清潔能源簡(jiǎn)介

什么是清潔能源？

清潔能源，即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源，它包

括可再生能源。狹義的綠色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、

地?zé)崮芎秃Ｑ竽?。這些能源消耗之后能夠恢復(fù)補(bǔ)充，很少產(chǎn)生污染。廣義的清潔能

源則包括在能源的生產(chǎn)、及其消費(fèi)過(guò)程中，選用對(duì)生態(tài)環(huán)境低污染或無(wú)污染的能源，

如天然氣、清潔煤、核能等。新能源指近幾年發(fā)展的二次能源技術(shù)，如燃料電池、

新型二次電池。

氫能

氫能，一直被認(rèn)為是一種終極能源，氫氣相比于其他燃料其燃燒產(chǎn)物最清潔，基本

只產(chǎn)生無(wú)污染的水，而且燃燒產(chǎn)生的水又可以繼續(xù)制氫，反復(fù)利用。其次，氫氣燃

燒的比能量高，除核燃料以外氫氣的發(fā)熱值是所有燃料中最高的，是汽油發(fā)熱值的

3倍。再者，它“輕如鴻毛”，作為我們了解到的最輕的物質(zhì)，即使是加壓液化后

的液態(tài)氫，密度也不及鋼鐵的1/10，這種低密度的性質(zhì)使得它可以減輕燃料自重，

增大運(yùn)輸工具的有效載荷量，從而有效降低運(yùn)輸成本。

氫能的利用，將讓人類告別碳基能源。2000年，氫的生產(chǎn)成本是石油的40倍，到

2010年，這一比例已降至15倍，如今其成本約為石油成本的兩倍，盈虧平衡在望。

氫能的主要實(shí)現(xiàn)方式是依靠氫與氧反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。由于氫氧反應(yīng)的副產(chǎn)

物是水，沒(méi)有環(huán)境污染問(wèn)題，因此人們對(duì)氫作為燃料抱有特別大的期望。自20世

紀(jì)60年代開(kāi)始，氫能首先被用于火箭和航天飛機(jī)發(fā)射等領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)

步和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，氫能源的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大到汽車、飛機(jī)燃料和氫燃料電

池等方面。

要利用氫作為能源，必須解決氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題，用高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫或以液態(tài)、固

態(tài)儲(chǔ)存都不經(jīng)濟(jì)也不安全。據(jù)報(bào)道，美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中約有50%用

于氫的儲(chǔ)存研究。

燃料電池(FC)是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。簡(jiǎn)單地講，是反應(yīng)物燃料

與空氣中的氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而獲得電能和熱能的裝置。能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程為化學(xué)能

直接轉(zhuǎn)化成電能和熱能，形成的電能為低壓直流電能。燃料和氧化劑分別由兩側(cè)經(jīng)

過(guò)兩極。它的工作過(guò)程相當(dāng)于電解水的逆反應(yīng)過(guò)程，電極是燃料和氧化劑向電、水

和能量轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所，燃料(以氫氣為主)在陽(yáng)極上放出電子，電子經(jīng)外電路傳到陰極

并與氧化劑結(jié)合，通過(guò)兩極之間電解質(zhì)的離子導(dǎo)體，使得燃料和氧化劑分別在兩個(gè)

電極/電解質(zhì)介面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成回路，產(chǎn)生電流。它是繼水力發(fā)電，熱能發(fā)

電和核能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。

核能

核能是可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，已經(jīng)被公認(rèn)為是一種唯一能夠大規(guī)模取代常規(guī)能源

的替代能源。核能被列入我國(guó)能源政策之中，我國(guó)的核電事業(yè)有廣闊的發(fā)展前景，

它將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)所需能源的重要支柱之一。

從環(huán)境的角度看，煤和石油的燃燒，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，我國(guó)許多城市污染濃度

達(dá)到世界前列。核能是清潔能源，核電站運(yùn)行不會(huì)排出CO2、SO2及粉塵。統(tǒng)計(jì)結(jié)

果表明，法國(guó)因電力供應(yīng)主要依靠核能，其CO2排放量只有周圍鄰國(guó)的15%。

太陽(yáng)能

與其它能源相比，太陽(yáng)能具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如:(1)地球上一年接受的太陽(yáng)能總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)

大于人類對(duì)能源的需求量。(2)分布廣泛，不需要開(kāi)采和運(yùn)輸。(3)不存在枯竭問(wèn)題，

可以長(zhǎng)期使用。(4)安全衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等。因此太陽(yáng)能必將在未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)

中占有重要的地位，目前其開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)受到人們高度重視，并取得較大的進(jìn)展。

在太陽(yáng)能利用方面主要采用的技術(shù)有:光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換。在這些技術(shù)中起關(guān)鍵作

用的是光電轉(zhuǎn)換材料和光熱轉(zhuǎn)換材料。主要的光電轉(zhuǎn)換材料是硅和鍺半導(dǎo)體材料，

新近開(kāi)發(fā)的GaAs和CdS材料可實(shí)現(xiàn)低成本制造大面積太陽(yáng)能電池，主要產(chǎn)品為太

陽(yáng)能電池板。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已有硅太陽(yáng)能電池板的定型產(chǎn)品，我國(guó)由中國(guó)科學(xué)

院等單位研制的硅太陽(yáng)能電池板也在使用和測(cè)試中。但目前轉(zhuǎn)換效率較低

(10%~40%)，制造成本較高，大面積使用還有許多工作要做。主要的光熱轉(zhuǎn)換材料

是光吸收材料和相變儲(chǔ)能材料，如表面涂黑的金屬板，多層光吸收和減反射膜等吸

光材料，無(wú)機(jī)水合鹽、氟石和金屬合金;有機(jī)石蠟、多元醇和聚乙烯等固-液和固-固

相變儲(chǔ)能材料。

風(fēng)能

風(fēng)能是空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式。由于太陽(yáng)輻射造成地球表

面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，

空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。風(fēng)能資源的總儲(chǔ)量非常巨大，一年中技術(shù)可開(kāi)發(fā)的能

量約5.3X10^13千瓦時(shí)。風(fēng)能是可再生的清潔能源，儲(chǔ)量大、分布廣，但它的能

量密度低（只有水能的1/800），并且不穩(wěn)定。在一定的技術(shù)條件下

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