新能源

风能

    风能是太阳能的一种转换形式,是一种重要的自然能源。据有关专家估算,在全球边界层内的总能量为1.3×1015瓦,一年中约为1.4×1016千瓦时电力的能量,相当于目前全世界 每年所燃烧能量的3000倍。其中1/10为可取用的极限量。风能的特点为:能量巨大,但能量密度低,当流速同为3米/秒时,风力的能量密度仅为水力的1/1000;利用简单、无污染、可再生;不稳定性大,连续性、可靠性差;时空分布不均。

风力发电机简介

国际上利用风力发电是本世纪发展壮大起来的,随着风电技术不断进步,容量逐步增大,单机容量已达几百千瓦,并有兆瓦级风力发电机问世,近十几年来风力发电机产品质量有了显著提高,作为一种新的,安全可靠的,干净的能源而受到国际上风资源丰富国家的关注与大规模开发。目前,世界上风电总装电容量约为7000MW,美国最多,约有1700MW。

中国是风资源丰富的国家,特别是新疆、内蒙古与沿海地区。我国风力发电在八十年代开始发展,初期大多是独立运行户用百瓦级风电机组,安装在边远,孤立无电地区供农牧民使用。近年来,大型并网风力发电机组引入我国,多台风电机组安装在风资源丰富地区组成风电场,接入地区电网供电,现在,我国并网风电机组装机总容量约为100MW。

风电的优越性可归纳为下面五点:风力发电是一种干净的自然能源,没有常规能源(如煤电,油电)与核电会造成环境污染的问题。 风电技术日趋成熟,产品质量可靠,可用率已达95%以上,已是一种安全可靠的能源,风力发电的经济性日益提高,发电成本已接近煤电,低于油电与核电,若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资,则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短,单台机组安装仅需几周,从土建、安装到投产,只需半年至一年时间,是煤电、核电无可比拟的。 投资规模灵活,有多少钱装多少机。

目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机,它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能,它由气动性能优异的叶片(目前商业机组一般为2—3个叶片)装在轮毂上所组成,低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上,整个机舱由高大的搭架举起,由于风向经常变化,为了有效地利用风能,必须要有迎风装置,它根据风向传感器测得的风向信号,由控制器控制偏航电机,驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动,使机舱始终对风。风能是一种无污染的可再生能源,它取之不尽,用之不竭,随着生态环境的要求和能源的需要,新能源的开发日益受到重视,由于风力发电经济性日益改善,因此国家对风力发电已制定了发展计划,提出2000年风电装机40MW以上的奋斗目标,为二十一世纪大规模开发风电打下良好的基础。

风车是人们最早用以转换能量的装置之一,波斯人和中国人在数千年前即己懂得使用风车,直到十二世纪时,欧洲才普遍利用风车研磨面粉和泵水。荷兰低地使用风车泵抽排水,其风车的功率可达50HP。美国则使用较小型的风车灌溉田地和驱动发电机发电。 1920年代,人门开始研究利用风车作大规模发电。1931年,在苏联的Crimean Balaclava地方建造一座100KW容量的风力发电机,此乃最早商业化的风力发电机。

风车的种类很多,如依其形状及旋转轴的方向分,可归纳出两种最主要的型式:

水平轴式转子垂直轴式转子水平轴式转子(horizontal-axis rotor)此型转动轴与风向平行。若依轮页受力可分成升力(lift )或阻力(drag)型;若依页数则单页﹑双页﹑三页或多页型;若依风向,则有逆风(upwind)和顺风(downwind)型,逆风型转子即页片正对著风向。大部分水平轴式风力轮页会随风向变化而调整位置。

垂直轴式转子(vertical-axis rotor) 此型转轴与风向成垂直。此型的优点为设计较简单,因为其不必随风向改变而转动调整方向。但此系统无法抽取大量风能?K需要大量材料是其缺点。此型有桶形(Savonius)转子和打蛋形(Darrieus)转子等。桶形转子是采用S型轮页,且大多为阻力型。轮页的旋转是依赖作用于顺风和逆风页片部分的阻力差。

生物质能

    取之不尽、用之不竭的太阳能是一种广泛利用的清洁能源。太阳是光明的我们知道,燃烧薪柴等生物质的能源会造成烟尘的污染。那么,在不容易获得其他能源的广大农村地区该怎么办呢?在农村到处可以看到许多生物质的废弃物,如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬,等等。将这些废弃物收集起来,经过细菌发酵可以产生沼气,用沼气做燃料和照明,就可以有效地解决问题。沼气具有很高的热值,燃烧后生成二氧化碳和水,不污染空气,不危害农作物和人畜健康;生成沼气的原料本身就是各种废弃物,用来生成沼气后可以大大减少垃圾的数量。
    生成沼气实际上是利用厌氧微生物在密闭条件下分解有机物。燃烧和呼吸等都是在氧气的帮助下对有机物进行分解,一方面消耗氧气放出二氧化碳;另一方面释放能量。

