 密 度 高 ， 燃 燒 值 高 。 1m3相 當(dāng) 于 164m3的 天 然 氣 。l清 潔 無(wú) 污 染 （ 幾 乎 不 產(chǎn) 生 任 何 燃 燒 廢 棄 物 ， SO2比燃 燒 油 或 煤 低 2個(gè) 數(shù) 量 級(jí) ）l使 用 方 便 。 壓 力 降 低 就 足 以 使 天 然 氣 水 合 物 晶 體 分 解并 釋 放 出 大 量 甲 烷 氣 體 。n 注 意 ： 甲 烷 的 溫 室 效 應(yīng) 比 CO221倍 ， 是 一 種 對(duì) 環(huán) 境破 壞 作 用 最 大 的 溫

5、 室 氣 體l危 險(xiǎn) 性 高 可 燃 冰 的 形 成 條 件l被 稱(chēng) 為 水 合 甲 烷 的 物 質(zhì) 大 量 沉 積l低 于 20oC的 溫 度l較 大 的 壓 力 有 專(zhuān) 家 預(yù) 測(cè) ， 可 燃 冰 至 少 能 為 人 類(lèi) 提 供 1000年的 能 源 ， 它 將 來(lái) 有 望 替 代 煤 、 石 油 和 天 然 氣 ， 成 為 “ 21世 紀(jì) 的 新 能 源 ” 。 可 燃 冰 的 開(kāi) 發(fā) 利 用1810年 ， 英 國(guó) ， 達(dá) 威 在 實(shí) 驗(yàn) 室 發(fā) 現(xiàn) “ 天 然 冰 ” .雖 然 是 塊 香 餑餑 ， 但 開(kāi) 發(fā) 利 用 仍 然 很 困 難 ：n 勘 探 定 位 技 術(shù) ， 開(kāi) 采 技

6、術(shù)n 提 制 可 燃 氣 的 技 術(shù)n 運(yùn) 輸 的 問(wèn) 題n 低 成 本 開(kāi) 發(fā)n 其 它 ： n 未 燃 燒 的 天 然 氣 水 合 物 直 接 排 入 大 氣 產(chǎn) 生 的 強(qiáng) 烈 溫 室 效 應(yīng)n 未 燃 燒 的 天 然 氣 水 合 物 對(duì) 海 底 已 有 油 氣 管 道 造 成 危 險(xiǎn)n 對(duì) 魚(yú) 的 生 長(zhǎng) 的 威 脅n 對(duì) 航 行 的 威 脅n 天 可 燃 冰 如 何 保 持 高 壓 、 低 溫 狀 態(tài) 等 新 能 源 ： 氫 理 想 能 源l 2000年 1月 ， 美 國(guó) 通 用 汽 車(chē) 推 出 了 使 用 新 能 源 的 汽 車(chē) 氫 能 概 念 車(chē) ， 在 悉 尼 奧 運(yùn) 會(huì) 的

7、馬 拉 松 比 賽 中 ， 通 用 汽 車(chē)公 司 的 “ 氫 動(dòng) 1號(hào) ” 作 為 開(kāi) 道 車(chē) ， 出 盡 了 風(fēng) 頭 。l 氫 是 萬(wàn) 物 之 主 ， 大 約 100億 年 前 ， 大 量 的 氫 核 遍 布 太 空 。l 直 到 現(xiàn) 在 ， 太 陽(yáng) 總 體 積 80%仍 是 氫 ； 木 星 氫 占 82%； 地 球上 地 殼 內(nèi) 100個(gè) 原 子 中 有 17個(gè) 氫 原 子 ， 其 數(shù) 目 僅 次 于 氧 而居 第 二 位 。 新 能 源 ： 氫 的 優(yōu) 點(diǎn)l資 源 豐 富 。 H主 要 以 化 合 態(tài) 存 在 于 水 中 ， 地 球 上 水資 源 豐 富 ， H2燃 燒 的 產(chǎn) 物 是

8、水 ， 二 者 無(wú) 限 循 環(huán)l氫 作 為 燃 料 的 獨(dú) 一 無(wú) 二 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 ， 它 的 燃 燒 產(chǎn) 物 是水 ， 不 會(huì) 污 染 環(huán) 境 ， 燃 料 循 環(huán) 與 生 物 圈 相 吻 合 。l按 重 量 計(jì) 算 ， 氫 的 能 量 是 同 量 汽 油 能 量 的 2.5倍 左右 。 如 果 把 噴 氣 機(jī) 上 的 燃 料 換 成 同 等 效 能 的 氫 ， 就會(huì) 大 大 節(jié) 省 重 量 ， 這 也 使 氫 成 為 一 種 航 空 燃 料 具 有的 明 顯 優(yōu) 點(diǎn) 。 新 能 源 ： 氫 的 優(yōu) 點(diǎn)n 氫 的 燃 燒 值 很 高 ， 即 燃 燒 時(shí) 產(chǎn) 生 的 熱 量 很 高 ， 在

