太空“三峽”:發(fā)電效率提升10倍
在閱讀此文前,麻煩您點擊一下“關注”,既方便您進行討論與分享,又給
在閱讀此文前,麻煩您點擊一下“關注”,既方便您進行討論與分享,又給您帶來不一樣的參與感,深度長文,希望您能夠認真看完,感謝您的支持!
人類作為地球上最有智慧的生命,能夠有如此之快的發(fā)展速度,主要是依靠人類的智慧,人類文明從誕生到現(xiàn)在,也就短短幾千年的時間,在這幾千年內(nèi),人類能夠站到地球食物鏈的頂端,這說明人類科技發(fā)展的速度非常快,其中地球資源給人類科技發(fā)展起到了非常重要的作用,比如說煤炭、石油、天然氣、可燃冰等等,如果說火的出現(xiàn)標志著人類文明的開始,那么電的出現(xiàn),就標志著人類文明進入另一個高度,最早發(fā)明電的人是富蘭克林,最早提出電這個概念的是公元時期,古希臘哲學家泰勒斯拿著家里的琥珀棒蹭小貓,發(fā)現(xiàn)琥珀棒把小貓的毛吸起來了,當時泰勒斯以為這是和磁鐵一個原理,他將這種不可思議的力量稱為是電。
在1732年的時候,美國科學家富蘭克林認為電是一種沒有重量的流體,存在于所有的物體當中,當物體得到比正常份量多的電就稱為是帶正電,若少于正常份量,就被稱為帶負電, 富蘭克林為了對電進行探索曾經(jīng)作過著名的“風箏實驗”,在電學上成就顯著;為了深入探討電運動的規(guī)律,創(chuàng)造的許多專用名詞如正電、負電、導電體、電池、充電、放電等成為世界通用的詞匯。富蘭克林借用了數(shù)學上正負的概念,第一個科學地用正電、負電概念表示電荷性質(zhì),并提出了電荷不能創(chuàng)生、也不能消滅的思想,后人在此基礎上發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律。
(資料圖)
隨著人類對電的認識越來越多,意大利物理學家阿雷桑德羅.伏特發(fā)明了第一枚電池,伏特電池在早期被稱為是電堆,他將金屬條侵入強酸溶液中,發(fā)現(xiàn)在兩個金屬條間產(chǎn)生了穩(wěn)定而強勁的電流,他又用不同的金屬進行實驗,發(fā)現(xiàn)銅和鋅是最合適的金屬,并發(fā)明了伏特電池,也就是現(xiàn)在電池的原型,之后英國科學家邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現(xiàn)了劃時代的電磁感應現(xiàn)象(1831年),電磁學得到了飛速發(fā)展。法國儀器制造家皮克西(Hippolyte Pixli)發(fā)明最早的交流電發(fā)電機,1866年德國人西門子(Siemens)制成世界上第一臺工業(yè)用發(fā)電機。從此人類對電的利用越來越多。
我們可以試想一下,如果現(xiàn)在我們的世界突然沒有電,我們的生活將會變成什么樣子?人類文明至少要倒退幾千年的時間,隨著人類對電的需求越來越大,在我們的地球上也建造了很多發(fā)電站,比如說三峽水電站,在1994年的時候,我國正式開工建設有史以來最大型的工程項目——三峽水電站,前后經(jīng)歷了15年的時間才完成,整個水電站共安裝34臺水輪發(fā)電機組,總裝機容量2250萬千瓦,年設計發(fā)電量882億千瓦時。截至今年7月,三峽電站已累計發(fā)出16000多億千瓦時清潔電能。這是我國近二十年來發(fā)展的基礎。三峽水電站地處長江西陵峽,壩基選在三斗坪。防洪發(fā)電和航運,資源利用為一體,控制流域面積大,超過了2000多公里,蓄水四百億立方,壩長2300米。
歐洲國家看到我國的三峽發(fā)電非常厲害,于是他們也想要建造一個“三峽,但是由于沒有“長江”,于是他們將目光拋向了太空,在太空中,太陽能接收效率是地球的幾十倍,而且存在非常豐富的太陽能資源,如果他們能夠?qū)⑵淅闷饋恚ㄔ斐鲆粋€太空三峽來,那么發(fā)電量就會大大提升,這是一筆巨大的財富,外國人怎么可能會輕易放過呢?最近幾年來,人類一直都在尋找更加高效、更加清潔的能源,而核能就是一種可持續(xù)的清潔能源,核能是一種低碳、清潔的能源,和化石燃料相比,核能發(fā)電不會排放大量的二氧化碳等溫室氣體,因此可以為人類提供清潔的、低碳的電力。