生物质是世界第四大能源,作为能源,在人类历史上曾起过巨大的作用,在现实生产生活中,特别是在农村地区,仍然占有重要的地位。目前亚洲、非洲的大多数发展中国家,生物质能的消费量占全国能源消费总量的40%以上。1996年中国薪柴、秸秆的消耗量已达2.2亿吨标准煤,约占全国能源消费量的14%,占农村地区能源消耗量的34%,占农村生活用能的59%。其中约 有1.2亿吨标准煤的秸秆和O.8亿吨标准煤的薪柴供农付居民及部分小城镇居民烧柴之用,另外的O.2亿吨标准煤的生物质能则主要用于农副 产品加工和用作小砖窑、石灰窑、陶瓷厂、溶胶厂的燃料。由此可见,生物质能源仍是中国农村能源消费中的主要组成部分。
    取之不尽、用之不竭的太阳能是一种广泛利用的清洁能源。太阳是光明的我们知道,燃烧薪柴等生物质的能源会造成烟尘的污染。那么,在不容易获得其他能源的广大农村地区该怎么办呢?在农村到处可以看到许多生物质的废弃物,如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬,等等。将这些废弃物收集起来,经过细菌发酵可以产生沼气,用沼气做燃料和照明,就可以有效地解决问题。沼气具有很高的热值,燃烧后生成二氧化碳和水,不污染空气,不危害农作物和人畜健康;生成沼气的原料本身就是各种废弃物,用来生成沼气后可以大大减少垃圾的数量。

生成沼气实际上是利用厌氧微生物在密闭条件下分解有机物。燃烧和呼吸等都是在氧气的帮助下对有机物进行分解,一方面消耗氧气放出二氧化碳;另一方面释放能量。

   生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源,具有资源丰富、合碳量低的特点;加之在其生长过程中吸收大气中的CO。而成为元素的汇。因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源与环境问题的重要途径之一。

    目前,生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10 ~25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用 最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。

    中国政府也十分重视生物质能源的开发和利用。自70年代以来,先后实施了一大批生物质能利用研究项目和示范工程,涌现了一大批优秀的科研成果和应用范例,并在推广应用中取得了可观的社会效益和经济效益。到1996年底,推广省柴节煤炉灶1.7亿户,每年减少了数干万吨标准煤的消耗;全国已建农村户用沼气池6O0多万个,年产沼气16亿立方米;兴建大中型沼气工程近600处(含工业有机废弃物沼气工程),使8.4万户居民用上了优质气体燃料;建成薪炭林540万公顷,年产薪柴约4000万吨。进入80年代,政府又将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用新技术的研究和开发,使生物质能技术有了进一步提高,其中尤以大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化 集中供气技术和垃圾填埋发电技术等的进展引人注目。

    但是,这些技术的进步同世界先进水平相比仍有较大的差距,特别是在技术设备的产业化和商业化生产方面的差距更为明显。目前国外这些技术基本上都实现了工业化生产,有的如大中型沼气工程和垃圾填埋发电技术等已达到商业化水平;而中国一般都处于商业化的前期,有的还停留在示范阶段。世界科学技术的发展历史证明,产业化和商业化是加速科 学技术发展的动力,也是科技研究成果转化为生产力的根本措施。

地热能

    从直接利用地热的规模来说,最常用的是地热水淋浴,占总利用量的1/3以上,其次是地热水养殖和种植约占20%,地热采暖约占13%,地热能工业利用约占2%。利用地热能,占地很少,无废渣、粉尘污染,用后的弃(尾)水既可综合利用,又可回注到地下储层,达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。据美国地热资源委员会(GRC) 1990年的调查,世界上18个国家有地热发电,总装机容量5827.55兆瓦,装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资   源也很丰富,但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。除以上利用外,从热水中还可提取盐类、有益化学组分和硫磺等。

根据1993年的统计资料,目前地热发电装机容量最大的是美国(283.7万千瓦)。其余的国家依次有菲律宾、墨西哥、意大利、日本、印度尼西亚等,我国则排在第12位。当前主要国家的地热发电容量共约600万千瓦,年发电量共约300亿千瓦·时。

例如,日本九州电力与出光地热开发会社共同携手,于1979年起对大分县九重町地区进行了地热调查,计划建设规模为2.5万千瓦以上的地热发电所。目前总投资已达数百亿日元,开发出大川地热发电所、八丁原一号和二号地热发电所等6个总发电能力在15.5万千瓦的地热发电所。

美国于1992年在岛屿沿海地带进行了地热调查,据称,夏威夷岛具有发电规模为8万千瓦的地热资源。美国有关部门在加利福尼亚州建设了输出为32万千瓦的地热发电所,并于1993年开始工作。据估计,美国地下4000米处可利用的地热资源约有4亿千瓦。美国高温地热发电潜力相当于755~7297亿吨标准煤,可以直接利用的中、低温热能相当于1606~9139亿吨标准煤。

冰岛首都雷克雅未克的居民已多年不用煤和油取暖了。因为从1928年起他们就开采地热。现在冰岛人口中约有一半依赖于首都的热水供应系统,当地的地热发电能力为500兆瓦,这相当于一个大型火力发电厂的发电能力,每年可供电约30亿千瓦·时。