9、空氣 中 燃 燒 ， 溫 度 可 達(dá) 1000oC。 在 氧 氣 中 燃 燒 ， 可 達(dá)2800oC高 溫 。 它 產(chǎn) 生 的 熱 量 比 汽 油 高 得 多 。 1gH2燃燒 時(shí) 放 熱 130KJ， 是 汽 油 的 34倍n 使 用 方 便 ， 現(xiàn) 有 內(nèi) 燃 機(jī) ， 稍 加 改 裝 就 可 用 氫 作 燃 料 ，也 可 通 過(guò) 燃 料 電 池 將 氫 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 。n 氫 的 運(yùn) 輸 和 銷(xiāo) 售 費(fèi) 用 要 比 輸 電 的 便 宜 ， 在 許 多 情 況下 ， 把 現(xiàn) 有 的 天 然 氣 管 線(xiàn) 改 造 一 下 ， 就 能 用 來(lái) 運(yùn) 輸氫 。 運(yùn) 送 氫 的 費(fèi) 用 只 為

10、 遠(yuǎn) 距 離 輸 電 的 八 分 之 一 。 氫還 可 能 比 電 更 宜 于 儲(chǔ) 存 。 新 能 源 ： 氫 的 存 儲(chǔ)l 常 溫 常 壓 下 ， H2的 密 度 小 ， 能 量 /體 積 比 小 ， 所 以 必 須 解 決 貯存 問(wèn) 題n儲(chǔ) 氣 罐n高 壓 鋼 瓶n液 化 H2： 需 要 很 厚 的 絕 熱 保 護(hù) 層 。n貯 氧 合 金 技 術(shù) ： 金 屬 與 H2充 分 反 應(yīng) ， 回 執(zhí) 后 釋 放 H2。n碳 納 米 材 料 ： 新 型 貯 氧 材 料 。 （ 1999年 我 國(guó) 研 制 ， 與 克 隆羊 同 時(shí) 被 評(píng) 為 我 國(guó) 十 大 科 技 新 聞 ） 大 量 儲(chǔ) 存 氫

11、一 般 有 兩 種 方 法 ： 一 種 方 法 是 高 壓 下 液 化 為 液 氫 。 但 在 常 壓 下 ， 氫 氣 必 須降 溫 至 -252度 才 能 變 成 液 體 ， 這 種 方 法 成 本 高 ， 而 且 儲(chǔ) 存 液氫 要 有 極 好 的 絕 熱 設(shè) 備 托 瓦 瓶 。 液 氫 易 逸 散 滲 漏 ， 會(huì) 釀 成嚴(yán) 重 火 災(zāi) 和 爆 炸 事 故 。 另 一 種 方 法 是 用 某 些 金 屬 或 合 金 來(lái) 儲(chǔ) 存 氫 。 氫 有 一 個(gè) 奇持 的 性 質(zhì) ， 它 會(huì) 與 某 些 過(guò) 渡 金 屬 (如 鈀 等 )或 合 金 形 成 金 屬 氫化 物 ， 如 1體 積 膠 狀 銠

12、(Rh)能 吸 收 2900體 積 氫 氣 。 當(dāng) 溫 度 升 高或 體 系 氫 壓 降 低 時(shí) ， 它 們 就 放 出 氫 。 利 用 儲(chǔ) 氫 材 料 儲(chǔ) 氫 具 有儲(chǔ) 存 量 高 、 可 逆 、 安 全 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 氫 的 儲(chǔ) 存 方 法 新 能 源 ： 氫 的 制 作l實(shí) 驗(yàn) 室 制 氫 ： Na,Ca與 H2O反 應(yīng) 制 H2等l工 業(yè) 制 氫 ： 天 然 氣 、 石 油 裂 解 可 制 H2， 水 煤 氣 可用 煤 炭 制 H2， 但 消 耗 化 石 燃 料 制 H2從 能 源 角 度 講 毫無(wú) 意 義 。l用 H2O制 氫 ：n 電 解 H2O n 熱 化 學(xué) 分 解n 利 用

13、 太 陽(yáng) 能 分 解 水n 生 物 制 H2： 模 擬 光 合 作 用 研 究 新 的 合 理 的 制 氫 方 法 是 一 項(xiàng) 一 勞 永 逸 地 解 決 能 源問(wèn) 題 的 研 究 課 題 ， 理 想 的 氫 能 源 如 圖 所 示 。 理 想 的 氫 能 源 示 意 圖 光 分 解 水 制 氫 的 研 究 中 已 找 到 一 些 催 化 劉 ， 如 鈣 和 聯(lián)吡 啶 形 成 的 配 合 物 。 它 吸 收 的 陽(yáng) 光 正 好 近 似 于 水 分 解 成氫 和 氧 所 需 的 能 量 。 另 外 ， 二 氧 化 鈦 和 某 些 含 鈣 的 化 合物 也 是 較 適 用 的 催 化 劑 。 有

