2011级高一下学期《创造绿色电能》研究报告

指导教师：孟娟 

小组成员：刘瑞金 索婕 、孙同莲 韩学丽 刘庆胜 牛延丽、时磊、王金枝、潘茜

课题提出背景说明：

放假时，组员去串亲戚，坐车经过发电厂时，看到烟囱冒出滚滚浓烟，到了亲戚家，在电视上看到了有关绿色电能的报道，于是我们决定调查如何创造绿色电能

研究课题的意义和价值：

了解到创造绿色电能的方法，可以改善城市空气质量

主要研究成果：

能量从始至终都与人类的生存和发展息息相关。能量有多种来源途径人类历史中，随着所使用的能量来源的更替，人类的发展脚步也在不断的跨越着，能量来源从最普通不过的一段木柴，到水轮机和风车，之后是可以随处使用的蒸汽机组和发电机。以后不敢说，就目前为止，影响最身的恐怕就是发电机了。当初法拉第发现了电磁感应现象时，人们对此是不屑一故，当英国议员提出普及电的应用的方案时，连受人尊敬的英国女王也站出来反对，仅仅因为那微不足道的危险。如今，仅仅过去了一个半世纪，“电”这种神奇的东西早已以其妙不可言的优势，迅速地征服了全世界。现在，还有谁赶开口说自己能离得开。有一件事甚至可以确定，如果电突然消失了，那无异于世界末日。就拿医院来说，手术所用的无影灯和维持生命的呼吸机就离不开电。此时，电完全可以称的上人类的第二个太阳了。

“电”覆盖了整个世界，似乎已经步入他的壮年，然而，这就结束了吗？不，这远远不够。如今，这仅仅能代表发展达到了一个瓶颈，还必须要有所突破。无疑，电给予了人类极大的好处，他带领着我们的文明飞跃到另一个台阶。但是在使用它的同时，也给大自然早成极大的创伤。或许我们驾着电动车时觉得它轻巧、灵便，不象汽车排放出呛人的尾气，并且声响很小，看起来似乎很绿色很环保。但是深如一点观察，会发现这只是个假象，使用电的污染甚至比煤和石油还要大。要知道，我国主要靠火力发电，间接消耗的是煤。算笔账，当煤的化学能转化为热能再转化为机械能，最后通过电磁感应原理形成电能这一过程，机械效率就降低到不足三分之一，再算上开采煤矿和运输所消耗的能量，最后连18%都没有。而煤的开采，破坏了周围的土壤结构，泄露的毒物，抹杀了周围的生灵。而火电站上高高耸立的烟囱，肆无忌惮地冒出滚滚浓烟，似乎在炫耀着自己的后台硬。由此形成的酸雨使大气片的植被受到侵蚀，危害到我们的健康。用于降温的水直接排放到河里，导致周围的水生物大片的死亡。

事实摆在眼前，人类活动破坏了大自然的平衡，或许五年以前，“厄尔尼诺”和“拉尼娜”还是个生词，可是现在确实熟得不能再熟，越来越频繁的极端天气正在敲着警钟。大自然在手到破坏后，经过几百年的岁月可以恢复，而人的生命只有一次。因此，人类绝不能再坐以待毙了。解决之道就是创造出清洁的能量。以下，就来介绍几种生产绿色电能的方式：

一、 风力发电

 风能是太阳能的一种形式，由于各地受到的太阳辐射不同，造成地球上方的各部分空气膨胀系数不同，形成压力差，使空气流动形成风能。全球每年受到的太阳辐射由2%转化为风能，相当于每年燃烧发电量地3000倍，虽然能量巨大、分布广、无污染、可再生。但是，密度低、受地形限制、不稳定，限制了它的发展。不过，它的有的以足以让人们不遗余力地对它进行发掘。其实，人类对风能的利用历史悠久，已经有数千年了，在蒸汽机出现前的欧洲甚至把其作为一种重要的动力源。直到19世纪末，丹麦科学家才开始研制风力发电机。直到1973年石油危机发生20年后，全世界风力发电机装机容量才大道300万千瓦，年发电量打道50亿千瓦时，具备与常规能源竞争的能力。风力发电机的类型很多，最主要的是由几片旋翼组成，当风吹过旋翼带动内部金属主件切割磁感线运动产生电流。

 其实，在面对风力发电的劣势时我们不妨主动出击。比如说，把锋利发电机安装在海面上，通过海底电缆传输电能。再疯狂一点，直接把发电机放到“风库”南极。更疯狂一点直接安装到天空中。当然，也可以转动你乡思维，尝试着让风产生。在海边建造一个能大量蒸发海水制造云多的机器，遮蔽太阳，产生更大的能量，催动机器运转。

二、细菌发电

利用细菌的能量发电。在1910年，英国植物学家马克·皮特首先发现有几种细菌的培养液能够产生电流，并以铂作电极，放进大肠杆菌或普通酵母菌的培养液里，成功地制造出世界上第一个细菌电池