   地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近表层。在有些地方,热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面,自史前起它们就已被用于洗浴和蒸煮。通过钻井,这些热能可以从地下的储层引入水池。 房间、温室和发电站。这种热能的储量相当大。据估计,每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过,地热能的分布相对来说比较分散,开发难度大。实际上,如果不是地球本身把地热能集中在某些地区(一般来说是那些与地壳构造板块的界面有关的地区),用目前的技术水平是无法将地热能作为一种热源和发电能源来使用的。 严格地说,地热能不是一种“可再生的”资源,而是一种像石油一样,可开采的能源,最终的可回采量将依赖于所采用的技术。将水(传热介质)重新注回到含水层中可以提高再生的性能,因为这使含水层不枯竭。然而在这个问题上没有明确的结论,因为有相当一部分地热点可采用某种方式进行开发,让提取的热量等于自 然不断补充的热量。实事求是地讲,任何情况下,即使从技术上来说地热能不是可再生能源,但全球地热资源潜量十分巨大,因此问题不在于资源规模的大小,而在于是否有适合的技术将这些资源经济开发出来。

  地热能是指贮存在地球内部的热能。其储量比目前人们所利用的总量多很多倍,而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度, 那么地热能便是可再生的。高压的过热水或蒸汽的用途最大,但它们主要存在于干热岩层中,可以通过钻井将它们引出。

  地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力,新技术业已成熟,并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面,未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的,不受天气状况的影响,既可作为基本负荷能使用,也可根据需要提供使用。

海洋能

    潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引起的涨潮时海水向岸边冲去,落潮时又退回海中,每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影响,海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。如杭州湾潮差高达8.93米,是我国潮差最大的地方。潮汐的涨落是海水在作大规模的流动,其中蕴含着巨大能量,既可以用来推动机械装置,又可以用来发电。

    海水中储存着大量的以热能形式保存的太阳能,主要表现为海水表层和深层间的温差。因为水的沸点与气压有关,如果建造一个装置,用抽真空的方法使表层的海水在20摄氏度时汽化,并推动汽轮机,再将深层的冷水提上来使蒸汽冷却,如此周而复始,就可以发电了。除这种方法外,还可以用低沸点的流体如丙烷和氨来作为热机的工作介质。法国已经建成了世界上第一座温差发电站,发电容量为14,000千瓦。

浩瀚无边的海洋,约占地球表面的71%,它汇集了97%的水量,蕴藏着丰富的能源。随着陆地资源的不断消耗而逐渐减少,人类赖以生存与发展的能源,将越来越依赖于海洋。中国大陆的海岸线长达1.8万千米,海域面积470多万平方千米,海洋能资源非常丰富。

海洋能包括潮汐、潮流、海流、波浪、温差和盐差等,它是一种可再生的巨大能源。据估算,世界仅以可利用的潮汐能一项就达30亿千瓦,其中可供发电约为260万亿度。科学家曾作过计算,沿岸各国尚未被利用的潮汐能要比目前世界全部的水力发电量大一倍。
  我国的潮汐能量也相当可观,蕴藏量为1.1亿千瓦,可开发利用量约2100万千瓦,每年可发电580亿度。浙江、福建两省岸线曲折,潮差较大,那里的潮汐能占全国沿海的80%。浙江省的潮汐能蕴藏量尤其丰富,约有1000万千瓦,钱塘江口潮差达8.9米,是建设潮汐电站最理想的河口。
  50年代后期,我国曾出现过利用潮汐能办电高潮,沿海诸省市兴建了42个小型潮汐电站,总装机容量500千瓦。70年代初再度出现潮汐办电热潮,至今仍在运转的潮汐电站共有8座,总装机容量7245千瓦。其中较大的3座为浙江江厦电站、山东半岛白沙口电站和广东甘竹滩洪电站。波浪发电主要集中研究小型气动式装置,应用在海上做导航标灯。
  据估算,我国可供利用的海洋能量还有:潮流能1000万千瓦、波浪能7000万千瓦、海流能2000万千瓦、温差能..5亿千瓦和盐差能约为1亿千瓦。
  潮汐发电站一般建造在潮差比较大的海湾和河口。选好建站地后就要开始修建水库,因为海洋里的水是相连一体的。为了要利用它发电,首先要将海水蓄存起来,这样便可以利用海水出现的落差产生的能量来带动发电机进行发电。
  如果将波浪的能量转换为可利用的能源,那也是一种理想的能源。据计算,海浪每秒钟在1平方公里海面上能产生20万千瓦的能量,全世界海洋中可开发利用的波浪能约为27~30亿千瓦,而我国近海域波浪能的蕴藏量约为1.5亿千瓦,可开发利用量约3000~3500万千瓦。目前,一些发达国家已经开始建造小型的波浪发电站。对利用温差和盐差的能量转换为能源的问题正在研究开发中。

  海洋能主要包括潮汐能、波浪能、海水温差能、洋流能和盐度差能等。

  据权威统计,全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。其中,海水温差能约400亿千瓦,盐度差能约300亿千瓦,潮汐能大于30亿千瓦,波浪能约30亿千瓦。目前,世界各国正竞相探索海洋能开发利用技术。

潮汐能

  因月球引力的变化引起潮汐现象,潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量,称为潮汐能。

  现代潮汐能的利用,主要是潮汐发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库,以便于大量蓄积海水,并在坝中或坝旁建造水力发电厂房,通过水轮发电机组进行发电。

  潮汐发电与普通水力发电原理类似,差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。

  目前世界上最大的潮汐发电站,是法国朗斯的24万千瓦潮汐电站。中国的江厦潮汐试验电站,建于浙江省乐清湾北侧的江厦港,装机容量3200千瓦,于1985年正式投入运行。