14、人 大 膽 設(shè) 想 用 城 市 垃 圾 和 污 水 來(lái) 制 取 氫 氣 ， 主 要原 理 是 ： 日 本 東 京 大 學(xué) 的 科 學(xué) 家 在 氬 和 氦 的 氣 流 中 ， 將 陶 瓷 CNF加熱 至 300度 ， 然 后 用 注 射 針 頭 向 CNF注 水 制 得 氫 。 由 于 水 解 后CNF又 回 到 非 活 化 狀 態(tài) ， 所 以 CNF能 反 復(fù) 使 用 。 在 每 一 次 反 應(yīng)中 ， 平 均 每 克 CNF可 產(chǎn) 生 2至 3厘 米 3H2。 我 國(guó) 在 世 界 上 首 次 完 成 生 物 制 氫 中 試 實(shí) 驗(yàn) 。 哈 爾 濱 建 筑大 學(xué) 的 學(xué) 者 利 用 細(xì) 茵 從

15、污 水 中 分 解 收 集 氫 氣 ， 并 于 2000年 2月初 完 成 中 試 實(shí) 驗(yàn) 。 利 用 含 碳 水 化 合 物 的 有 機(jī) 廢 水 通 過(guò) 生 物 發(fā)酵 制 氫 ， 使 人 類(lèi) 找 到 了 一 種 新 的 可 再 生 的 潔 凈 能 源 。 新 能 源 ： 氫 的 利 用l直 接 燃 燒l氫 能 電 池 新 能 源 ： 二 甲 醚n 二 甲 醚 (Dimethyl ether)， 簡(jiǎn) 稱(chēng) DME， 化 學(xué) 分 子 式 為CH3OCH3， 是 一 種 含 氧 燃 料 ， 它 無(wú) 毒 性 ， 常 溫 常 壓 下 為 氣 態(tài) ，常 溫 時(shí) 可 在 五 個(gè) 大 氣 壓 下 液 化 ，

16、具 有 與 液 化 石 油 氣 相 似 的物 性 。n 二 甲 醚 無(wú) C-C鏈 ， 其 十 六 烷 值 大 于 55， 具 有 優(yōu) 良 的 壓 縮 性 ，非 常 適 合 于 壓 燃 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 用 作 為 柴 油 機(jī) 的 代 用 燃 料 。 而常 規(guī) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 代 用 燃 料 液 化 石 油 氣 、 天 然 氣 、 甲 醇 ， 它 們 的十 六 烷 值 都 小 于 10， 一 般 只 適 合 于 點(diǎn) 燃 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 。 新 能 源 ： 二 甲 醚 制 備n 二 甲 醚 燃 料 的 制 取 原 理 可 以 煤 、 天 然 氣 、 生 物 有 機(jī) 物等 為 原 料 產(chǎn) 生 合 成

17、氣 一 氧 化 碳 、 二 氧 化 碳 和 氫 氣 ， 然后 常 規(guī) 法 先 制 得 甲 醇 ， 進(jìn) 一 步 脫 水 制 成 二 甲 醚 。 二 甲 醚 的 生 產(chǎn) 方 法 最 早 是 由 高 壓 甲 醇 生產(chǎn) 中 的 副 產(chǎn) 品 精 餾 后 制 得 ， 隨 著 低 壓 合 成 甲 醇 技術(shù) 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 副 反 應(yīng) 大 大 減 少 ， 二 甲 醚 的 工 業(yè)生 產(chǎn) 技 術(shù) 很 快 發(fā) 展 到 甲 醇 脫 水 或 合 成 氣 直 接 合 成工 藝 。 近 年 來(lái) ， 二 甲 醚 的 需 求 量 增 長(zhǎng) 較 大 ， 各 國(guó)又 相 繼 開(kāi) 發(fā) 投 資 省 、 操 作 條 件 好 、 無(wú)

18、污 染 的 新 工藝 ， 主 要 包 括 二 步 法 和 一 步 法 ， 一 步 法 具 有 流 程短 、 設(shè) 備 效 率 高 、 操 作 壓 力 低 和 CO單 程 轉(zhuǎn) 化 率 高等 特 點(diǎn) ， 合 成 二 甲 醚 的 生 產(chǎn) 成 本 較 兩 步 法 大 幅 度 降 低 。 因 此 ， 一 步 法 經(jīng) 濟(jì) 上 更 加 合 理 ， 市 場(chǎng) 上 更具 競(jìng) 爭(zhēng) 力 ， 總 體 上 來(lái) 說(shuō) 更 具 技 術(shù) 優(yōu) 勢(shì) 。 新 能 源 ： 二 甲 醚 使 用l用 于 生 活 ： DME在 排 放 與 燃 燒 方 面 都 優(yōu) 于 LPG， 只 要有 價(jià) 格 優(yōu) 勢(shì) ， DME大 量 替 代 LPG是 比 較

