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其他能源主要包括核能、地热能、生物能、水能、风能、潮汐能和太阳能等。
(一)核能
核能是指核燃料经过核反应所释放出来的能量。铀是目前利用最广的核资源。核能的利用主要是通过铀等放射性元素的裂变来建立核电站。核能已成为除石油、天然气和煤以外最成熟、最重要的能源。核能的优越性表现为:能量巨大,非常集中;资源丰富,取之不尽;运输量小,地区适应性强;运转安全可靠,环境整齐清洁等等。
核能的能量之大,是惊人的。1kg253U在裂变后可以释放出相当于2500t优质煤或1000t石油完全燃烧时释放出的能量;如果把1kg253U的能量转变为电能,则可发出2500×104kW·h的电力。核能资源丰富,广泛分布在陆地和海洋。世界陆地上的铀矿资源量,大约在(900～2410)×104t,北美洲最多,其次是非洲。铀矿具有放射性,开采条件要求较高,在现有经济技术条件下,已被探明并可以开采的铀资源约400×104t。人类已利用的铀资源只占铀总量极小的一部分。
近年来,世界的核能开发和利用日益深入。核电技术上成熟、运行上安全可靠,经济效益高,目前世界上已有近40个国家和地区建立了核电站。核能广泛用作火箭、飞机、汽车、轮船、潜艇等的动力。我国核能利用起步晚,但发展较快,目前已建成江阴、秦山、大亚湾等核电站。
过去数十年,核能给人类带来和平,缓解了能源危机,但如果安全保障措施不当,它就可能给人类带来难以预料的灾难。2011年3月11日,日本受9级特大地震影响,福岛第一核电站的放射性物质发生泄漏。在福岛核电站事故之前,世界上曾发生过两次核电站大事故:第一次是1979年3月美国三里岛核电站2号机组事故;第二次是1986年4月苏联切尔诺贝利核电站4号机组事故。
切尔诺贝利核电站事故发生在乌克兰苏维埃共和国境内,当时核反应堆全部炸毁,大量放射性物质泄漏,成为核电时代以来最大的事故。辐射危害严重,导致事故后前3个月内有31人死亡,之后15年内有6万～8万人死亡,13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨,方圆30km地区的民众被迫疏散。为消除事故后果,耗费了大量人力物力资源。与此同时,核辐射通过风力、雨水等传播途径,污染了乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯等一些堪称世界上最富饶的土壤,至今周边环境中土壤和水所含辐射物仍无法消除。
日本“核电危机”影响了全球对于核电战略的选择,如德国已宣布在2022年关停所有核电站,瑞士也宣布关闭部分核电站,法国、美国仍坚持核电战略,其中法国核电装机所占比例超过70%。西方某些国家宣称不再发展核电,其中一个重要原因是它的核能已在本国全部能源体系中占有较高比重。而我国核能在全部能源中所占比例还很低。通过福岛核电站的事故,我们要把安全放在更重要的位置上,积极稳妥发展核能,进一步加强核安全与核能的研究。
日前,在科技部公布的《国家“十二五”科学和技术发展规划》中提出,未来五年将突破先进压水堆和高温气冷堆技术,完善标准体系,搭建技术平台,提升核电产业国际竞争力;加强压水堆及高温气冷堆安全技术支撑和核电站缺乏燃料后处理科研攻关,保障核电安全。
(二)地热能
地热能是指能够为人类所利用的地球内部的热资源。地热资源比较丰富的地热异常区,称为地热区。地热资源可分为3种基本类型,即热水型、蒸汽型和热岩型。有的地热区储有丰富的地下水,它们从周围储热岩体中获得热量,变成热水,这就是热水型的地热能。地下水是最常见的地热能,也是当前技术条件下最容易利用的地热资源。温泉就是天然出露的地下热水。有的地热区岩石中有较大的空隙度,岩石空隙中的水分在高温作用下呈气体状态,蒸汽温度一般在150℃以上。这种蒸汽型的地热能比较罕见,但利用价值较高,可以直接作为能源,推动汽轮发电机发电。有的地区地下水贫乏,而岩石温度很高(在100℃以上),为热岩型地热能。利用这种地热能,需要凿井注水,使水同灼热岩体接触,形成热水或蒸汽,然后引到地面使用。世界上已经开发的地热资源基本上产自现代和近代火山区及年轻的造山带地区,开采深度小于2～3km。