波浪能

  波浪是由于风和水的重力作用形成的起伏运动,它具有一定的动能和势能。

  波浪能利用的关键是波浪能转换装置。通常波浪能要经过三级转换:第一级为受波体,它将大海的波浪能吸收进来;第二级为中间转换装置,它优化第一级转换,产生出足够稳定的能量;第三级为发电装置,与其他发电装置类似。

  1985年,英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75千瓦的振荡水柱波力电站,1991年建成且并入当地电网。19958月,英国建造了第一座商业性波浪能发电站,输出功率为2兆瓦,可满足2000户家庭的用电要求。日本已有数座波浪能发电站投入运行,其中兆瓦级的“海明号” 波浪能发电船,是世界上最著名的波浪能发电装置。

  值得一提的是,若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置,不仅可利用波浪发电,而且还可将它们当作防波堤,起消波作用。

海水温差能

  海水温差能是因深部海水与表面海水的温度差而产生能量。

  首次提出利用海水温差发电设想的,是法国物理学家阿松瓦尔。1926年,阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930年,克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站,获得了10千瓦的功率。1979年,美国在夏威夷的一艘海军驳船上安装了一座海水温差发电试验台,发电功率53.6千瓦。1981年,日本在南太平洋的瑙鲁岛建成了一座100千瓦的海水温差发电装置,1990年又在鹿儿岛建起了一座兆瓦级的同类电站。

  海水温差发电涉及耐压、绝热、防腐材料、热能利用效率等诸多问题,目前各国仍在积极探索中。

洋流能

  海水不是固定的,它受天体运动和潮水涨落,以及海水温度变化等多种因素的影响,总是在流动着。川流不息的洋流,就像江河的水流一样,携带着巨大的能量。

  洋流的动能非常大,如佛罗里达洋流所具有的动能,约为全球所有河流具有的总能量的50倍。目前洋流发电技术仍处于研究试验阶段,欧、美、日等发达国家和地区居领先水平。

盐度差能

  海水中含有大量的矿物盐,海水含盐浓度大于江河水,形成了盐度差。当两种不同浓度的溶液混合在一起时,淡的溶液就会向浓的方向渗透,直至浓度平衡为止,这种渗透就带有压差。

  研究人员提出了用化学渗透膜隔开浓、淡水,构成盐度差能电站的设想,预计21世纪将取得实质性的突破。

海 洋 能 源 发 电

  海洋能源之蕴藏可观,诸如海洋溫差、波浪、海流、潮汐等海洋資源,若能將其開發應用,除可降低消費能源之部份外,更可兼顧日益受重視之環境保護觀念,並可藉發展海洋能源發電應用之研究,來建立國內海洋科技基礎,進一步為未來開發整體性海洋資源奠基。茲將我國在海洋能源發電應用研究之情況分析如下:

  一、海洋溫差發電

  海洋溫差發電之工作原理與目前使用之火力、核能發電原理相類似,首先利用表層海水蒸發低蒸發溫度之工作流體如氨、丙烷或氟利昂,使其汽化推動渦輪發電機發電,然後利用深層冷海水冷卻工作流體成液態,再予反覆使用。

  台灣東部海域海底地形陡峻,離岸不遠處,水深即深達八百公尺,水溫約5°C。同時海面適有黑潮流通過,表層水溫達25°C。由於地形及水溫條件俱佳,開發溫差發電的潛力雄厚,理論蘊藏量在12海浬領海內達3,000萬千瓦,若以200 海浬經濟海域估算更可高達25,000萬千瓦,該區域領海範圍內若以適度開發10%估計,其技術蘊藏量可達300萬千瓦,每年約可發電460億度。

  根據一系列已完成研究之結果顯示,就技術可行性言,興建一座溫差電廠之最大挑戰包括大管徑冷水管的設計、製造與敷設,大型海上平台的設計與建造,以及高效率海底電力輸送電纜等三項關鍵技術,全世界尚無成功案例可循。而就經濟可行性言,即使將水產養殖副產品經濟價值考量在內,溫差發電之成本尚難與燃煤、燃油及核能等傳統發電方式競爭。以我國目前海洋工程之實力(經費與技術方面),無法獨立發展海洋溫差發電 技術。未來將積極參與國外先進國家(如美國、日本)相關技術之研發,俾有效利用海洋溫差之天然資源。


  二、波浪發電

  波浪發電即是以波浪發電裝置將海浪動能轉換成電能。波浪發電裝置為了有效地吸收波能,其運轉型式完全依據波浪之上下振動特性而設計,利用穩定運動機制擷取波浪動能,然後再加以利用來發電。台灣係屬海島地形,全島共擁有長達1,448公里的海岸線,沿海地區由於受到強大季風的吹襲,在廣闊的海面上經常存在著洶湧的波濤,波浪能源蘊藏可說極為豐富,是一項可觀的海洋能源。根據台灣四周沿海及各主要離島所進行的初步波能評估研究結果顯示,北部海域及離島地區較具潛力,每 公尺約有 13千瓦之波能,東部及西北沿海居次,每公尺約有7千反之波能,西南及南部沿海較差,每公尺約只 有3千瓦之波能,依初步估計台灣地區波能蘊藏量約為],000萬千瓦,可開採量約為]0萬千瓦。如何有效利用海浪所攜帶的能量來發電是海洋工程研究人員所追求的目標。雖然波浪發電具有無污染以及不必耗費燃料之優點,然而其波浪之不穩定性及發電設備需固定於海床上,承受海水之腐蝕、浪潮侵襲破壞,以及效率不夠顯著、施工及維修成本相對過高等問題,限制了目前波浪發電之發展,致使波能發電系統研究開發成長趨緩。

