科普-中华学生百科全书-第191部分
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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”，
后来多称“核反应堆”。这个建在芝加哥大学斯特哥菲尔德体育场看台下的
反应堆取得成功，证明了制造原子弹与和平利用原子能已不再是幻想，而是
指日可待了。所以，人们通常把 1942 年 12 月 2 日作为人类步入了原子能时
代的起始点。从此，原子核裂变能的利用以惊人的速度发展起来。
两年半以后，即 1945 年 7 月，原子弹研制成功。
1954 年，前苏联建成世界上第一座原子能发电站，发电能力为 5000 千
瓦。同年，美国建造的第一艘核潜艇“舡鱼”号下水。
1956 年，世界上第二座原子能发电站在英国运行，发电量为 9．2 万千瓦。
1958 年，美国建成的第一座真正工业规模的核电站，在宾夕法尼亚的西
平波特开始运行。
秦山核电站是我国第一座自行设计和建造的核电站，它坐落在濒临杭州
湾的秦山，距上海 130 千米，厂区一面临海，三面环山，并以人工围了 8 米
高、1700 米长的保护坝。广东深圳大亚湾核电站是我国又一座核电站，安装
两台 90 万千瓦的核电机组，1993 年 8 月，一台机组并网发电，预计全部建
成后，年发电量可达 100 亿度。在 2000 年以前，我国还准备在东北、华东等
地区建造几座中型核电站。
在能源家族中，继化石燃料——煤、石油、天然气之后，核燃料是人类
利用的最重要的能源，也是最有开发前途的能源。原子核能的广泛利用，必
将大大增强人类支配自然界的能力。
太阳能
人们认真地考虑利用太阳能的问题，严格说只是最近二三十年的事。一
般认为，人类进一步（或者说，真正大规模地）利用太阳能，是以法国比利
牛斯山巅的巨大的太阳炉为象征的。1973 年，法国国家科研中心在南部比利
牛斯山上的奥德约山村，修建了世界上第一个最大的太阳炉。即使到今天，
它依然是世界上最大的太阳炉。它的由 9000 块反射镜组成的、总面积达 2500
平方米、有 9 层楼那么高的聚光器，把安装在对面山上的 63 块巨型平面镜反
射过来阳光，聚集到前面高塔上的炉子里，能够产生 3000℃的高温，可以在
30 秒钟内把钢轨烧个洞。除了用它进行高温科学研究外，这座太阳炉每天还
能生产两三吨氧化锆和氧化钍等耐火材料。从此以后，世界上许多国家都把
研究太阳能的开发和利用作为重要的能源战略和政策。例如，1978 年美国总
统卡特宣布，每年的 5 月 3 日为“太阳日”。这一天，美国的 450 个城市，
乃至世界上 30 个国家一百几十个地区，成千上万的人聚集在庭院里、广场上
和公园里，举办新奇的太阳日活动。美国的总统、比利时的国王、英国的议
员、著名的科学家、演员、老人和儿童都一起来“参拜太阳”。画有太阳日
徽记的气球和风筝冉冉升空，随风起舞。人们坐在草地上，用太阳能煮咖啡、
烤饼干。演员和孩子们表演着有关太阳能的节目。此外，美国国会还在太阳
能研究所建立了太阳能情报资料中心；又成立了一家资金为 4 亿 5 千万美元
的太阳能开发银行，专门资助各种机构开发太阳能。
日本政府 1974 年制订了名为“阳光计划”的太阳能应用开发计划。其中，
把太阳能发电、太阳光发电、太阳能取暖与致冷系统、太阳能热水系统、民
用和工业用太阳能系统等作为开发重点。该计划的执行，使日本跃入世界上
开发利用太阳能的先进国家。目前，日本的太阳热发电站和太阳能电池等都
已达到世界一流水平，特别是在研制单晶硅体材料的太阳光电池方面，居世
界领先地位，并在 1989 年研制出了当时世界上转换效率最高的单晶硅太阳光
电池。这种电池的转换效高达 18．1％，而一般的在 15％左右。1988 年初，