19、 容 易 的 。 因 為L(zhǎng)PG的 原 有 設(shè) 施 完 全 可 以 用 于 DME。l用 于 燃 氣 輪 機(jī) 的 燃 料 ： 建 立 以 DME為 燃 料 的 電 廠(chǎng)l替 代 柴 油 ： 這 是 一 個(gè) 重 要 領(lǐng) 域 。 因 為 以 超 清 潔 燃 料取 代 柴 油 是 個(gè) 世 界 性 課 題 ， 對(duì) 中 國(guó) 尤 其 有 挑 戰(zhàn) 性 與迫 切 性 。 因 為 柴 油 是 我 國(guó) 油 品 中 用 量 最 大 ， 也 是 目前 缺 口 最 大 的 燃 料 （ 目 前 的 柴 油 機(jī) 難 以 滿(mǎn) 足 環(huán) 保 要求 ） 。l作 為 高 附 加 值 化 工 產(chǎn) 品 的 中 間 原 料 ： 如 CH 3O

20、OH(醋酸 ) 新 能 源 ： 太 陽(yáng) 能 （ 能 源 之 源 ）l 地 球 上 最 根 本 的 能 源 是 太 陽(yáng) 能 。 煤 、 石 油 中 的 化 學(xué) 能 是 由太 陽(yáng) 能 轉(zhuǎn) 化 而 成 的 ， 風(fēng) 能 、 生 物 能 、 海 洋 能 等 其 實(shí) 也 都 來(lái)自 太 陽(yáng) 能 。l 太 陽(yáng) 每 年 輻 射 到 地 球 表 面 的 能 量 為 50 1018kJ， 相 當(dāng) 于 目前 全 世 界 能 量 消 費(fèi) 的 1.3萬(wàn) 倍 ， 真 可 謂 取 之 不 盡 用 之 不 竭 ，因 此 利 用 太 陽(yáng) 能 的 前 景 非 常 誘 人 。 陽(yáng) 光 普 照 大 地 ， 單 位 面積 上 所 受 到

21、 輻 射 熱 并 不 大 ， 如 何 把 分 散 的 熱 量 聚 集 在 一 起成 為 有 用 的 能 量 是 問(wèn) 題 的 關(guān) 鍵 。 太 陽(yáng) 能 的 利 用 方 式 是 光 電轉(zhuǎn) 化 或 光 化 學(xué) 轉(zhuǎn) 化 。 新 能 源 ： 太 陽(yáng) 能 利 用n 聚 集 陽(yáng) 光n 太 陽(yáng) 能 的 熱 利 用 是 通 過(guò) 集 熱 器 進(jìn) 行 光 熱 轉(zhuǎn) 化 的 ， 集 熱 器 也就 是 太 陽(yáng) 能 熱 水 器 。 它 的 板 芯 由 涂 了 吸 熱 材 料 的 銅 片 制 成的 ， 封 裝 在 玻 璃 鋼 外 殼 中 。 銅 片 只 是 導(dǎo) 熱 體 ， 進(jìn) 行 光 熱 轉(zhuǎn)化 的 是 吸 熱 涂 層 ， 這

22、是 特 殊 的 有 機(jī) 高 分 子 化 合 物 。 封 裝 材料 也 很 有 講 究 ， 既 要 有 高 透 光 率 ， 又 要 有 良 好 的 絕 熱 性 。 n 隨 涂 層 、 材 料 、 封 裝 技 術(shù) 和 熱 水 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 等 不 同 ， 終端 使 用 溫 度 較 低 的 在 100 以 下 ， 可 供 生 活 熱 水 、 取 暖 等 ；n 中 等 溫 度 在 100 300 之 間 ， 可 供 烹 調(diào) 、 工 業(yè) 用 熱 等 ；n 高 溫 的 可 達(dá) 300 以 上 ， 可 以 供 發(fā) 電 站 使 用 。 新 能 源 ： 太 陽(yáng) 能 利 用 光 電 轉(zhuǎn) 換l太 陽(yáng) 能

23、也 可 通 過(guò) 光 電 池 直 接 變 成 電 能 ， 這 就 是 太陽(yáng) 能 電 池 、 光 伏 打 電 池 。 它 們 具 有 安 全 可 靠 、 無(wú)噪 聲 、 無(wú) 污 染 、 不 需 燃 料 、 無(wú) 需 架 設(shè) 輸 電 網(wǎng) 、 規(guī)模 可 大 可 小 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 需 要 占 用 較 大 的 面 積 ， 因此 比 較 適 合 陽(yáng) 光 充 足 的 邊 遠(yuǎn) 地 區(qū) 的 農(nóng) 牧 民 或 邊 防部 隊(duì) 使 用 。l光 電 池 應(yīng) 用 范 圍 很 廣 ， 大 的 可 用 于 微 波 中 繼 站 、衛(wèi) 星 地 面 站 、 農(nóng) 村 電 話(huà) 系 統(tǒng) ， 小 的 可 用 于 太 陽(yáng) 能手 表 、 太 陽(yáng)