  三、潮汐發電
  海水水位因引力作用產生高低落差現象稱之為潮汐,而潮汐發電便是利用此一位能轉換而獲得電能之方法。通常在海灣或河口地區圍築蓄水池,在圍堤適當地點另築可供海水流通之可控制閘門,並於閘門處設置水輪發電機,漲潮時海水經由閘門流進蓄水池並推動水輪機發電,退潮時海水亦經閘門流出並推動水輪機發電,如此雙向流發電裝置是目前潮汐發電之主要應用方式。 開發潮差發電若以目前低水頭水輪機應用技術而言,基本上只要有.一米的潮差及可供圍築潮池的地形即可應用發展。台灣沿海之潮汐,最大潮差發生在金門、馬祖外島,約可達5公尺潮差,其次為新竹南寮以南、彰化王功以北一帶的西部海岸,平均潮差約3.5公尺,其他各地一般潮差均在2公尺以下,與經濟性理想潮差6-8公尺仍有相當差距。由於台灣西部海岸大都為平直沙岸,缺乏可供圍築潮池的優良地形,雖不具發展潮差發電之優 良條件,但乃可進一步考慮利用現有的港灣地形開發應用。另對金門及馬祖兩個離島來說,其潮差條件雖非極優越,但因該兩離島之供電成本較昂貴,若以邊際能源之效益而言,發展潮差發電即具經濟誘因,尤其金門地區更可利用現有濱海水庫,如慈湖水庫即可成為一個極適宜開發潮差發電的理想潮汐池,故台灣地區的潮差發電發展方向可以金門、馬祖兩離島為先導廠址,其可供開發之潛力約有一萬千瓦以上。

  四、海流發電
  海流發電係利用海洋中海流的流動動力推動水輪機發電,一般乃於海流流經處設置截流涵洞之沉箱,並於其內設萱一座水輪發電機,此可視為一個機組(package)的發電系統,並可視發電需要增加多個機組,惟於年組間需預留適當之間隔,以避免紊流互相干擾。 台灣地區可供開發海流發電應用之海流,以黑潮最具開發潛力。根據以往對黑潮所進行之調查研究瞭解,黑潮流經台灣東側海岸最近處,以北緯23度附近為最貼近,平均流心距台灣僅60-66公里,流心流速在1.6-0.3公尺/秒、平均流速0.9 公尺/秒,依據所測得之流速及斷面推估其流量約為每秒 1,700-2,000萬立方公尺。 黑潮發電構想係利用水深約在200公尺左右之中層海流,預計於海中鋪設直徑40公尺、長度為200公尺的沉 箱,並於其內設置一座水輪發電機,成為一個模組式海流發電系統,出力約為1.5-2萬千瓦,未來更可視發電需要增加多個機組,且年組之問的間隔需維持於200-250公尺間,以避免紊流的干擾。利用黑潮發電理論上是可行的,惟目前開發應用的水輪發電機種類甚多,且針對深海用的水輪發電機,則尚屬研究開發階段。 另黑潮發電是一種低能量密度和特定區域環境的特性,未來開發黑潮發電的規模大小及經濟性誘因,實值進一步評估探討。

       如图可看出潮涨(high tide)和潮落(low tide)时海水的势能转化为其他形式的能。

  潮汐现象:

  真实月球引力和平均引力的差值称为干扰力(disturbingforce),干扰力的水平分量迫使海水移向地球、月球连线并产生水峰。

  对应于高潮(high t-ide)的水峰,每隔24小时50分钟(即月球绕地球一周所需时间)发生两次,亦即月球每隔2小时25分钟即导致海水涨潮一次,此种涨潮称为半天潮(semidiurnal tides)。

  潮汐导致海水平面的升高与降低呈周期性。每一月份满月和新月的时候,太阳、地球和月球三者排列成一直线。此时由于太阳和月球累加的引力作用,使得产生的潮汐较平时高,此种潮汐称为春潮(Springtides)。当地球、月球和地球、太阳成一直角,则引力相互抵消,因此而产生的潮汐较低,是为小潮(neap tide)。

  各地的平均潮距不同,如某些地区的海岸线会导致共振作用而增强潮距,而其他地区海岸线却会降低潮距。影响潮距的另一因素科氏力(Coriolis force),其源自流体流动的角动量守恒。若洋流在北半球往北流,其移动接近地球转轴,故角速度增大,因此,洋流会偏向东方流,即东部海岸的海水较高;同样,若北半球洋流流向南方,则西部海岸的海水较高。

  中 国 的 海 洋 能 资 源

  中国大陆海岸线长达18000多千米,拥有6500多个大小岛屿,海岛的岸线总长约14000多千米,海域面积470多万平方千米,海洋能资源十分丰富,达5亿多千瓦。

  其中:潮汐能资源约为1.1亿千瓦,大部分分布在浙江、福建两省,约为全国总量的81%;沿岸波浪能的总功率为0.7亿千瓦,主要分布在广东、福建、浙江、海南和台湾的附近海域;海流能的蕴藏量为0.5亿千瓦,主要分布在浙江、福建等省;海洋温差能约为1.5亿千瓦;海洋温差能约1.1亿千瓦;另外,流经东海的动力能源黑潮估计约为0.2亿千瓦。