核能又分為核聚變和核裂變,早在100多年前,偉大的物理學家愛因斯坦已經(jīng)指出,質(zhì)量和能量是物質(zhì)不同屬性,而且在它們之間還存在著明確的當量關系,并給出了著名的質(zhì)能方程式(E=mc^2),因此得出了一個結論:核聚變和核裂變反應所產(chǎn)生的能量,其實就是來自于核反應中的質(zhì)量虧損,相信很多人都知道,核裂變所使用的原料是鈾235,那么一克鈾235完全裂變,會出現(xiàn)多大的質(zhì)量虧損呢?這些虧損的質(zhì)量又會產(chǎn)生多少能量?根據(jù)科學家的研究得出,當一個鈾235吸收了一個低能中子之后,就會發(fā)生裂變,釋放出巨大的能量,同時再釋放出兩個中子,而這兩個中子又會被其它鈾235吸收促成一步裂變,這就是鏈式反應。
為什么裂變之后能夠釋放出如此巨大的能量呢?簡單來說,鈾235在裂變之后會生成新的物質(zhì)并釋放出中子,在裂變反應之前和裂變反應之后,中子和質(zhì)子相加的數(shù)量總和是相等的,不過反應之后的質(zhì)子數(shù)量要比反應前多,而中子數(shù)量要比反應前少,中子的質(zhì)量比質(zhì)子略大,也就是說反應之后的質(zhì)量發(fā)生了虧損,而虧損的質(zhì)量則以能量的形式被釋放了出來,不過目前人類掌握的核裂變轉(zhuǎn)化率大約是百分之0.13,相當于木柴的770萬倍,原煤的430倍,石油的210倍,而核聚變的轉(zhuǎn)化率大約是百分之0.7,相當于100g的聚變物質(zhì),有0.7克被轉(zhuǎn)化為了能量。
核聚變反應要比核裂變反應更加強大,它的能源潛力更大,更加環(huán)保和安全,但是目前人類的可控核聚變還在研發(fā)當中,我們的太陽能夠燃燒50億年之久,就是因為內(nèi)部核聚變的反應,太陽的核聚變是由太陽自身引力和高溫高壓導致的,在太陽的中心區(qū)域,溫度能夠達到1500萬攝氏度,壓力相當于3000億個大氣壓,在這種溫度和壓力下,氫原子的核外電子被剝離成自由電子,核子被擠壓融合到一起,形成了4個氫核融合為1個氦核的聚變,太陽中心每秒鐘有6億噸氫參與核聚變反應,融合成5.957億噸的氦,并釋放出430萬噸質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,這相當于每秒鐘向太空釋放3.8*10^26焦耳的電磁輻射,我們地球能夠接收到的太陽光能量只有22億分之一。
大家不要小看這22億分之一的能量,它相當于100萬噸煤炭燃燒的能量總和,所以太陽的能量對于我們來說取之不盡用之不竭,目前最常見的太陽能發(fā)電就是光伏產(chǎn)業(yè),我們將太陽能電池板放在地面上。當太陽光照射時,太陽能電池板中的半導體材料中的電子被激發(fā),就會產(chǎn)生電動勢。這個過程稱為光伏效應。太陽能電池板將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能之后,需要通過匯流箱將電能輸出。匯流箱是一個電器設備,用于將太陽能電池板產(chǎn)生的電能收集起來,然后將其輸出到逆變器中。逆變器會將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。太陽能電池板產(chǎn)生的電能是直流電,而我們通常使用的家庭電器需要的是交流電,因此需要通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電,以滿足家庭電器的使用需要。