24、 能 計(jì) 算 器 、 太 陽(yáng) 能 充 電 器 等 ， 這 些 產(chǎn)品 已 有 廣 大 市 場(chǎng) 。 -太陽(yáng)能庭院燈系列 太陽(yáng)能電站- 新 能 源 ： 太 陽(yáng) 能 利 用 光 化 學(xué) 轉(zhuǎn) 換 :儲(chǔ) 存 陽(yáng) 光n 熔 鹽 儲(chǔ) 能 法n 太 陽(yáng) 能 光 解 H2O制 H2n 綠 色 植 物 光 合 作 用 新 能 源 ： 海 洋 能l在 地 球 與 太 陽(yáng) 、 月 亮 等 互 相 作 用 下 海 水 不 停 地 運(yùn) 動(dòng) ，站 在 海 灘 上 ， 可 以 看 到 滾 滾 海 浪 ， 在 其 中 蘊(yùn) 藏 著 潮汐 能 、 波 浪 能 、 海 流 能 、 溫 差 能 等 ， 這 些 能 量 總 稱(chēng)海 洋 能

25、。l主 要 特 點(diǎn) ：n 可 再 生 性 n 清 潔 能 源n 能 量 多 變 ， 不 穩(wěn) 定 性n 能 量 巨 大 ， 頒 布 分 散 不 均 海 洋 能 潮 汐 能l 潮 汐 能 是 以 位 能 形 態(tài) 出 現(xiàn) 的 海 洋 能 ， 是 指 海 水 潮 漲 和 潮 落 形成 的 水 的 勢(shì) 能 。 海 水 漲 落 的 潮 汐 現(xiàn) 象 是 由 地 球 和 天 體 運(yùn) 動(dòng) 以及 它 們 之 間 的 相 互 作 用 而 引 起 的 。l 在 海 洋 中 ， 月 球 的 引 力 使 地 球 的 向 月 面 和 背 月 面 的 水 位 升 高 。由 于 地 球 的 旋 轉(zhuǎn) ， 這 種 水 位 的 上

26、升 以 周 期 為 12h25min和 振 幅小 于 1m的 深 海 波 浪 形 式 由 東 向 西 傳 播 。 太 陽(yáng) 引 力 的 作 用 與 此相 似 ， 但 是 作 用 力 小 些 ， 其 周 期 為 12h。l 當(dāng) 太 陽(yáng) 、 月 球 和 地 球 在 一 條 直 線(xiàn) 上 時(shí) ， 就 產(chǎn) 生 大 潮 ； 當(dāng) 它 們成 直 角 時(shí) ， 就 產(chǎn) 生 小 潮 。 除 了 半 日 周 期 潮 和 月 周 期 潮 的 變 化外 ， 地 球 和 月 球 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 還 產(chǎn) 生 許 多 其 他 的 周 期 性 循 環(huán) ，其 周 期 可 以 從 幾 天 到 數(shù) 年 。 同 時(shí) 地 表 的 海 水

27、 又 受 到 地 球 運(yùn) 動(dòng)離 心 力 的 作 用 ， 月 球 引 力 和 離 心 力 的 合 力 正 是 引 起 海 水 漲 落的 引 潮 力 。 海 洋 能 波 浪 能l 波 浪 能 是 指 海 洋 表 面 波 浪 所 具 有 的 動(dòng) 能 和 勢(shì) 能 。 波 浪 的 能 量與 波 高 的 平 方 、 波 浪 的 運(yùn) 動(dòng) 周 期 以 及 迎 波 面 的 寬 度 成 正 比 。波 浪 能 是 海 洋 能 源 中 能 量 最 不 穩(wěn) 定 的 一 種 能 源 。l 波 浪 能 是 由 風(fēng) 把 能 量 傳 遞 給 海 洋 而 產(chǎn) 生 的 ， 它 實(shí) 質(zhì) 上 是 吸 收了 風(fēng) 能 而 形 成 的 。

28、能 量 傳 遞 速 率 和 風(fēng) 速 有 關(guān) ， 也 和 風(fēng) 與 水 相互 作 用 的 距 離 （ 即 風(fēng) 區(qū) ） 有 關(guān) 。 水 團(tuán) 相 對(duì) 于 海 平 面 發(fā) 生 位 移時(shí) ， 使 波 浪 具 有 勢(shì) 能 ， 而 水 質(zhì) 點(diǎn) 的 運(yùn) 動(dòng) ， 則 使 波 浪 具 有 動(dòng) 能 。貯 存 的 能 量 通 過(guò) 摩 擦 和 湍 動(dòng) 而 消 散 ， 其 消 散 速 度 的 大 小 取 決于 波 浪 特 征 和 水 深 。l 深 水 海 區(qū) 大 浪 的 能 量 消 散 速 度 很 慢 ， 從 而 導(dǎo) 致 了 波 浪 系 統(tǒng) 的復(fù) 雜 性 ， 使 它 常 常 伴 有 局 地 風(fēng) 和 幾 天 前 在 遠(yuǎn) 處