  我国海洋能开发利用方面,目前已建有潮汐发电站总装机容量5930千瓦,年发电量1021万度电;波浪发电试验电站也在建设之中。

  中国海洋能开发目标

  1.背景

  近年来,世界潮汐能的开发利用有了较大的发展。仅法国、前苏联、加拿大和韩国已经或即将建成的潮汐电站即达66多万KW。

  目前,世界潮汐能开发的趋势是偏向大型化,如俄国计划的美晋潮汐电站设计能力为1520万KW,图古尔潮汐电站为1030万KW,美国塞文电站为720万KW,印度坎贝湾电站为736万KW。

  我国潮汐能开发已有4O年历史,迄今建成潮汐电站8座,总装机6120Kw,其中最大的是浙江江厦潮汐试验电站,为3200KW,1980年开始发电,1985年底5台机组并网发电,单机容量为500KW,及700KW的灯泡贯流式水轮发电机组全由我国自己研制。实践表明,我国潮汐发电技术已有较好基础。

  世界波浪能发电开发研究经过70年代兴旺、80年代低潮后,近年出现回升势头、其特点是注重实际装置的建造和海上运行经验的积累,由最初的大规模利用转向中小型开发,着重向海岛供电。

  我国波力发电始于70年代,日光航标灯浮用微型波力发电装置已商品化,已生产了290多台。与日本合作研制了后弯管型浮标发电装置。在珠江口大万山岛研制的岸边固定式波力电站第一台3KW的装置1990年已建成,装机20KW的波力试验电站可望近期建成。

  潮流发电研究我国处于领先地位。70年代未首先在舟山进行了8KW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮发电装置的试验研究。

  2.目标

  围绕着研建万千瓦级潮汐电站,解决相关的关键技术问题。结合海岛新能源综合开发利用试验基地的建设,研制百千瓦级波力发电装置。研究开发实用型的海洋能利用技术。

  3.内容

  ①潮汐电站水轮机组的研究,包括:超低水头大容量潮汐发电机组研制、海中水工建筑形式和施工技术等。

  ②海岛新能源综合利用试验基地建设。 ③储能、储电技术、温差发电技术研究。

 

核能

    铀在自然界中有三种放射性同位素:U235U238U234 ,在衰变过程中放出热量。在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。铀的和平用途十分广泛,其中最主要的是用作核电反应堆的燃料。

    由于核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点,世界各国,尤其是工业发达的国家和地区都大力发展核电,估计到2000年核电将达到世界总发电量的25%左右。我国已建成秦山、大亚湾核电站,目前还有多处正在筹建。

    铀裂变时产生的同位素及其射线,在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。例如,在工业上利用射线实现生产自动控制,无损伤检查等;在农业上利用射线培育良种,防止病虫害等;在医学上用于灭菌消毒,临床诊断及治疗;在地质勘探工作中用来找矿等等。

核聚变——人类未来能源的希望

 人类自1973年以来,共向地球索取了5000亿桶(约合800亿吨)石油,剩下的石油按现有生产水平匡算,还可保证开采44年。天然气也只能持续开采56年,一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。
  矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”,而且大约在200年之内,石油、煤和天然气资源都有枯竭之虞。从长远来看,核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源,人类将从“石油文明”走向“核能文明”。
  世界上的每一种物质都处于不稳定状态,有时会分裂或合成,变成另外的物质。物质无论是分裂或合成,都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子,就叫核聚变,太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的,目前的核电站也是利用核裂变而发电。
  核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,而且遗害千年的废料也很难处理,核聚变的辐射则少得多,核聚变的燃料可以说是取之不尽,用之不竭。
  核聚变要在近亿度高温条件下进行,地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热,来触发核聚变起燃器,使氢弹得以爆炸。但是,用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸,却不适用于核聚变发电,因为电厂不需要一次惊人的爆炸力,而需要缓缓释放的电能。
  关于核聚变的“点火”问题,激光技术的发展,使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前,世界上最大激光输出功率达100万亿瓦,足以“点燃”核聚变。除激光外,利用超高额微波加热法,也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的理论和技术,美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。
  1991年11月9日17时21分,物理学家们用欧洲联合环形聚变反应堆在1.8秒种里再造了“太阳”,首次实现了核聚变反应,温度高达2×108℃,为太阳内部温度的10倍,产生了近2兆瓦的电能,从而使人类多年来对于获得充足而无污染的核能的科学梦想向现实大大靠近了一步。
  我国自行设计和研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”,已在四川省乐山地区建成,并于1984年9月顺利启动,它标志着我国研究受控核聚变的实验手段,又有了新的发展和提高,并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于1993年和1994年在这个领域的研究和实验中取得新成果。
  目前,美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂,科学家们估计,到2025年以后,核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后,受控核聚变发电将广泛造福人类。
  核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体3He(氦-3),氘和氚在地球上蕴藏极其丰富,据测,每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油,这就是说,1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万千瓦的核聚变电站,每年耗氘量只需304千克。
  氘的发热量相当于同等煤的2000万倍,天然存在于海水中的氘有45亿吨,把海水通过核聚变转化为能源,按目前世界能源消耗水平,可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助“燃料”,地球上的锂足够用1万年~2万年,我国羌塘高原锂矿储量占世界的一半。
  科学家们发现,以3He为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁,效益更高,而且与放射性的氘氚不同的是3He是一种惰性气体,操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格、美国总统军备控制顾问保罗·尼采1991年曾撰文说,没有其它能源能像3He那样几乎无污染。
  下世纪初,人类将在月球上开采地球上不存在的3He矿藏,用于代替氚,从而使目前世界各地建造的实验性聚变反应可以攻克关键性的难关,使其走上商用成为可能。地球上并不存在天然的3He,作为核武器研究的副产品,美国每年生产大约20千克,但一台实验性反应堆就需要至少40千克。月球上的钛矿中蕴藏着丰富的3He资源。
  月球表面的钛金属能吸收太阳风刮来的3He粒子。据估计,月球诞生的40亿年间,钛矿吸收了大约100万吨3He,其能量相当于地球上有史以来所有开发矿物燃料的10倍以上。1994年日本宣布了去月球开发3He的计划项目,日本比美国在3He聚变项目上的投资要多出100倍。
  1986年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了3He研究中心。只要从月球上运回25吨3He,就可满足美国大约一年的能源需要。目前,全球每年的能源消费大约1000万兆瓦,联合国1990年公布的数字,到2050年时将会猛增至3000万兆瓦,每年从月球上开采1500吨3He,就能满足世界范围内对能源的需求。
  按上述开采量推算,月球上的3He至少可供地球上使用700年。但木星和土星上的3He几乎是取之不尽、用之不竭的。综上所述,可以看出,核聚变为人类摆脱能源危机展现了美好的前景。

