科普-中华学生百科全书-第190部分

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这是一种流动的再生能源，可以不断地供应，反复使用。尽管人类制造水车
来带动机械碾谷、磨面至少有　2000　年的历史了，但是，水能的大规模开发和
利用只不过是近　100　多年来的事。1882　年，世界上出现了第一台水轮发电机
以后，随着远距离输电技术的不断提高，水力发电便迅速发展起来，水能成
为仅次于石油、天然气和煤炭的主要能源。
　　　　构成水力资源的最基本的条件是水流和落差。就自然条件来说，这主要
取决于降水量和地形。只要有较好的精确的地形图和有关河流的流量等资
料，就可以相当准确地估算出水能资源的理论蕴藏量。但由于受到技术和经
济上的种种条件限制，这样算出的理论蕴藏量大部分无法利用。
　　　　地球上的水能资源蕴藏量相当丰富。理论上估计，年发电量为　44　亿亿
度，相当于装机容量　51　亿千瓦，足够目前人类　1　年所需全部能量的　70％～
80％。但技术上和经济上可开发的水能资源，每年可发电仅　10　万亿度，也可
以满足当前世界能源总需要量的　1／7。可惜，实际上，人类现在所消费的能
源只有　2％左右来自水电。可喜的是，人们已经充分认识到了水电的优越性
及其重要意义，正在加紧开发这种能源。例如，1991　年　5　月　6　日，世界上最
大的一座水电站在南美州正式运行。它耗资　183　亿美元，建在巴西和巴拉圭
交界处的巴拉那河上。坝长　7．7　千米，高　196　米，共有　18　台发电机组，功率
为　1260　万千瓦，占巴西总发电量的　38％，给这两个国家带来了很大的经济
效益。
　　　　我国地域辽阔，水力资源得天独厚，许多地区雨量充沛，河流众多，而
且山区多，地形高差大，水能资源相当丰富，理论蕴藏量为　6．8　亿千瓦，年
发电量为　5．9　万亿度；可开发的水能资源为　3．8　亿千瓦，年发电量为　1．9　万
亿度，其中，近期可开发的为　1．03　亿千瓦，年发电量　4300　亿度，居世界首
位。

　　　　　至　1983　年，我国已建成了大型水电站　100　多座，还有　9　万多座小型水电
站遍及　1500　多个县。这时的水力发电装机容量已占总装机容量的　27．6％，
发电量占全国总发电量的　16．8％。然而，这些发电量还只占可能开发水力资
源的　2．5％。到　1986　年，我国水电装机容量达到　2754　万千瓦，已跃居世界
第　6　位，年发电量为　945　亿度，可占到可开发水能资源的　5％。由此可见，
我国开发水能资源的潜力依然很大。所以，自　80　年代以来，我国继续大力发
展水力发电。在黄河上游，除了继续巩固和提高装机容量已达　120　万千瓦的
刘家峡水电站外，又在龙羊峡建立了装机容量为　150　万千瓦的大型水电站。
在长江三峡的出口还兴建了我国最大的水电站—葛洲坝水电站，装机容量为
271．5　万千瓦。它是长江三峡水利枢纽工程的重要组成部分。长江三峡是世
界著名的大峡谷，可开发的水资源占全国　53％，是天下无双的水力资源“富
矿”。在这里筑坝拦洪，兼收防洪、发电、航运之利，以综合治理开发长江，
这是中国几代志士仁人的梦想。1992　年　4　月　3　日，全国七届人民代表大会通
过了经过近一个世纪的风雨历程的三峡工程，从此三峡工程开始走出梦境。
三峡工程的坝址是在三斗坪，大坝全长　1983　米，共装　26　台机组，总装机容
量为　1768　万千瓦，年发电量　840　亿千瓦时，为目前全国发电量的　1／8，相当
于　3　个年产　1500　万吨的矿区，相当于　14　座　120　万千瓦的火电站，输电范围
1000　千米。该工程计划　15　年，每年有　4　台机组投产，相当于每年有一座葛
洲坝电站装机总容量投产。三峡工程是一项十分复杂的工程，在以后整个勘
测设计和施工时间内会遇到许多困难，要付出很大的代价，但三峡工程建成
后，长江可长治久安，可造福于子孙后代。
　　　　　水力发电还有一些最受欢迎的优点。例如，它是一种最干净、最安全的
能源，它没有火力发电站那样的环境污染，也不存在核电站那样的潜在污染
和危险，又不会产生任何难以处理的有害废料。同时，它还是最廉价的能源，
水电的生产成本只有火电的　1／3，而且其资金积累也比火电快　1　倍。因此，
世界上许多发达的工业国都很注意尽早地开发水能资源，它们的实际开发量
已达到可开发量的　40％～95％。特别是　1973　年西方发生能源危机以来，水
电的身价更是倍增。所以，水能已成为目前世界上唯一实际大规模应用的可
再生能源。
　　　　　但是，任何事物都不是十全十美的，水力发电也还有一些缺点值得考虑
和克服。譬如，一般来说，水电站的投资较大，建设周期较长；筑坝蓄水—
—建水库，会淹没大片地区，还会限制鱼群的回游，改变河流中淤泥的流动
方式，使水库本身淤塞等等。我们相信，这些问题，随着科学技术的发展和
社会的进步，将来一定能得到妥善的解决，水力发电技术会跃向更高的水平。