29、產(chǎn) 生 的 風(fēng) 暴 的影 響 。 波 浪 可 以 用 波 高 、 波 長(zhǎng) （ 相 鄰 的 兩 個(gè) 波 峰 間 的 距 離 ）和 波 周 期 （ 相 鄰 的 兩 個(gè) 波 峰 間 的 時(shí) 間 ） 等 特 征 來(lái) 描 述 。 海 洋 能 溫 差 能n 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(gè) 巨 大 的 太 陽(yáng) 能 集 熱 和 蓄 熱 器 。 由 太 陽(yáng) 投射 到 地 球 表 面 的 太 陽(yáng) 能 大 部 分 被 海 水 吸 收 ， 使 海 洋 表 層 水溫 升 高 。 赤 道 附 近 太 陽(yáng) 直 射 多 ，

30、其 海 域 的 表 層 溫 度 可 達(dá)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(dá) 35 。 而 在 海 洋 深 處 50O 1000m處 海 水 溫 度 卻 只有 3 6 。 這 個(gè) 垂 直 的 溫 差 就 是 一 個(gè) 可 供 利 用 的 巨 大 能 源 。在 大 部 分 熱 帶 和 亞 熱 帶 海 區(qū) ， 表 層 水 溫 和 1000m深 處 的 水 溫相 差 20 以 上 ， 這 是 熱 能 轉(zhuǎn) 換 所 需 的 最 小 溫 差 。 據(jù) 估 計(jì) ，如 果 利 用 這 一 溫 差 發(fā) 電 ， 其 功 率 可 達(dá) 2TW。 海 洋

31、 能 鹽 差 能n 鹽 差 能 是 以 化 學(xué) 能 形 態(tài) 出 現(xiàn) 的 海 洋 能 。n 地 球 上 的 水 分 為 兩 大 類(lèi) ： 淡 水 和 咸 水 。 全 世 界 水的 總 儲(chǔ) 量 為 1.4X109km3， 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(chǔ) 水 ， 余 下 的 0.65 才 是 可 供 人 類(lèi) 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 ， 1km3的 海 水 里 即 含有 3600萬(wàn) t食

32、鹽 海 洋 能 海 流 能n 海 流 能 是 另 一 種 以 動(dòng) 能 形 態(tài) 出 現(xiàn) 的 海 洋 能 。 所 謂 海 流 主 要 是 指 海底 水 道 和 海 峽 中 較 為 穩(wěn) 定 的 流 動(dòng) 以 及 由 于 潮 汐 導(dǎo) 致 的 有 規(guī) 律 的 海水 流 動(dòng) 。 其 中 一 種 是 海 水 環(huán) 流 ， 是 指 大 量 的 海 水 從 一 個(gè) 海 域 長(zhǎng) 距離 地 流 向 另 一 個(gè) 海 域 。n 引 起 因 素 兩 種 ： 首 先 海 面 上 常 年 吹 著 方 向 不 變 的 風(fēng) ， 如 赤 道 南 側(cè)常 年 吹 著 不 變 的 東 南 風(fēng) ， 而 其 北 側(cè) 則 是 不 變 的 東 北

33、風(fēng) 。 風(fēng) 吹 動(dòng) 海水 ， 使 水 表 面 運(yùn) 動(dòng) 起 來(lái) ， 而 水 的 動(dòng) 性 又 將 這 種 運(yùn) 動(dòng) 傳 到 海 水 深 處 。隨 著 深 度 增 加 ， 海 水 流 動(dòng) 速 度 降 低 ； 有 時(shí) 流 動(dòng) 方 向 也 會(huì) 隨 著 深 度增 加 而 逐 漸 改 變 ， 甚 至 出 現(xiàn) 下 層 海 水 流 動(dòng) 方 向 與 表 層 海 水 流 動(dòng) 方向 相 反 的 情 況 。 在 太 平 洋 和 大 西 洋 的 南 北 兩 半 部 以 及 印 度 洋 的 南半 部 ， 占 主 導(dǎo) 地 位 的 風(fēng) 系 造 成 了 一 個(gè) 廣 闊 的 ， 也 是 按 反 時(shí) 鐘 方 向旋 轉(zhuǎn) 的 海 水 環(huán)

34、流 。 在 低 緯 度 和 中 緯 度 海 域 ， 風(fēng) 是 形 成 海 流 的 主 要?jiǎng)?力 。 其 次 不 同 海 域 的 海 水 其 溫 度 和 含 鹽 度 常 常 不 同 ， 它 們 會(huì) 影響 海 水 的 密 度 。 海 水 溫 度 越 高 ， 含 鹽 量 越 低 ， 海 水 密 度 就 越 小 。這 種 兩 個(gè) 鄰 近 海 域 海 水 密 度 不 同 也 會(huì) 造 成 海 水 環(huán) 流 。 海 水 流 動(dòng) 會(huì)產(chǎn) 生 巨 大 能 量 。 核 能 （ 原 子 能 ）n 原 子 核 是 帶 正 電 的 質(zhì) 子 和 中 子 的 緊 密 結(jié) 合 體 ， 其 直徑 不 及 原 子 直 徑 的 萬(wàn) 分