太阳能

太阳辐射的特性

    昼夜是由于地球自转而产生的,而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。每转一周为一昼夜,所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23.5°。地球公转时自转轴的方向不变,总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时,太阳光投射到地球上的方向也就不同,于是形成了地球上的四季变化(见下图)。每天中午时分,太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区(即在赤道南北纬度23°27′之间的地区),一年中太阳有两次垂直入射,在较高纬度地区,太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区(在南北半球大于90°~23°27′),冬季太阳低于地平线的时间长,而夏季则高于地平线的时间长。

地球绕太阳运行的示意图

    由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行,因此太阳与地球之间的距离不是一个常数,而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知,某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比,这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而,由于日地间距离太大(平均距离为1.5 x 108km),所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓 “太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时,在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w/m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4%。

到达地面的太阳辐射

       太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。太阳辐射穿过大气层而到达地面时,由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射,不仅使辐射强度减弱,还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射;漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射,它由三部分组成:太阳周围的散射 (太阳表面周围的天空亮光),地平圈散射(地平圈周围的天空亮光 或暗光),及其他的天空散射辐射。另外,非水平面也接收来自地面的反射辐射。直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。如果聚光率很高, 就可获得高能量密度,但却损耗了漫射日射。如果聚光率较低,也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。漫射日射的变化范围很大,当天空晴朗无云时,漫射日射为总日射的10%。但当天空 乌云密布见不到太阳时,总日射则等于漫射日射。因此聚式收集 器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱,但当地面有冰雪覆盖时,垂直面上的反射日射可达总日射的40%。

     到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚,对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重,到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的 方向有关。参看下图,A为地球海平面上的一点,当太阳在天顶位置S时,太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。城阳位于S点时,其穿过大气层到达A点的路径则为0A。 O,A与 OA之比就称之为“大气质量”。它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比,通常以符号m表示,并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂直入射时,大气质量m=1。从下图可知:

 

式中,h为太阳的高度角。

 

大气质量示意图

    显然地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射强度都是不相同的。下表给出了热带、温带和比较寒冷地带的太阳平均辐射强度。

不同地区太阳平均辐射强度

地区
太阳平均辐射强度
kwh/(m2xd)
w/m2
热带、沙漠
5-6
210-250
温带
3-5
130-210
阳光较少地区(北欧)
2-3
80-130

    通常根据各地的地理和气象情况已将到达地面的太阳辐射强度制成各种可供工程使用的图表,它们不但对太阳能利用,而且对建筑物的采暖、空调设计也是至关重要的数据。

波长分布

    太阳能的波长分布可以用一个黑体辐射来模拟,黑体的温度为5800K。太阳能波长分布在紫外光、可见光和红外光波段。这些波段受大气衰减的影响程度各不相同。可见光辐射的大部分可到达地面,但是上层大气中的臭氧却吸收了大部分紫外光辐射。

    近年来,由于臭氧层变薄,特别是南极和北极地区,到达地面的紫外光辐射越来越多。入射的红外光辐射,有一部分被二氧化碳、水蒸气和其他气体吸收,而在夜间来自地球表面的较长波长的红外辐射大部分则传到了外空。这些温室气体在上层大气中的积累,可能会使大气吸收能力增加,从而导致全球气候变暖和天气变得多云。虽然臭氧减少对太阳能集热器的影响甚微,但温室效应可能会增大散射辐射,并可能严重影响太阳能集热器的作用。

现代人生活品质越来越高,环保意识也日益增强,对于家用品不但要求质量好,更要安全可靠以及环保,家用太阳能热水器因此应运而生。
  这种热水器是利用太阳能将水加热,经阳光加热的水,用保温水箱储备,不论早晚,只要打开水龙头,热水就源源而来。同时它的辅助电加热装置又保证了阴雨天照常供应热水,用户可以年复一年地享受太阳光免费供应的热水。与装在封闭室内的热水器相比,装在楼顶的太阳能热水器更显安全可靠,不用担心会发生失火或爆炸事故。在保证安全的同时,还节省了电费、燃料费,既经济又实用。有多个浴室的豪华住宅,如果使用家用太阳热水器,仅一台就能将热水送到各浴室,既卫生又省事。


