太阳能和风能的特点

三、太阳能和风能的特点

太阳能和风能是大自然馈赠给我们的两种最重要的天然能源,也是取之不尽的可再生的清洁能源。太阳能是地球上一切能源的来源,没有太阳,世间万物都将不复存在,而风能则是太阳能在地球表面的另外一种表现形式。地球表面的不同形态(如沙土地面、植被地面和水面)对太阳光照的吸热系数不同,从而在地球表面形成温差,这种温差就可形成空气对流,即风能。

1.太阳能和风能的优点

太阳能和风能是目前应用得比较广泛的两种可再生的清洁能源。太阳能和风能与其他常规能源相比,在利用上具有以下优点。

1)取之不尽,用之不竭

太阳内部由于氢核的聚变热核反应,会释放出巨大的光和热,这就是太阳能的来源。在氢核聚变产能区中,氢核稳定燃烧的时间可在60亿年以上。也就是说,太阳能至少还可像现在这样有60亿年的利用时间,故人们常用“取之不尽,用之不竭”来形容它的长久性。尤其在常规能源越来越少的情况下,太阳能的这一特点对人们具有极大的吸引力。太阳辐射出的能量,地球上仅获得二十万分之一,其余部分都散失到太空中了。即使这样,其能量也是很可观的。地球表面一年仍可获得7.034×1024J的能量,它相当于燃烧200万亿吨煤炭所释放出的巨大热量。

2)就地可取,不需运输

矿物能源煤炭和石油的分布不均匀和工业布局的不均衡,造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些能源开采后必须通过长途运送到目的地,这给交通运输带来了压力。即使能够靠电网供电,但在一些高山、孤岛、草原和高原等电网不易到达的地方,充分利用清洁能源会带来方便。

3)分布广泛,分散使用

虽然太阳能和风能的分布也有一定的局限性,但与矿物能、水能和地热能等相比较,仍可视其为分布较广的一种能源。如世界石油资源在地球上的分布极不均匀,世界探明的石油储量,仅在中东地区就占世界总储量的57%,而有些消耗石油较多的国家拥有的石油储量和产量却相对较少,有的甚至不生产石油。煤炭资源的分布也极为不均匀。世界煤炭资源绝大部分埋藏在北纬30°以上的地区,俄罗斯、美国和中国所拥有的煤炭资源约占世界煤炭储量的90%。

4)不污染环境,不破坏生态

人类利用矿物燃料的过程中,必然会排放出大量的有害物质,使人类赖以生存的环境受到破坏和污染。大气污染的主要原因是矿物燃料的大量使用。特别是将煤炭作为燃料,每年要排出几亿吨煤渣,排放大量的煤尘或有害气体到大气中去,仅以SO2而论,全世界每年的排放量就有几千万吨。大气中的另一个有害物质是CO2,它也是矿物燃料在燃烧过程中排放出来的。此外,新型能源中的水能、电能、核能、地热能等在开发利用过程中,也都存在一些不能忽视的环境问题。但太阳能和风能在利用过程中则不会给大气带来污染,也不会破坏生态环境。(https://www.daowen.com)

5)周而复始,可以再生

在自然界可以不断生成并有规律地得到补充的能源,称为可再生能源,太阳能和风能就属于这种能源。煤炭、石油和天然气等是经过几十亿年形成的,短期是无法生成的。当今世界消耗石油、天然气和煤炭的速度比大自然生成它们的速度要快一百万倍,也就是说,几十亿年生成的矿物能源在几个世纪就会被消耗掉。

2.太阳能和风能的缺点

太阳能和风能尽管在利用上具有以上优点,但也存在以下缺点。

1)能量密度低

空气的密度在标准状况下为1.29 kg/m3,仅为水密度的1/773,所以在风速为3 m/s时,其能量密度为0.02 kW/m2,水流速为3 m/s时,能量密度为20 kW/m2。在相同的流速下,要获得与水能同样大的功率,风轮的直径应为水轮的27.8倍。太阳能的能量密度,在晴天白天平均为1 kW/m2,在夜间平均为0.16 kW/m2,也很低,故必须安装具有相当大的受光面积的太阳能板,才能采集到足够的功率。所以不论是太阳能还是风能,都是一种能量密度极其小的能源,也就是说单位面积上所获得的能量小,而且还不能像水那样可以用水库来控制、积蓄起来,所以其利用具有一定困难。

2)能量不稳定

太阳能、风能对天气和气候非常敏感,所以它们是一种随机能源。虽然各地区的太阳辐射和风的特性在一段较长时间内大致上有一定的统计规律可循,但是其强度无时无刻不在变化,不但各年间有变化,甚至在很短时间内也有无规律的脉动变化。太阳能还有昼夜规律的变化。这种时大时小的不稳定性为其使用带来了很大的困难。

由于存在以上困难,所以要想把这两种能源转变为经济而又可靠的电能,存在着很多技术难题,这也是几个世纪以来太阳能和风能一直发展缓慢的原因。但是,随着现代科学技术的发展,太阳能和风能的利用在技术上有了突破,很多相关产品已经进入商业性应用领域。