35、之 一 ， 但 其 質(zhì) 量 卻 占 原 子 質(zhì)量 的 絕 大 部 分 。 n 為 體 么 帶 正 電 的 質(zhì) 子 少 可 以 緊 密 的 結(jié) 合 在 原 子 核 中 ？由 于 核 力 的 存 在 。 當(dāng) 兩 個(gè) 核 子 間 距 離 為 310-13cm以?xún)?nèi) 時(shí) 核 子 間 有 很 強(qiáng) 的 吸 引 力 （ 遠(yuǎn) 大 于 靜 電 排 斥 力 ） ，但 一 旦 超 過(guò) 這 一 距 離 ， 核 力 則 驟 減 為 0。質(zhì) 子原 子 核 核 子原 子 中 子電 子 核 子 結(jié) 合 能l當(dāng) 核 子 因 彼 此 間 強(qiáng) 核 力 的 吸 引 作 用 而 緊 密 結(jié) 合成 穩(wěn) 定 的 原 子 核 時(shí) ， 會(huì) 釋

36、放 巨 大 的 能 量 ， 這 種能 量 叫 核 子 結(jié) 合 能 。l結(jié) 合 能 的 大 小 2E mc= 原 子 能 釋 放 途 徑l 原 子 能 釋 放 途 徑 主 要 有 兩 個(gè)n 輕 核 聚 變 成 為 一 個(gè) 較 重 核n 重 核 裂 變 成 兩 個(gè) 質(zhì) 量 中 等 的 核l 在 輕 核 區(qū) ， 如 將 平 均 結(jié) 合 能 小 的 核 聚 變 成 平 均 結(jié) 合能 大 的 核 ， 將 釋 放 巨 大 的 能 量 。 例 如 ， 2個(gè) 2H核 ， 聚變 成 1個(gè) 或 1個(gè) 2H核 和 3H核 聚 變 成 1個(gè) 核 ，并 釋 放 出 一 個(gè) ,都 會(huì) 釋 放 巨 大 能 量 。 這 是

37、核 聚變 反 應(yīng) 和 氫 彈 研 制 的 理 論 依 據(jù) 。l 在 重 核 區(qū) ， 重 核 的 平 均 結(jié) 合 能 比 中 等 核 小 ， 當(dāng) 它 分裂 為 兩 個(gè) 中 等 核 時(shí) ， 平 均 結(jié) 合 能 升 高 ， 所 以 重 核 裂變 時(shí) 釋 放 巨 大 能 量 ， 這 是 制 造 核 能 反 應(yīng) 堆 與 原 子 彈的 理 論 根 據(jù) 。 42He10n42He 原 子 能 釋 放 途 徑 特 點(diǎn)l 兩 種 方 法 的 共 同 之 處 是 平 均 結(jié) 合 能 低 的 核 轉(zhuǎn) 變 成 平 均結(jié) 合 能 高 的 核 ， 在 轉(zhuǎn) 變 過(guò) 程 中 ， 出 現(xiàn) “ 質(zhì) 量 虧 損 ” ，虧 損 的

38、質(zhì) 量 轉(zhuǎn) 換 成 增 加 的 結(jié) 合 能 釋 放 出 來(lái)l 物 質(zhì) 與 能 量 是 同 一 事 物 的 兩 個(gè) 不 同 方 面 ， 物 質(zhì) 可 以 消失 ， 但 同 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 一 定 的 能 量 ， 能 量 可 以 消 失 但 同 時(shí)會(huì) 產(chǎn) 生 一 定 的 物 質(zhì) 。 即 使 很 少 量 的 物 質(zhì) 也 能 產(chǎn) 生 極 大的 能 量 。 所 以 物 質(zhì) 和 能 量 合 在 一 起 ， 既 不 能 創(chuàng) 造 ， 也不 能 被 消 滅 核 裂 變 能 及 利 用l 1938年 德 國(guó) 化 學(xué) 家 哈 恩 與 他 的 助 手 用 中 子 轟 擊 鈾 原 子核 后 ， 得 到 兩 個(gè) 大 小 相

39、 仿 的 較 小 的 核 ， 并 把 這 種 現(xiàn) 象稱(chēng) 為 裂 變 ， 釋 放 出 的 能 量 稱(chēng) 為 裂 變 能 。l 同 一 年 法 國(guó) 居 里 夫 婦 通 過(guò) 實(shí) 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) 一 個(gè) 中 子 引 起 一 個(gè)鈾 核 裂 變 的 同 時(shí) ， 釋 放 23個(gè) 中 子 ， 新 產(chǎn) 生 的 中 子 以 同樣 的 方 式 轟 擊 其 他 鈾 核 使 其 裂 變 ， 一 變 二 ， 二 變 四 ，四 變 八 。 如 不 加 控 制 ， 這 種 連 鎖 反 應(yīng) 越 來(lái) 越 激 烈 ，在 百 萬(wàn) 分 子 一 秒 內(nèi) 就 會(huì) 把 蘊(yùn) 藏 在 原 子 核 內(nèi) 的 巨 大 能 量釋 放 出 來(lái) 。 （ 雪 崩