日本的一位研究人员还提出了一个联合利用太阳能发电和超导输电技术的庞
大计划。他设想，在全球布置好一些太阳能发电站，采用超导电缆把日本、
美国、前苏联、西欧和中国等连接起来，再利用地球自转产生的时差，来满
足全球对电力的大量需求。
除美国和日本等国家外，法国、澳大利亚、德国、荷兰、瑞典和希腊等
国对开发利用太阳能也都比较积极，并取得了很好的成绩。国际标准化组织
已在澳大利亚的悉尼市成立了一个着手制订太阳能工业国际标准的组织——
太阳能技术委员会。澳大利亚科学院正在积极推行一项研究计划，以保证到
2000 年全国所需能源的 1／4 来自太阳能。瑞典也发表了雄心勃勃的“太阳瑞
典”计划。
我国太阳能资源十分丰富，占世界第二位。太阳能年辐射总量超过 140
千卡／平方米（全年日照 2000 小时以上）的地区约占全国面积的 2／3。特别
是华北、西北和青藏高原，干旱少雨，全年日照超过 2500 小时；西藏的日喀
则和拉萨更是得“日”独厚，号称“日光城”。总之，我国利用太阳能的潜
力很大，开发研究与实际应用近期业已起步，有许多工作等待我们，特别是
少年儿童——新世纪的主人们去做。
利用太阳能有两种途径：光利用和热利用。
太阳辐射的光子能引起物质的物理和化学变化，光利用有三种主要形
式：（1）光合技术。即生物转换，植物通过光合作用产生出有机物质，这些
有机质作为燃料时，可以直接燃烧，也可以加工成沼气或乙醇等，我们将在
下一部分“柴草木禾的重新开发——生物质能”中详述；（2）光化学技术，
即把化合物分解，如把水分解成氢和氧，然后把氢作为燃料，这种方法目前
的效率还很低；（3）光电技术，即用太阳能电池直接把太阳能转换成直流电
能。光电技术为没有电网的边远地区提供电力开辟了道路。光电技术发展很
快，硅太阳电池板的转换效率从 5％提高到将近 20％，太阳能电池从单晶硅
发展到多晶硅和非晶硅，后两种虽然转换效率稍低，但成本大大下降，每峰
瓦（在太阳能密度 1000W／平方米的情况下）的成本从 50 美元降到 5 美元以
下。
太阳能的热利用也可以分为三种。（1）高温系统。用旋转抛物面反射镜
组成盘状集热器，持续追踪太阳光，将热量集中起来，驱动热机发电。单机
发电功率可达 25 千瓦。现已制成 3—5 万千瓦的太阳能汽轮发电机系统。（2）
中温系统。用柱状抛物面反射镜把阳光集中在管状吸收器上，用来生产工业
用蒸汽。（3）低温系统。在 100 度以下温度运行，主要用于建筑物采暖和制
冷以及供应热水。
太阳热水器
我国已有二三十年生产和应用太阳能热水器的历史。全国太阳能热水器
的总使用面积已达二三百万平方米，其中绝大多数为居民生活用热水器。它
们在节约常规能源，减少环境污染，改善人民环境卫生方面做出了贡献。
太阳能热水器的关键技术在于集热（集热器）和保温（贮热水箱）。供
家庭使用的整体式热水器把集热器和贮热水箱合二为一，结构简单，容易安
装，价格也较低。循环式系统的集热器和保温贮热水箱互相分开，可以用泵
送或自然循环的方式运行。这样的集热器大多数采用平板型集热器供应热
水，温度在40—70 度的范围内。中国已经建立了平板型集热器热性能试验方
法和产品技术条件的国家标准。近来，又与外国合作研制了新型的真空管式
集热器，接近了世界先进水平。
太阳能干燥器
中国广大农村农产品的干燥都是靠露天晒，易受污染和气候影响。如麦
收时节常有阵雨，使得小麦损失不少。80 年代以来，中国农村新能源开发的
一项重要内容就是利用太阳能干燥器来干燥农副产品、食品、木材、中药材
以及工业原料等等。这比用火烤安全并节约燃料，降低产品成本；比起露天
晾晒卫生，减少了污染，提高产品质量；还可以提高生产效率。各地的太阳
能干燥器种类不同，大致可归结为以下 5 种形式：温室型、集热器型、混合
型、聚光型和整体式太阳能干燥器。