   太阳能光伏发电是一种直接将太阳能辐射转换成为电能的新型发电技术,该技术在我国80年代中后期就已初具规模,自90年代以来进入快速发展时期,在诸如“西藏阳光计划”、“森林防火通信工程”等国家建设计划中大展拳脚。分散的户用光伏电源系统已开始以商品形式直接进入千家万户,光伏发电市场初步形成。太阳能光伏发电技术能量转换的关键器件是太阳能电池。成本高是太阳能电池发展的瓶颈,鼓励发展民用光伏系统,扩大生产规模以降低成本是光伏发电市场未来的发展方向,预计到2015年,我国将开始大规模发展并风式屋顶光伏系统。

太阳能汽车被称为“未来汽车”

  和传统的汽车不同,太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件,而是由电池板、储电器和电机组成,车的行驶只要控制流入电机的电流就可以解决,全车主要有3个技术环节,一是将太阳光转化为电能;二是将电能储存起来,三是将电能最大程度地发挥到动力上。

  太阳能汽车由于其零污染、能源用之不竭,代表了汽车发展的新水平,因此被人们称为“未来汽车”。但因其造价昂贵、动力受太阳照射时间限制及承载能力差等特点而无法普及。

    太阳能飞机线条优美,速度慢,容易损坏。它的名字叫“导航者二号”。8月9日,这架奇特的无人驾驶飞机创造了仅靠太阳能飞到24500米高空的纪录。该飞机与已知的飞机有许多不同。长长的机翼由坐在计算机屏幕前的工程师从地面进行操纵。飞机的制造材料极轻,机翼上所有的可用面积都铺满了重量轻、性能好的太阳能电池。    在最佳的阳光条件下,也就是说在赤道附近的中午时分,太阳能电池的功率可达12500瓦。太阳能电池显示出胜过汽油发动机的优点,即在空气稀薄的高空不会损失功率。在高空,太阳的辐射要恒定得多,因为飞机是在云层上面飞行。另一个优势:在高空碰到非常低的温度时,太阳能电池能够更好地发挥功效。 

美国国家航空航天局德赖登飞行研究中心研制的“太阳神”号太阳能飞机的资料照片。这架247英尺长的太阳能飞机将试图创造在3万米高空中持续平行飞行的纪录。据初步计划,这架飞机的功能性试飞将于7月5日在夏威夷进行。

太阳能空调与太阳能建筑
  随着经济发展,采暖、空调和生活用热的需求越来越大,是一般民用建筑物用能的主要部分。因此,建筑节能是国民经济的一个重大问题。
  利用太阳能供电、供热、供冷、照明,建成太阳能综合利用建筑物,是国际太阳能学术界的热门研究课题,是太阳能利用一个新的发展方向。美国、德国、日本、意大利等国家都已建成这种全部依靠太阳能的示范建筑物。
  太阳能建筑的发展大体可分为三个阶段:第 阶段为被动式大阳房,它是一种完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用进行集取、储存和分配太阳能的建筑。第二阶段为主动式太阳房,它是一种以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统的建筑。第三阶段是加上太阳电池应用,为建筑物提供采暖、空调、照明和用电,完全能满足这些要求的)称为“零能房屋”。
  我国太阳能建筑的研究和应用还停留在第一阶段。太阳能空调及供热系统的成功,为第二阶段的主动式太阳房创造了条件。随着太阳电池不断提高效率、降低成本,利用光伏技术解决建筑物用电问题是切实可行的。美国、欧洲不日本分别推出了“屋顶光伏计划”,美国计划至2010年安装1000-3000MW,日本的目标是7600MW,太阳电池与建筑结合是一个必然的趋势。

 
    太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.75×1026W)的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。 
太阳能采集太阳辐射的能流密度低,在利用太阳能时为了获得足够的能量,或者为了提高温度,必须采用一定的技术和装置(集热器),对太阳能进行采集。集热器按是否聚光,可以划分为聚光集热器和非聚光集热器两大类。 非聚光集热器(平板集热器,真空管集热器)能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射,集热温度较低;聚 光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上,可获得较高温度,但只能利用直射辐射,且需要跟踪太阳。 
   太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率位3。8×10^23kW的辐射值,其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面,其功率为8×10^13kW。 
   20世纪以来,随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,对能源的需求量不断增长。化石能源资源的有限性,以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注。从资源、 环境、 社会发展的需求看,开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。
在新能源和可再生能源家族中,太阳能成为最引人注目,开展研究工作最多,应用最广的成员。 一般认为太阳能是源自氦核的聚合反应。 太阳幅射能穿越大气层,因受到吸收、散射及反射的作用,故能够直接到达地表的太阳幅射能仅存三分之一,又其中70%是照射在海洋上,于是仅剩下约1.5×10^17千瓦.小时,数值约为美国1978年所消费能6000倍。未被吸收或散射而能够直达地表的太阳幅射能称为「直接」幅射能;而被散射的幅射能,则称为「漫射」(diffuse)幅射能,地表上各点的总太阳幅射能即为直接和漫射幅射能二者的总和。