　　　　　　　　　　　捕捉新能源

　　　　　　　最干净的能源——氢

　　　　虽然现在有了那么多种燃料，但是真正在燃烧时完全没有污染的燃料只
有一种，那就是氢。正如我们在前面讲过的，煤炭石油等燃料都不是单质，
它们燃烧时总会产生许多污染物，这些污染物无论用多么先进的技术处理，
也不可能完全消除得干干净净。然而，氢的燃烧生成物只是水，没有其他物
质生成，对环境没有任何污染。而且氢的热值高，每克液氢燃烧可产生　120
千焦耳的热量，是　1　克汽油燃烧放出的热量的　2．8　倍，其使用安全性也和汽
油差不多。氢的储运性能好，使用也方便。其他各类能源都可以转化成以氢
的方式进行储存、运输或直接燃烧使用。氢可以说是未来最理想的燃料。
　　　　氢是这样发现的。18　世纪，瑞典一位名叫卡尔·舍勒的年轻药剂师，对
化学很有兴趣，一天到晚孜孜不倦地实验。有一次，他把铁屑放进瓶子里，
再倒进稀硫酸，结果瓶里冒出了气泡。他赶紧把插有玻璃导管的木塞往瓶口
一塞，让气泡沿着管子往外走。然后，他为了看个仔细，把一支点燃的蜡烛
靠近管口，不料，逃出的气泡居然着了火，舔出细长的浅蓝色火舌。
　　　　最初，他只知道这种气体可以燃烧，并不知道它是什么，因此，他把这
种气体叫做可燃空气。后来，人们发现可燃空气是所有气体中最轻的一种。
我国最初把它叫做轻气，后来，统一命名后才叫它为氢气。
　　　　当欧洲发现氧气以后，英国科学家亨利·卡文迪许又做了一个实验。他
把氧气与氢气放在容器里混合，然后，一通电，电光一闪，两种气体在容器
里爆炸开了，水珠儿接着一滴滴落了下来。一个重大发现产生了：通过放电
可以使氢气和氧气结合成水，水是由氢、氧组成的。
　　　　氢的特点是重量轻、可以燃烧，而且能量大得吓人。1977　年　11　月　19　日，
印度安得拉邦马德里斯海港外狂风怒吼，巨浪翻天，海面突然燃起大火，光
耀几十千米，唬得人们瞠目结舌。后来才知道，那是由于强烈的飓风掠过海
面，摩擦海水，引起高热，使海水分解出氢和氧，同时，飓风中的电荷使氢
发生爆炸、燃烧，才引起一片火海。因此，氢是代替石油和煤炭的一种新能
源，是十分理想的新燃料。
　　　　氢作为能源，有其他能源无法比拟的优越性。氢燃烧产生的热量大约是
等量的汽油或天然气燃烧产生的热量的　3　倍。氢燃烧后的产物是水，不污染
环境，而且，还能循环使用。为此，氢被人们誉为天字第一号的干净燃料。
近几年来，液态氢已被广泛地用作人造卫星和宇宙飞船的能源。科学家们预
言，氢将是　21　世纪乃至更远时代的燃料。
　　　　1990　年　5　月份，在德国汉诺威工业展览会上，展出了一辆氢气轿车。这
种轿车的油箱里容纳的氢气不太多，只能近距离行驶，长途行驶必须不断充
氢气。专家们估计，这种轿车到　21　世纪，就可以正式启用，进入国际市场。
　　　　氢活泼可爱，惹人们喜欢，但要制取氢，并不是容易的事情。
　　　　科学家已经证明，水是由氢和氧组成。如果能从水中制取氢，氢将是一
种价格便宜的能源。
　　　　如何用水制造氢呢？最简单的办法是电解水，利用电能分解水，取得氢。
用这种方法制氢，可以得到纯度　99．99％的氢。电解水制氢的缺点是耗电量
很高，生产　1000　克的氢，需要用　60　度左右的电，所以，并不合算，不能大

