物理學(xué)角度探究可再生能源的利用價(jià)值

1、科技信息需校理科研究AA物湮尋再度務(wù)奔可再主能源的酈用們勺河北街水學(xué)院任冬法摘要可再生代球是柑太陽能、生粉能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃１澳?amp;它們共刃的竹點(diǎn)是資源豐宅、可以再生、沒有污柔 戲很少廳染.開岌織能潭.研丸祈的節(jié)能技末丸刁甘第岌展之烙巳成為社會(huì)&界於廣滌共識(shí)，屯給荻理學(xué)的發(fā)展提出 丁靳的挑圾.關(guān)詞可再生能源物理學(xué)發(fā)展科技信息需校理科研究科技信息需校理科研究、前盲20世紀(jì)以來人們對煤炭、石油.天於氣等化石燃料的大規(guī) 模開發(fā)和利用一方而創(chuàng)適了歷史上空前的人類奇跡，另一方面 也造成大扯的資漁浪費(fèi)和污染物溫室氣體的排放當(dāng)前作為常 規(guī)能源的化石燃料儲(chǔ)扯在一天天減少而空代污染、全球變SL

2、臭氧空洞等環(huán)境問題也在一天天加劇，這種不可持續(xù)發(fā)展的模 式巳遭到很多國家的屛棄開發(fā)新能源，研究新的節(jié)能技術(shù)走 可持續(xù)發(fā)展之路巳成為社會(huì)各界的廣泛共識(shí)以太陽盤、風(fēng)能、生物貢能、核能、地?zé)崮転榇淼目稍偕?源以其儲(chǔ)iJ不隨人類的使用而枯竭，大多數(shù)對環(huán)境無污染的獨(dú) 轄優(yōu)勢，越來趁多的受到人們的青睞，也給物理學(xué)的發(fā)展提出了 新的挑戰(zhàn).二可再生能源的開發(fā)和利用地球上的能源可分為常規(guī)能療和可再生能源兩大類費(fèi)規(guī) 能源就是已被我們大規(guī)模開發(fā)的煤炭.石油、天然氣等化石燃 料可再生能浪黃是太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、生物質(zhì) 能等，后者通常被俗稱新能源新能源與常戲能源的區(qū)分也是相 對的今天的新能諫將來也會(huì)

3、成為常戲能源如核裂變,過去是 新能源，現(xiàn)在由于技術(shù)基本成熟,許多國家已把它看作常規(guī)能 源上述這些新能源都是可再生能源和淸潔能涼,按作為未來經(jīng) 濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的能障莖礎(chǔ)，受到了高度重覘.1太陽能太陽能是以太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能 員盡管太陽輻射到地球大代層的能址僅為其總輻射能址（約為 3. 75X1026W）的22億分之一，但巳高達(dá)173,OOOTW,也就是 說太陽毎抄鐘照射到地球上的能竝既相當(dāng)于500萬噸煤.地球 上的風(fēng)能.水能.海洋溫菱能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐 能都是來源于太陽）即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然 氣等）從垠本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能

4、所以廣義的 太陽臨所包括的范國非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能 的光熱光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換.太陽能既是一次能源又是 可再生能探它是各種可再生能源中最奄要的基本能3G也是人 類可利用的R豐富的能源.既可免費(fèi)使用又無需運(yùn)輸，對殲境 無任何污染.太陽能可以通過光一熱光一電光一化學(xué)轉(zhuǎn)換來利 用.太陽能光給轉(zhuǎn)換是用集熱器把太陽輻肘舵轉(zhuǎn)換為熱 能以直接利用集熱器有平板式.真空管式、最焦式等它可以；ft 直接吸收太陽輻射也可D是將太陽輻射會(huì)聚后集中頤射使傳 熱介質(zhì)（空氣、水或防凍液升忍用于家庭采釀供應(yīng)熱水血 冷烹飪.工業(yè)用熱、農(nóng)用溫室錚太陽能光一電轉(zhuǎn)換是利用 依據(jù)光生伏打效應(yīng)研制的太陽電池將太陽輻射能

