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第五章 能源的新出路（第4页）

由于地壳的运动，泥炭层下沉了。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时，泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力，另一方面，也是更重要的方面，泥炭层又受到地热的作用。在这样的条件下，泥炭层开始进一步发生变化：先是脱水，被压紧，从而比重加大，而且石炭的含量逐渐增加，氧的含量逐渐减少，腐殖酸的含量逐渐降低。完成这几个过程以后，泥炭就变成了褐煤。

褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。

就煤炭储量而论，以俄罗斯最为丰富，约占世界总储量的43。5%。煤层最厚的是加拿大西部不列颠哥伦比亚省加合特河煤田，地质储量为100亿吨，已探明的储量达14。6亿吨，煤层总厚度达300米。

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，不仅储量大，分布广，而且种类齐全，煤质优良，为我国工业现代化提供了极为有利的条件。我国煤炭资源的地质储量约为1。4万亿吨，已探明储量为6426亿吨，其中可开采储量为2303亿吨。煤田主要分布于华北的山西和内蒙古等省、区，其中仅山西省储量就达400亿吨，东北抚顺的煤田地层厚达120米。近几年，地质学家又在南极大陆发现了世界上最大的煤矿，估计蕴藏量要比其他地方煤储量总和还要多几倍。

12．无任何污染的太阳能

太阳能一般是指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期，就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有光化学反应，被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。

使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能，使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电，利用太阳能进行海水淡化。现在，太阳能的利用还不很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。

太阳能本身既有优点，也有不足之处。优点如下：

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。

（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）安全：核能发电会有核泄漏的危险，一旦核泄漏了便会造成极大的生态危机，而太阳能绝对没有这种情况，是十分可靠的。

（4）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

（5）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

缺点：

（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

（3）效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

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。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

13．核电的诞生

世界上一切物质都是由原子构成的，原子又是由原子核和它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量，分别称为核聚变能和核裂变能，简称核能。

火力发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电，而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站

在发达国家，核电已有几十年的发展历史，核电已成为一种成熟的能源。早在二战结束前后，科学家就已考虑和平利用核能的课题。1951年，美国科学家首次在爱达荷国家反应堆试验中心，生产出100千瓦核电，迈出了和平利用核能的第一步。1954年6月27日，莫斯科广播电台的一则新闻震惊了世界：“在科学家和工程师的共同努力下，苏联建成了世界上第一座5000千瓦核电站，已开始向农业项目供电。”这个名为“第一核电站”的项目，当时属于最高机密，连建设工地上的工人都不知道自己在建什么。这座位于莫斯科近郊奥布宁斯克的核电站，从方案设计到竣工运行仅耗时3年，创下了核电站建设的速度之最。按设计，该核电站的安全运行寿命为30年。据此，苏联于1984年决定将其关闭。后因种种原因，核电站的关闭计划一推再推，直到2002年4月30日俄罗斯原子能部宣布将其正式关闭。核电站从投产到退役，安全运行了近半个世纪，堪称世界核电站的安全典范。核电站规模虽小，但它被公认是人类和平利用核能的一个里程碑。

与此同时，世界各科技强国和平利用核能的科研工作，也在突飞猛进。1956年，美国、英国先后建成核电站；进入20世纪60年代，核电国家的名单上又增加了法国、德国、加拿大、日本等。从1954年到1965年，全球有38个核电站投入运行。经过多年安全运行，核电技术日趋成熟，尤其是上世纪七十年代的“石油危机”，更成为推动核电发展的强大动力，核电的经济性受到空前推崇。如果说，此前核电技术还处于开发和试运行阶段的话，七十年代则成为核电迅速发展的时期。到1980年，全球新增核电站242个。从1970年到1982年，美国的核电产量增长12。8倍，核电占电力产量的比例从1。3%增加到16%；法国的核电产量增长了20。4倍，核电比例超过其电力生产的40%；日本的核电产量增长了21。8倍，核电比例达到20%。期间，巴西、阿根廷、印度等发展中国家也步入核电国家的行列。