被动式太阳房
被动式太阳房是一种综合利用太阳能和保温隔热技术的新型节能建筑。
被动式太阳房的推广对于节约常规能源、保护环境有重要的意义。被动式太
阳房主要建在中国北方冬季需要采暖的地区，房屋种类不限，有学校、办公
楼、商店、宾馆、饭店、医院、邮局和城乡住宅等，一般可以节能 60％—80
％，投资比普通房屋增加 12％—40％，投资收回年限在 2．5—10 年间。到 90
年代初，我国约有 30 万平方米建筑面积的被动式太阳房，节约了大量采暖用
的常规能源。
光伏技术
光伏技术是利用光生伏打效应的技术。光照在半导体 PN 结上，产生电子
——空穴对，在 P 区和 N 区间产生电动势，在外部接上负载就可输出电能。
太阳电池就是通过光伏效应把太阳辐射能转换成电能的器件。制造太阳电池
可用硅或化合物半导体等。应用最广泛的是硅太阳电池。分为单晶硅太阳电
池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。其中单晶硅太阳电池充电转换效率
最高，性能长期稳定，但成本高，非晶硅太阳电池价格便宜，能大面积使用，
但需解决长期运行性能衰减的问题。
太阳能光化学转换
太阳光照射在半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液中产生电
流，并使水电解直接产生氢，这就是光电化学电池中的太阳能光化学转换。
太阳能应用的远景
国际太阳能会议发表了一个题为“伟大的太阳能挑战”的报告。里面讲
到，21 世纪应是太阳能世纪，只要把地球接收到的太阳能的 0．01％加以利
用，就可以满足全世界对能源的需求。一些专家估计，到 21 世纪中期全世界
消耗的电力的 20％—30％将由太阳能电池供给。
科学家设想，太阳能电池可以做得很大，建在无人居住的沙漠或荒野上，
也可以把太阳能电池板漂浮在海上。这虽然能大面积接收太阳光照，但仍受
夜晚、季节和气候的限制。那么，能不能摆脱这些限制呢？有可能！让我们
把太阳能电池板像人造卫星一样发射到大气层外面去！巨大的太阳能电池板
怎么发射到那么高的同步轨道上去？可以先用航天飞机或大型运载火箭把预
制部件送到低轨道上进行装配，再用离子推进装置把装配好的电站送到同步
轨道。把太阳能电池发出的电送回地面也不容易，科学家想出的办法是把发
出的电转换成微波束，发射到地面的接收装置，再转换成电能，通过电网送
给用户。也可以在卫星轨道上装配一个巨大的反射镜，把太阳光直接反射到
地面上的接收站，那么，这个地区将永远是白天。不知人们住在这样的地方
能否习惯？
另一设想是建立太阳能——氢能系统。接收的太阳能一部分转换成电，
更大部分用来制氢。产生的氢能，一部分用于当地夜间或电力高峰负荷时的
需要，剩下的氢用管道输送到能源消费中心，然后将氢供民用、工业用或发
电用。太阳能制氢的方法有多种，如用太阳能电池发电，再用电来分解水制
氢；可聚焦太阳光，产生高温将水直接分解成氢或氧；用半导体悬浮体系的
光催化，让太阳光直接分解水，即光催化反应；或应用生物工程方法，通过
能利用太阳能藻类或其他植物、微生物进行生物制氢。
这样，我们在将来就有一种可能：不要发电厂和大电网，每家自己发电
供自己用！白天，全家人上班、上学，房顶上的太阳能收集器接收了太阳能，
自动制氢，再把制好的氢存储起来供人们晚上回来用。一般来说，整个白天
接收的太阳能应够一个晚上用的了。如不够，还有像煤气罐一样的储氢罐（用
储氢合金来储氢）和像煤气管道一样的输氢管道。汽车也可以用储氢罐取代
油箱，储氢罐可像充电电池那样，一旦氢用尽，可自己接通输氢管来充氢。
风能
人类利用风能有着悠久的历史。中国、埃及、荷兰、西班牙等国都在很
早就有了风车、风磨等利用风能的设备。唐·吉诃德大战风车的故事就很形
象地描写了当时的风车之多�
