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潮汐能與生物質能:孿生能源還是陌路之緣?

2024-11-07科學

一、潮汐能與生物質能的初識

潮汐能是海水受月球和太陽對地球產生的引潮力作用而周期性漲落所儲存的勢能,是一種可再生能源。早在 900 多年前,中國泉州就利用潮汐能搬運石塊架橋。而生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量,主要來源於植物、動物和微生物等有機物質轉化而來。如農作物稭稈、木材廢料、城市生活垃圾等透過燃燒、發酵或化學轉化等方式可轉化為熱能、電能或生物燃料。兩者在概念和來源上有著明顯的不同。

二、潮汐能的特性與利用

(一)潮汐能的產生原理

潮汐能主要是由月球和太陽的重力作用,以及地球自轉效應所造成的。伴隨著地球的自轉,海面的水位大約每天兩次周期性地上下變動。月球的重力大約是太陽重力的 2 倍,因為距離較近。當這種海水上漲接近陸地時,可能會因共振而加強,共振的程度視海岸情況而定。海水水位具有類似於正弦的規律隨時間反復變化,從而形成了潮汐能。

(二)潮汐能的利用方式

潮汐能的利用方式主要是發電。在有條件的海灣或感潮河口建築堤壩、閘門和廠房,圍成水庫,透過出水庫,在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式保存,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。差別在於海水與河水不同,蓄積的海水落差不大,但流量較大,並且呈間歇性,從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。

(三)潮汐能的特點優勢

潮汐能具有諸多優點。首先,它是一種可再生能源,潮水每日漲落,周而復始,取之不盡,用之不竭。其次,潮汐能是清潔、不汙染環境、不影響生態平衡的能源。再者,潮汐能發電量穩定,很少受氣候、水文等自然因素的影響,全年總發電量穩定。同時,潮汐能的可預測性強,潮位預報精度較高,可按潮汐預報制訂執行計劃,與大電網並網執行。此外,潮汐電站的建設綜合利用效益極高,不存在淹沒農田、遷移人口等復雜問題,還可以結合潮汐發電發展圍墾、水生養殖和海洋化工等綜合利用計畫。

三、生物質能的奧秘與套用

(一)生物質能的定義來源

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量,屬再生能源。這些植物以生物質作為媒介儲存太陽能。生物質能資源主要指農作物稭稈和水生植物可作燃料使用的部份,農產品加工剩余物;合理采伐的薪柴、原木采伐和木材加工的剩余物;能源植物;畜禽養殖剩余物,人畜糞便;農副產品加工後的有機廢棄物,有機廢水、廢渣;城鎮有機垃圾等。

(二)生物質能的歷史與現狀

在人類歷史早期,薪柴是主要能源之一。隨著工業革命的發展,化石能源逐漸占據主導地位,生物質能的使用比例下降。當前,在世界能源結構中,生物質能所占比重較小。但生物質能以其可再生性、來源廣泛性和環境友好性備受世界各國關註,近年來得到了快速發展。截至 2019 年 12 月,全球生物質能源領域公開的 SCI 文獻 52777 件,公開的專利文獻 169770 件,其中授權專利 59156 件。

(三)生物質能的利用途徑

當前較為有效地利用生物質能的方式有:1) 制取沼氣。主要是利用城鄉有機垃圾、稭稈、水、人畜糞便,透過厭氧消化產生可燃瓦斯甲烷,供生活、生產之用。2) 利用生物質制取酒精。例如開發了甜高粱莖稈等非糧作物生產燃料乙醇的技術,燃料乙醇年生產能力已達到一定規模。此外,生物質還可透過燃燒、熱化學法、生化法等轉化為二次能源,分別為熱量或電力、固體燃料、液體燃料和瓦斯燃料。

四、潮汐能與生物質能的辨析

區別一:來源不同

潮汐能主要來源於海水的機械運動,是月球和太陽對地球的重力作用以及地球自轉效應共同作用的結果。而生物質能主要源自綠色植物的光合作用,是生命物質將太陽能轉化為化學能貯存在生物質中的能量形式。例如,國際能源機構定義生物質為透過光合作用而形成的各種有機體,包括所有的動植物和微生物。

區別二:能量形式不同

潮汐能是以位能形態呈現的海洋能,具體表現為海水潮漲和潮落所形成的水的勢能。生物質能則可以轉化為常規的固態、液態和氣態燃料,如固體成型燃料、液體燃料(生物燃油)和瓦斯燃料(生物質沼氣等)。

區別三:利用方式不同

潮汐能的利用方式主要是發電,透過在有條件的海灣或感潮河口建築堤壩、閘門和廠房,圍成水庫,利用高、低潮位之間的落差推動水輪機旋轉帶動發電機發電。生物質能的利用途徑較為多樣,包括制取沼氣、利用生物質制取酒精,還可以透過燃燒、熱化學法、生化法等轉化為二次能源。

結論

綜上所述,潮汐能與生物質能在來源、能量形式和利用方式上有著明顯的區別,因此潮汐能不屬於生物質能。