然而，正当世界核电工业踌躇满志，准备大干一场的时候，遭到了美国三哩岛核电站事故的当头一棒。1979年3月28日，美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站的2号反应堆出现故障，反应堆容器失水，高温导致100吨铀燃料棒中的45%受到损坏。抢修人员向反应堆容器大量注水，用了6天时间才将反应堆降低到正常水平，最终避免了反应堆爆炸。尽管发生了燃料棒高温熔解，但由于受到辐射的冷却水及其它放射性物质都被控制在核电站的安全壳内，所以这次事故并没有造成严重的核泄漏。没有一人因为这起事故死亡，在事故现场只有3人受到半年容许剂量的辐射，而在核电站80公里半径内的民众，平均每人也只受到一年天然辐射剂量的1%。三里岛核电站事故对周边环境的影响也很小。这是核电站历史上第一次发生燃料棒熔化事故。虽说事故并没有因核泄漏直接导致人员死亡，但却引起了人们对核电站安全的警觉。美国政府撤回了67座核电站的订单，发展核电的计划至少搁置了30年。

三哩岛核事故的阴影还没摆脱，又一场史无前例的核电站灾难袭来。那是1986年4月26日凌晨1点23分，原苏联境内的切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸，使大量高辐射物质进入大气层，造成大面积辐射污染。当时，有33。6万居民从核电站周围撤离，辐射物质随风飘到数千公里之遥的欧洲大部分地区和北美东部地区。乌克兰、俄罗斯和白俄罗斯都受到严重污染。据2005年的切尔诺贝利事故报告，有47名救灾人员和9名儿童直接死于辐射；有60万人受到辐射污染；造成经济损失2000亿美元。

2011年，日本发生8。8级强震引发福岛第一核电站发生氢气爆炸。福岛第一核电站位于东京东北部170英里（约合270公里），是世界上规模最大的核电站之一，共建有6座核反应堆，负责为东京和日本电网供电。由于1号反应堆所在建筑内的发电机无法启动，反应堆芯温度不断升高，安全壳建筑内的氢气不断积聚，达到危险水平。发电机产生的火花可能导致氢气爆炸，安全壳的屋顶被掀翻。第二天，3号反应堆所在建筑内的氢气发生强度更大的爆炸。后来，2号反应堆所在建筑也发生爆炸。由于贮水池内的水蒸发殆尽，4号反应堆所在建筑内存储的燃料可能起火燃烧。

福岛第一核电站事故仍处在“进行时”，INES等级被定为4级，但法国核安全机构认为实际严重程度超过4级。核安全机构主席安得烈-克劳德·拉科斯特在14日举行的记者招待会上指出：“4级已经非常严重，但我们认为这场核事故的严重程度至少达到5级，甚至是6级。”

核能专家指出，从三哩岛、切尔诺贝利到福岛核电站事故，都是因为在需要冷却的时候不能冷却，导致燃料棒熔化造成核辐射。这是因为目前在全球运行的核电站技术都属于“第二代”。虽都有辅助冷却系统，但启动这些系统需要动力。福岛核电站的问题就出在没有动力来启动辅助冷却系统。

现在的“第三代”技术则解决了这个问题。如AP1000技术将很多大水箱放在厂房顶上，水箱表面是一层胶制的膜，一旦出现燃料棒熔化，温度升高，膜就会熔化，水会把厂房整个淹没，不需要任何动力。专家认为，如果福岛核电站使用的是“第三代”技术，情况会好许多，至少不会波及周围。在设计上，第三代反应堆加了自动卸压阀门，安全壳也比较结实。有人计算过，第二代核电站出现燃料棒熔化的可能性是万分之一。对第三代核电站的设计要求是，燃料棒熔化的概率不得超过十万分之一。科学家已开始研究下一代核技术，要利用核发电过程中产生的废热发电、供热、生产氢气、进行海水淡化处理等，让核电更好地造福人类。