量使用。
　　　　也可利用太阳光直接加热分解水制取氢。这种方法是让水先“吃”些催
化剂，水吃了催化剂，就听话多了，只要有阳光就能使水分解产生氢。从　1978
年以来，人们使用的催化剂已多到几百种。尽管如此，这种制氢方法还处在
试验阶段，需要进一步改进和完善。
　　　　太阳能电池有一种特性，一接触到太阳光，就会产生电。因此，人们利
用太阳能电池直接分解水产生氢气，制氢率达到　12％。这是一种很有前途的
制氢方法。
　　　　300　多年前，有人把一根柳条插入一只装满泥土的木桶里。他除了浇水，
什么肥料也不加。5　年以后，柳条长大成树。人们奇怪，柳树靠什么长大？
现在知道了，柳树和所有绿色植物的叶片中，有许多专门制造养料的叶绿体。
叶绿体靠内部的叶绿素和各种催化剂，在阳光照射下，吸收空气中的二氧化
碳和土壤中的水分，制造满足自己生长的养料，同时还放出氧气，这是叶片
的光合作用。
　　　　1942　年，科学家观察一些藻类的生长，发现减少二氧化碳的供应，绿藻
在光合作用下停止放氧，转而生氢。现在已经找到　16　种绿藻有生氢的能力。
这样，一种最有发展前途的制氢方法——生化制氢产生了。科学家已制成了
用叶绿体制氢的装置，用　1　克叶绿素在　1　小时内可生产　1　升的氢气。
　　　　贮藏氢，通常用钢筒。但是，氢的脾气暴躁，稍不小心，在氢中混入空
气，溅入火花，它会像一颗炸弹那样发生爆炸，所以，钢筒贮氢既装不多，
又不太安全。运输氢气，现在常用管道运送，费用省、运得远。不用氢气时，
关闭出口，氢气停止前进，原地贮藏。
　　　　科学家发现有些金属，如钛、镁等，能像海绵吸水一样将氢吸入储存起
来，这种金属被称为储氢金属。用储氢金属储氢，不仅安全，而且还能根据
需要随时将氢释放出来，大大方便了氢的储存和运送。
　　　　氢的燃烧和使用有多种方法。直接燃烧是不理想的，因为直接燃烧会促
使空气中的氮和氧化合成氮氧化物污染环境，而且容易发生回火现象，引起
事故。现已设计制成了催化燃烧炉，用金属氧化物使氢得到催化燃烧，这样
安全、没有污染、热效率高（比直接燃氢，利用率提高　20％），这样的催化
燃烧炉可用作炊具和室内取暖。
　　　　以氢为燃料的动力装置如喷气发动机、涡轮发动机、燃气轮机等，目前
仍处于研究试验阶段。它们运行起来噪音小、无污染、热效率高。

　　　　　　　　　　　　　　　　　原子能

　　　　1942　年　12　月　2　日，下午　3　点　25　分，在美国芝加哥大学斯特哥菲尔德体
育场西看台下面的网球场里，由著名物理学家费米博士领导的科研小组，破
天荒地实现了受控的原子核链式裂变反应。从此，地球人类进入了核能新时
代。链式反应研究项目的提出者和协调人康普顿终于沉默不下去了，跑到电
话机旁，小心翼翼地打了一个电话到华盛顿。
　　　　当时正是第二次世界大战期间，反法西斯战争已进入艰苦卓绝的阶段。
以研制核弹（当时称原子弹）为直接目标的曼哈顿工程，就是爱因斯坦等著
名科学家为了防止纳粹德国首先掌握核武器，而向美国总统罗斯福建议后，
经政府批准实施的。

　　　　原子弹就是原子能的一种应用。原子能具有无与伦比的巨大能量，是一
种高效能源。
　　　　原子弹的爆炸成功，标志着人们彻底打开了原子能这座壁垒森严的能源
宝库大门，从此，原子能便在能源舞台上充分施展出它的才华。
　　　　实际上，原子能的开发，应该是自　1896　年居里夫妇从沥青中提炼出放射
性元素镭之后，就开始踏上征途的。
　　　　由费米博士领导建立起来的这世界上第一座原子反应装置，是用大量的
装着铀的空心石墨块“堆”起来的，因此人们便把它定名为“原子反应堆”，