而太空中接收到的太陽光能量更加強大,所以美國將目光放到了太空中,在上世紀70年代的時候,美國首次開啟了太空能量的挖掘計劃,他們提出了一個名為 “1979SPS基準系統(tǒng)”的太空發(fā)電站方案。 不過由于這些任務實施難度太大,所以這個項目被無限期的推遲,以至于發(fā)起人都去世了,計劃還沒有實施,不過讓人興奮地是,這個讓美國都犯難的問題,卻被中國接手過來了,并為它取了一個更加形象的名稱——逐日工程,逐日工程的核心就在于太空太陽能發(fā)電站的建設,它的啟動起源于一份名為《關于盡早啟動我國太空發(fā)電站關鍵技術研究的建議》文件,僅一年的時間,工信部就聯(lián)合發(fā)改委和科技部等16個部委,再加上數(shù)百名專家進行認證,并最終完成了《中國太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關鍵技術體系規(guī)劃論證報告》,認為這項計劃是可行的。
這項工程為什么美國遲遲沒有行動呢?科學家按照現(xiàn)有的理論來看,將太空發(fā)電的難點主要集中在三點,分別是:太空電站的建設、太陽能源的發(fā)電,地面能源的接收。之前美國科學家對其進行了估算,一個常規(guī)的太空發(fā)電站的質(zhì)量,并不會低于十萬噸,這就意味著,需要有一個推力強大的火箭將其送入太空,這對于其它國家來說,難度太大,比如說美國先前依靠航天飛機升天的模式,讓太空運輸變得非常困難,一來是載人升空成功率低,二來是載重和載人幾乎是不可能的同時完成的,想要將人和物同時送上太空,需要多次發(fā)射航天飛船,這樣一算成本實在是太高了。
不過對于中國來說,我們有長征重型火箭技術,它能夠載物也能夠載人,這使得太空電站的建設變得相對于容易一些,而且我國有組裝“天宮”空間站的經(jīng)驗,所以在太空建設發(fā)電站,對于中國來說,并不是一件難事,對于太陽能的收集問題,和地面不同,太空中太陽輻射非常強烈,在地球上使用的太陽能板無法使用,在這方面,我國在天和核心艙使用的太陽電池翼,其實就是擔當了空間站“太空電站”的作用,這種電池翼體積小、展開面積大、功率質(zhì)量高,完全能夠利用在逐日工程上,至于地面能源的接收,才是目前人類面臨的最大問題,要知道,該太空電站距離地面高30000公里。
這個高度意味著電纜傳輸模式根本不使用,必須利用遠程傳輸,為此,國家專門在重慶璧山選址,建成了全國首個空間太陽能電站接收基地,在這里一眾專家將進行能量遠程發(fā)送和接收的研究。按照團隊專家段寶巖院士的介紹,目前考慮使用的傳輸手段,是將電能轉(zhuǎn)換成微波后,再通過發(fā)射器傳輸回地球。目前我國科學家正在積極的研究這項工程當中,根據(jù)相關消息,我國將在2028年建成首個太空太陽能發(fā)電站,并在2035年實現(xiàn)部分用戶使用,我們的太空“三峽”即將來臨,到時候人類的電量使用將不再發(fā)愁,而且電費也一定會降低的。
小編認為,這只是人類目前能夠做到和想到的最好辦法了,除了這個方法之后,還有很多更加節(jié)能和強大的能源,比如說反物質(zhì),根據(jù)科學家的研究得出,反物質(zhì)和正物質(zhì)相遇會發(fā)生湮滅反應,從而產(chǎn)生巨大的能量,而這個能量的轉(zhuǎn)化率是百分之百,這是目前人類發(fā)現(xiàn)的最為強大的轉(zhuǎn)化率,目前科學家也在積極的研究反物質(zhì)的奧秘,但是由于科學家在宇宙中并沒有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì),所以想要實現(xiàn)這項技術還是非常困難的,不過人類作為地球上最有智慧的生命,從誕生以后就開始不斷的探索世界的奧秘,只要人類能夠堅持不懈下去,未來人類一定能夠?qū)崿F(xiàn)自己的夢想,小編希望人類能夠早日成功,對此,大家有什么想說的嗎?