5、轉(zhuǎn)換為電能 開發(fā)出多種太陽電池,包拆多晶硅電池、非晶硅電池、械化鎘電 池、碎化稼電池等光電轉(zhuǎn)殃效率已達(dá)20%以上.除用于衛(wèi)星. 空間站外，已在燈塔、駅標(biāo)、鐵路信號(hào)中得到廣泛應(yīng)用，采用太陽 電池的汽車飛機(jī)也在積極研制還建成了太陽電池節(jié)能住房和 太陽電池電站等.太陽能光一化學(xué)轉(zhuǎn)換主要避利用光化學(xué) 反應(yīng)研制光化學(xué)電池這種電池由半導(dǎo)體材料和電解液組成，當(dāng) 太陽光愿射半導(dǎo)體和電解液界面時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在電解液內(nèi) 形成電流并使水電離產(chǎn)生氫氣而供應(yīng)用這是氫能利用的途輕 之一2 海洋能地球表面積約為5.1X108kmS其中陸地表面積為1.49X 108kmS占29%$海洋面積達(dá)361X10871%.以海平面

6、計(jì)全部陸地的平均海拔約為840m,而海洋的平均深度卻為 380m,整個(gè)海水的容積多達(dá)1. 37x109km1. 一望無際的汪祥大 海不僅為人類提供航運(yùn)、水產(chǎn)和豐富的礦藏，而且還珥藏若巨 大的能最通常海祥能是指依附在海水中的可再生能源,包括: 潮汐能、波浪能、海洋溫差能、聲洋鹽差船和海流能等，更廣文的 海洋能源還句括海洋匕空的風(fēng)你、海洋喪面的太陽能以及海洋 生物質(zhì)能等全球海洋能的可再生負(fù)很大上述五種海洋能理論 上可再生的總為766億千瓦雖然海祥能的強(qiáng)度較常規(guī)能滅 低但柱可再生能源中海洋能仍具有可觀的能流密度.3 生物質(zhì)能生物質(zhì)迪討論能滋時(shí)常用的一個(gè)術(shù)語，是指由光合作用耐 產(chǎn)生的各種有機(jī)體.生物能

7、是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物 中的一種能At形式一種以生物質(zhì)為載體的能童它直接或間接 地來涼于植物的光合作用,在各種可再生能源中生物質(zhì)是獨(dú)特 的它是社存的太陽能,更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成 常戲的固態(tài)、液戀和氣態(tài)燃料據(jù)估計(jì)地球上毎年植物光合作用 固定的碟達(dá)2X1011t,含能fit達(dá)3X1021J,因此毎年通過光合 作用JC存在植物的枝、莖、葉中的太陽能相當(dāng)于全世界每年耗 能雖的10倍生物能是第四大能灤生物質(zhì)週布世界各地，其3（ 藏童極大世界上生物質(zhì)資龐大，形式繁多其中包括薪 柴，農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能凍而種植的能源作物農(nóng)業(yè)和 林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢

8、棄 物生活污水和水生植物等尊（中國生物質(zhì)資稼主要是農(nóng)業(yè)廢棄 物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物薪柴、人畜糞便.城鎮(zhèn)生活垃圾等 四個(gè)方面）.4 固體廢齊飭一 122 一固體廢棄物是相對廢水、發(fā)氣而言的是指人們在從事生產(chǎn) 和生活時(shí)所揚(yáng)棄的各種固體物件和泥狀物質(zhì)固體廢棄物種類 很多大致可分為s有機(jī)和無機(jī)廢棄物.固體廢棄物和泥狀 廢棄物工業(yè)、礦業(yè)生活廢棄物及農(nóng)業(yè)、放射性廢棄物有 毒有害廢棄物和一般廢棄物固體廢棄物的處理及利用（包播* 城市垃圾熱解、氣化、燃燒機(jī)理）固體廢棄物衍生燃料制備與利 用）造紙廢渣及廢水污泥的熱解焚燒）廢也料、廢輪胎的液化J廢 棄物倒活性炭工業(yè)廢料、生活垃圾混燒處理裝H開發(fā)J垃圾焚 燒過程