地热能是一种可再生的能源,也是一种清洁的能源。它的开发利用,对于发展生产、改变能源结构、减少公害等有重要的意义。地热能的开发和利用从世界上第一座地热电厂建成距今已有近1个世纪,但是直到近三四十年,才引起世界各国的广泛关注。据统计,目前世界上已有120多个国家发现和打出地热泉和地热井7300处。地热能的利用领域也在逐步扩大,其中主要有采暖、发电、育种、温室、水产养殖和医疗卫生等方面。我国位于亚洲的东部,与环太平洋地热带和地中海-喜马拉雅地热带都有密切的关系,所以地热资源十分丰富(图5-13),主要分布在云南、西藏、台湾和东南沿海地区。
图5-13 羊八井地热
(三)生物质能、水能、风能、潮汐能和太阳能
生物质能是指用植物或动物的能量作为能源,是人类最早利用的能源,包括燃烧柴草、用牲畜耕地等等。由于世界经济发展和能源生产、消费的不平衡,至今世界上仍有大约1/4以上的人口以生物质能为主要生活能源。对生物质能的利用,一方面必须做到在可再生循环的状态下加以利用,另一方面要尽量做到综合利用,以便使生物质能发挥更大的效益。
水能、风能(图5-14)、潮汐能和太阳能(图5-15)也是重要的能源类型,但它们受到一定的自然地理条件的限制,因而分布有局限性。但是,由于这些能源具有清洁、可再生等优点,因而日益受到人们的关注。对它们的利用,有的已经有较悠久的历史和可靠的技术,有的还需要进一步研究开发。
图5-14 风能的利用
图5-15 全球首架太阳能飞机在瑞士试飞
人类目前所利用的能源主要是不可再生的可燃有机矿产,从长远来看,这些矿产最终将趋于枯竭。因此,应尽可能地开发利用核能以及可再生的能源。要真正做到广泛地利用核能以及用可再生能源代替不可再生能源,还需要解决许多经济技术上的问题,有待于科学技术的进一步发展。
与太阳辐射无关的能源资源可以从煤炭和石油、天然气和水力能、核能、地热能几个方面来描述。
1、煤炭和石油：这两种能源是地球内部古代植物和动物化石经过长时间高压高温作用后形成的，与太阳辐射无关。煤炭和石油是全球能源结构中的重要组成部分，主要用于发电、交通运输和工业生产等领域。
2、天然气和水力能：这两种能源也与太阳辐射无关。天然气是地球内部有机物质经过生化反应形成的，水力能则是利用水流和水位差等水资源转化为机械能或电能。它们同样是全球能源结构中的重要组成部分，用于发电、供暖、交通运输和工业生产等领域。
3、核能：核能是通过利用核反应释放出来的能量，与太阳辐射无关。核能的开发利用具有高能量密度、低碳排放等优势，但其处理和存储难度较大，安全问题也备受关注。核能主要用于发电、交通运输和科学研究等领域。
4、地热能：地热能是从地球内部释放出来的热能，也与太阳辐射无关。地热能是一种可再生能源，可用于发电、供暖、温泉等领域。地热能的开发和利用不仅具有环保节能的优势，还能缓解能源短缺和温室气体排放等问题。
太阳辐射的应用：
1、太阳能发电：太阳辐射是太阳能发电的核心能源。通过利用太阳能电池板将太阳光线转换成电能，太阳能发电技术为全球提供了清洁可靠的能源。太阳能电池板可安装在家庭、工业和商业建筑的屋顶或停车场等场所，降低了对有限矿物燃料的依赖。
2、太阳热能：太阳热能是一种利用太阳辐射转化为热能，可为建筑物供暖或为工业过程提供能源的可持续能源技术。通过使用太阳能集热器，可以将太阳辐射转化为热能，并用于供暖和热水等领域。这种技术在减少对传统能源的依赖同时，也降低了温室气体排放。
3、农业应用：太阳辐射对农业具有重要意义。植物通过光合作用利用太阳辐射能合成有机物质，为自身的生长和繁殖提供能量。农业领域利用太阳能温室、太阳能灌溉系统等技术，为农业生产提供了更加可持续的发展方式。此外，太阳辐射还可以用于植物育种、病虫害防治等方面。
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