40、式 裂 變 ） 核 裂 變 能 及 利 用l 通 常 情 況 下 ， 這 種 反 應(yīng) 不 能 持 續(xù) 下 去 ， 因 為 238U會(huì) 把 大 部 分中 子 吃 下 去 ， 235U才 是 鏈 式 反 應(yīng) 的 關(guān) 鍵 。 所 以 要 讓 反 應(yīng) 持 續(xù)下 去 ，n 分 離 提 純 235Un 使 中 子 減 速 至 (用 重 水 和 石 墨 )l 利 用 ：1.核 彈 ：2.核 電 ： 和 平 利 用 ， 另 外 產(chǎn) 生 的 碎 核 可 作 標(biāo) 記 原 子 ， 射 線(xiàn) 可 用于 醫(yī) 學(xué) 技 術(shù) 14 0 ev 沖 擊 波 破 壞 因 素 高 溫 大 火 輻 射 (強(qiáng) 光 ,X射 線(xiàn) ， Y射 線(xiàn)

41、 ) 輻 射 病 可 控 核 聚 變l 地 球 的 能 量 大 部 分 間 接 或 直 接 來(lái) 自 于 太 陽(yáng) ， 太 陽(yáng) 的 能 量 從何 而 來(lái) ？l 1938年 ， 美 國(guó) 科 學(xué) 家 貝 茨 最 先 回 答 了 這 個(gè) 問(wèn) 題 ： 太 陽(yáng) 能 來(lái)自 核 聚 變 ， 在 極 高 的 溫 度 下 ， 由 兩 個(gè) H原 子 合 成 一 個(gè) He原子 的 熱 核 聚 變 。 能 否 用 太 陽(yáng) 的 方 法 生 產(chǎn) 能 量 ？l 1954年 3月 1日 ， 美 國(guó) 在 太 平 洋 上 的 比 基 尼 島 上 成 功 爆 炸 了第 一 顆 氫 彈 ， 開(kāi) 始 了 人 類(lèi) 研 究 熱 核 反 應(yīng) 的

42、 新 篇 章 。 可 控 核 聚 變l核 裂 變 產(chǎn) 生 巨 大 能 量 ， 但 遠(yuǎn) 不 及 核 聚 變 ， 裂 變 堆 的核 燃 燒 蘊(yùn) 藏 也 極 為 有 限 ， 不 僅 產(chǎn) 生 巨 大 的 輻 射 ， 傷害 人 體 ， 而 且 貽 害 千 年 的 廢 料 也 很 難 處 理 。l核 聚 變 的 輻 射 則 少 得 多 ， 而 且 核 聚 變 能 幾 乎 是 一 種取 之 不 盡 的 能 源 。 其 研 究 是 當(dāng) 今 世 界 科 技 界 為 解 決人 類(lèi) 未 來(lái) 能 源 問(wèn) 題 而 開(kāi) 展 的 主 攻 課 題 之 一 。 可 控 核 聚 變l 熱 核 反 應(yīng) 的 原 料 是 氫 的 同

43、位 素 氘 （ 以 及 氚 ） 。 氘 的 提煉 比 鈾 容 易 ， 而 且 在 地 球 上 的 含 量 也 極 其 豐 富 ， 每 噸海 水 含 氧 化 氘 140g， 每 桶 海 水 所 含 氘 的 能 量 相 當(dāng) 于 300桶 汽 油 。 地 球 上 的 海 水 有 1.371018t， 按 目 前 的 耗 能水 平 計(jì) 算 ， 氘 所 能 產(chǎn) 生 的 能 量 可 供 全 人 類(lèi) 用 1萬(wàn) 億 年 。l 另 一 方 面 ， 熱 核 反 應(yīng) 的 產(chǎn) 物 是 氦 ， 同 核 裂 變 相 比 ， 聚變 產(chǎn) 生 的 放 射 性 小 得 多 ， 基 本 不 造 成 污 染 ， 所 以 說(shuō) 氘是 較

44、 “ 干 凈 ” 的 能 源 。 可 控 核 聚 變l 核 聚 變 過(guò) 程 非 常 復(fù) 雜 ， 有 兩 種 可 能l 核 聚 變 應(yīng) 用 ：n 氫 彈 ： 1967年 我 國(guó) 氫 彈 爆 炸 成 功 （ 氘 ， 氚 ） n 研 究 可 控 核 聚 變 ： 將 核 聚 變 產(chǎn) 生 的 巨 大 能 量 按 人 類(lèi) 意 愿有 控 制 地 釋 放 出 來(lái) ， 其 目 標(biāo) 是 建 成 聚 變 能 核 電 站 。 目 前尚 有 大 量 技 術(shù) 問(wèn) 題 需 要 解 決 ， 科 學(xué) 家 正 突 破 各 項(xiàng) 關(guān) 鍵 技術(shù) ， 以 最 終 建 成 商 用 核 聚 變 電 站 。 據(jù) 估 計(jì) ， 可 控 熱 核 反應(yīng) 可 望 在 2025年 投 入 商 用 。3 2 4 11 1 2 0H H He n+ +C N質(zhì) 子 -質(zhì) 子 (H-H)循 環(huán)循 環(huán) -