9、的二次污染控洌J圈體廢棄物焚燒灰潢的固化處理等）.5 風(fēng)能的開發(fā)利用風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)變形式也是地球上氨要的能址資 灘.由于風(fēng)能清沽無污染又取之不盡，因此在能源短缺、污染嚴(yán) ft的今天風(fēng)能受到超來越高的««合理利用風(fēng)能既可以減 少環(huán)境污染，又可械輕越茨越大的能源短缺的壓力自然界中的 風(fēng)能賀諫是極其巨大的據(jù)世界氣象組織估計(jì)，轅個(gè)地球上可以 利用的風(fēng)能為2X1O7MW.為地球上可資利用的水能總金的10 倍利用風(fēng)舵就是用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能、熱能、機(jī)械能等 各種形式的能用于發(fā)電、提水、助燒、致冷和致熱等.當(dāng)風(fēng)速 V>2米/秒時(shí)，風(fēng)能就可以開發(fā)利用.因此一般取320米/秒

10、 作為有效風(fēng)速，由于這一范圍計(jì)其的平均風(fēng)能密度稱為有效風(fēng) 能密度我國風(fēng)能區(qū)劃建定有效風(fēng)能密度為50-150瓦特/ 米和有效風(fēng)力出現(xiàn)小財(cái)數(shù)達(dá)2000-3000小時(shí)劃歸為風(fēng)能利 用區(qū)風(fēng)力發(fā)電是主要的開發(fā)利用方式風(fēng)力機(jī)按旋轉(zhuǎn)軸的位 &分為水平紬風(fēng)力機(jī)和垂2軸（立軸）風(fēng)力機(jī)兩大類水平軸風(fēng) 力機(jī)按葉片形式有雙葉式、三葉式和多葉式,按氣流方向分順風(fēng) 式和逆風(fēng)式還有擴(kuò)散器式.集中器式尊垂直軸風(fēng)力機(jī)有S3! 葉片式、s型多葉片式、e型風(fēng)輪、太陽能風(fēng)力透平備導(dǎo)器式 等6 地履的開發(fā)利用地?zé)豳Y源是指能夠?yàn)槿祟惤?jīng)濟(jì)地開發(fā)利用的地球內(nèi)部的熱 資澹，也是一種清酒能iS.據(jù)預(yù)利,在據(jù)地後2000米以淺范國 內(nèi)，約

11、有相當(dāng)于137億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的地?zé)豳YatflL若開采率為1% 則有相當(dāng)于1. 37億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的地?zé)峥晒╅_采資源金.地?zé)?資源按儲(chǔ)熱的狀態(tài)分為蒸汽5L熱水®L地壓卻、干熱巖型和巖 漿型五類，目前可實(shí)際利用的只有藏汽5L熱水型、干熱巖型三 種地?zé)岬睦贸苯佑糜谔峁┌嗡凸┙ㄖ锶《瓮?主要是 用于發(fā)電地?zé)岚l(fā)電分直接利用和間接利用兩種:直接利用是將 地?zé)嵴羝蚋邷氐責(zé)崴?jīng)擴(kuò)容蒸發(fā)后的蒸汽作為熱力循環(huán)的 工質(zhì)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電9間接利用是用地?zé)崴沟头悬c(diǎn)工 質(zhì)（如丁烷）氣化用以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電三、結(jié)東語可再生館源的開發(fā)利用對解決能源短缺，緩解環(huán)境污染有 希巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，其中有些以較

