新能源那些事儿(下)

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环保的、可持续能源是人类追求能源的理想目标，随着科技的进步与不懈的科学探索，这个目标离现实也越来越近。

水能：海洋能发展空间广阔

水能是一种可再生能源，是清洁能源，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。

就河流发电而言，中国是水电大国，2012年中国水电发电总量达到8641亿千瓦时，居全球第一。同年，美国的水电发电量为2793亿千瓦时，居世界第二。位于中国湖北省的三峡水电站，是目前世界上最大的水电站，总装机容量为2250万千瓦；位于巴西和巴拉圭的伊泰普水电站是世界第二大水电站，装机容量为1400万千瓦。但是，伊泰普水电站的全年发电量达到946.84亿度，超过了三峡水电站的843.7亿度，这是由于三峡水电站每年会经历6个月的枯水期，水量不足限制了其发电量，而巴拉那河供应伊泰普水电站的充沛水量几乎不受季节影响。

就河流而言的水能发电技术已经相对成熟，水能发电的技术新领域是海洋能发电，海洋波浪能。这是一种取之不尽用之不竭的无污染可再生能源。在各国的新能源开发计划中，海洋波能的利用都占有一席之地。日本、美国、英国，印度都建有海洋波能发电站。海洋波能虽然取之不尽，但也有难以搜集的难点。海洋波能发电，对人类能源利用而言，还是一块尚待技术突破的领域。

氢能：触手可及却面临技术瓶颈

氢气是另外一种环保能源，氢燃料有很多优点。氢气燃烧后产物为水，不污染环境，氢气泄漏后，自动升空，不会聚集，爆炸危险相对较小，1公斤氢气的热值，是汽油的三倍。氢氧焰温度高达2800度，高于常规液气。氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。氢能来源于水，燃烧后又还原成水，理论上具备循环利用可能。氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体、液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减排之功效。氢气来源广泛：氢气可由水电解制取，水取之不尽，每公斤水可制备1860升氢氧燃气，即产即用。

氢能的缺点是，目前的制取成本较高，电解水制氢工艺耗电量大。目前，科学界研发出一种氢电池，已经装备在新能源汽车上，中国的氢电池技术目前主要装备在客车领域，这种电池工作原理是：圆形容器内装有一种特殊成分硅化钠，与水相遇时便会产生氢气。反应过程安全而且环保，唯一的副产品是一点点水蒸气，使用时只需向下部容器中放置一些水，容器内的化学药剂便能通过反应提取氢元素并为电池充电。日本已经将这种技术装备到轿车生产领域。

核能：让最危险的核反应变得安全

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合爱因斯坦的方程E=mc^2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：

核裂变，是通过一些重原子核（如铀-235、钚-239等）的裂变释放出的能量，是目前核电站普遍运用的发电核反应，核裂变发电的技术已经发展到三代，目前正在进行四代核技术攻关。

核聚变，由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素―氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应，这也是太阳的发热原理。相比于核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式，人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸，但是还不能稳妥、持久地控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出，相关技术正在研究过程中。中国、美国、法国、英国的核聚变研究处在世界前列，知名的国际研究项目有美国的国家点火装置，法国的热核聚变实验堆，中国的EAST可控核聚变实验装置。

核衰变，是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用。

就目前核电站普遍应用的核裂变发电技术而言，已经从上世纪60年代的第一代，发展到了现今的第四代。发生事故的切尔诺贝利可算作“第一代”核电站――石墨反应堆，既无内安全壳，更无外安全壳；福岛可算“第二代”核电站――有内安全壳，但无外安全壳。中国在2012年底通过的《核电安全规划》明确，新建核电站必须符合三代核电站安全标准：内外安全壳兼有。中国的第三代核电站，采用AP1000技术，配备“非能动”安全系统，在反应堆上方顶着多个千吨级水箱，一旦遭遇地震等紧急情况，无需交流电源和应急发电机，仅利用地球引力、物质重力等自然现象就可驱动核电厂的安全系统，冷却反应堆堆芯，带走堆芯余热，恢复核电站的安全状态。中国内陆的首家核电站目前已经选址在湖南桃江，进入前期施工准备阶段。

第四代核电技术是指待开发的核电技术，其主要特征是防止核扩散，具有更好的经济性，安全性高和废物产生量少。包括钍基核电站，钍基核电站用金属钍代替铀作为核电站原料，钍基熔盐反应堆主要优势是：一旦发生地震导致的电力供应中断，反应堆内的固态盐就会熔解，液态燃料流入储存池并固化，核裂变反应终止。钍基核电研发的难点在于，熔盐的腐蚀性较大，对核电站的部件材料要求较高。

法国是世界上的核电强国，有58座核电站，占发电总量的78.1%，法国也因为核电成为大国中少有的电力出口国家。发生过事故的切尔诺贝利核电站在如今的乌克兰境内，乌克兰境内现有15座核电站，核电占其发电总量的47.5%。韩国有20座核电站，占其发电总量的38.6%。日本有55座核电站，占其发电总量的30%。美国有104座核电站，占其发电总量的19.4%。中国有11座核电站，占发电总量的1.9%。核电对于减少碳排放意义重大，以阳江核电站为例，6座机组全部建成后，年发电量将超过480亿千瓦时，其环保效益相当于每年减少标煤消耗1560万吨，减少二氧化碳排放3828万吨，相当于10万公顷森林净化空气的效应。

核裂变发电的主要缺点除了安全性的考虑之外，还有核废料的处理难题，如果成功解决钍基核电的研发，那么其产生的废料辐射性可在100年内消解，更容易被接受。