12、成熟有的還處于前芽狀 杏新能源開發(fā)利用過程中也面臨一些問題如太陽呢的能址密 度低，而且他因地而異，因時(shí)而變這是開發(fā)利用太陽能面臨的 主要問題.太陽能的這些特點(diǎn)會(huì)是它在整個(gè)綜合能浪體系中的 作用受到一定垠制.風(fēng)能同樣也具有密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)菱異 大的缺陷.但為了可持續(xù)發(fā)晨，新能源開發(fā)必殞得到足夠的重 視可以預(yù)測,新能源的開發(fā)必將在21 ttt紀(jì)的ttt：界發(fā)揮巨大作 用，在我國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整上扮演憊要的角色.克服這些不足 址大限度地發(fā)揮新能源的效率，是擺在物理科學(xué)面前的重大課參考文itt叮黃素逸能源科學(xué)導(dǎo)論M中5J電力出版社.20022JB家發(fā)展計(jì)劃奏帀令基桔產(chǎn)業(yè)發(fā)屐司2001年仝HJ節(jié) 能和

13、可再生能源計(jì)劃矣點(diǎn)2C<H（146科技信息需校理科研究科技信息需校理科研究（上扶第121頁洵泄同軸電纜來傳輸?shù)倪@樣就避免了上行線 與下行線之間信息的混合問題.同時(shí)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)語音通話 功能，這樣可以減輕列車可機(jī)的工作址,體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì).21車一地信息傳輸子系統(tǒng)該系統(tǒng)的關(guān)健技術(shù)是實(shí)現(xiàn)漏泄同鈾電纜與車載天線的阻抗 匹配問題®.由于地鐵.隧道中列車天線的便用有一定的要求， 漏泄同軸電纜的持性阻抵為75C地面控制中心耍求的天線阻 抗為500，那么由于阻抗不匹配地面控制中心和朗泄PJ軸電 纜之問不但不能正常地分配功率而且地面控制中心也不能正 常工作.因此為了實(shí)現(xiàn)地面控制中心和漏泄同軸

14、電纜之間的阻 抗匹配和分配功率采用雙輸入四輸出功率分配器.22列車車載設(shè)備該系統(tǒng)采用査詢應(yīng)答器來實(shí)現(xiàn)列車定位目前提速線路區(qū) 段CTCS2級列控系統(tǒng)采用此種方式該列車定位方式依賴于裝 在符定地點(diǎn)的地面?zhèn)鞲袖梁蛙嚿蟼鞲衅鱽韺?shí)現(xiàn),地面?zhèn)鞲衅髦?間的列車走形距離依賴于車輪數(shù)來獲得如果采用GSM-R技 術(shù)的話，可能和地面控制中心發(fā)出的頻率值號(hào)形成千擾，不能確 ?？剀嚁?shù)據(jù)的安全、可靠傳輸.23地面控制中心設(shè)備根據(jù)CTCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求,地面列控中心系統(tǒng)采用二乘（二 取二）結(jié)構(gòu).列控中心由卄算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、小史交換機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、 調(diào)度中心控制臺(tái)、監(jiān)控中心控制臺(tái)等設(shè)備組成經(jīng)過漏泄同軸電 纜組成的數(shù)據(jù)傳輸通道實(shí)時(shí)處理在整個(gè)調(diào)度區(qū)間內(nèi)各次列車發(fā) 來的位置、速度相互間隔等各種佶息，并且根據(jù)調(diào)度中心下方 的各種命令進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的控車份令臨時(shí)限速命令從而控制 列車運(yùn)行3總結(jié)基于漏酒波導(dǎo)的列控系繞，克服了無線電倍號(hào)和衛(wèi)星定位 系統(tǒng)GPS伯號(hào)受建筑物和地形等因索的形響不能進(jìn)行正常通 信的問題它可以保證列車在地鐵陡道中高速、高效、安全的運(yùn) 行，同時(shí)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也符合CTCS規(guī)范.參考文獻(xiàn)1李各白華壬伙越體號(hào)析技求視論M中國鐵it岀 版社2對H有炭200km/h動(dòng)車紐列竝*統(tǒng)的認(rèn)識(shí) Uitii 信體號(hào).2006年拓42*第9期3錢國*,徐華林地下伙道秒動(dòng)通住設(shè)計(jì)M北京；中 國鐵i