　到1984年，美国科学家设计出一种用宇航员的尿液和活细菌作为电极活性物质的太空飞船使用的细菌电池。只是，当时的细菌电池放电效率较低

 直到20世纪80年代末，细菌发电才有了重大突破，英国化学家彼得·彭托让细菌在电池组里分解分子，以释放出电子向阳极运动产生电能。在糖液中他还添加了某些诸如染料之类的芳香族化合物作稀释剂，来提高生物系统中输送电力的能力。在细菌发电期间，还要往电池里不断充入空气，用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。这种细菌电池每100克糖可获得135.293×10^4库仑的电，其效率可达40%。这已远高于目前使用的太阳电池效率，况且其还有再提高10%的潜力可挖。只要不断给这种细菌电池里添入糖，就可获得2安培的电流，且能持续数月之久。

 利用细菌发电原理，还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液，就可建立一个1000千瓦的细菌发电站，每小时的耗糖量为200千克，发电成本是高了一些，但这是一种不会污染环境的“绿色”电站，更何况技术发展后，完全可以用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液，因此，细菌发电的前景十分诱人。　　

   现在，美国设计出一种综合细菌电池，是由电池里的单细胞藻类首先利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖，然后再让细菌利用这些糖来发电；日本将两种细菌放入电池的特制糖浆中，让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸，而让另一种细菌将这些酸类转化成氢气，由氢气进入磷酸燃料电池发电；英国则发明出一种以甲醇为电池液，以醇脱氢酶铂金为电极的细菌电池。

 如此美好的前景，我国更应当奋起直追。

三、 潮汐能

海洋能包括潮汐能、波浪能、温差能和化学能。海洋能蕴涵的能量绝对是天文数字其中潮汐能是因为太阳和月亮的影响引起海水的周期性运动。目前，最大的潮汐发电站安装在白海，装机容量达1400万千瓦。而我国最大的当属江厦发电站，似乎排在世界前五。普通的潮汐发都要建一个畜水坝，也就是手地形限制，必须建在有港湾的地区，也就是受地形限制。并且，畜水发电站要定期清淤，工程量太大并且还会对周围环境造成破坏。不过，一个西班牙电子工程师已经发明了一种新的发电方式。具体是建造一个固定在海底地基上的中空容器，其中有活塞，在活塞上有一根很长的连杆和浮在海面是的平板相连。悬浮的平板随潮汐的涨落上下运动，并带动中空容器的活塞上下，由此引起海水带动涡轮发电机发电，这种方式大大降低了成本，对环境的影响也非常少。目前早已从理论上升到实际。

四、波浪能

波浪就是风力引起海水周期性上下运动的表现。而利用波浪能发电的机器却很复杂。然而美国的一批科学家却改变了这种现状。他们跳出了惯性思维，发明了一种截然不同的发电机。这种发电机引入了一种新材料，叫做压电聚合物。结构是由悬浮海面上的浮体、沉在海底中的锚和锚链组成，锚链由压电聚合物做成。这样，当浮体随海水上下运动时，压电聚合物不断拉伸，产生低频率的高压电，通过电子元件变成高压电流通过海底电缆运输上岸。实验证明，它就是在海底泡上十年也不会毁坏，由此可见其相当具有竞争力和前景。

五、磁流体发电

磁流体发电或许在我们严重还很陌生，但它具有重大意义，它是一种将热能直接转化为电能的技术，它如果发展成熟，会大大提高目前的发电效率，也就是能源利用率。该技术具体做法是使高温导电流体高速通过磁场切割磁感线，导体中出现电磁感应电动势，当闭合电路中接有负载时，就会有电流输出。磁流体发电机有三个主要部件：一是高温导电流体发生器，在以高温燃气为导电流体的磁流体发电机中，高温导电流体就发生器就是燃烧室，二是发电和电能输出部分，即发电通道，三是产生电磁场的磁体，这是一项还有很大困难的技术，要达到实际应用还有很大的差距。

六、垃圾发电

 利用垃圾发电，边费为宝是一个很棒的选择。现在的垃圾是越来越多、越堆越高。埋在地下的污染地下水，堆在地上的，风一刮，随风飘散，海南或许没有多大感受，而香港这些大城市却要饱受其害。一把火把它烧光，确实是一个不错的选择。要知道全球每年新增垃圾一百多亿吨可不是闹着玩的，现在也确实接近垃圾星球了。因此，垃圾被赋予了两项使命。使命一燃烧。垃圾中蕴涵了大量的有机可燃物。大约二吨的垃圾就相当于一吨的煤，垃圾就相当与一座露天矿藏焚烧垃圾解决了填埋场占地面积大、有污染的问题。焚烧清除了其中的有害物质，通过尾气净化系统还可以防止污染大气。使命二，沼气发电。每吨生活垃圾在厌氧细菌的处理下可以产生400立方米的沼气，用它们进行发电发电量会非常可观。并且，沼气发电技术早已相当成熟，具有投资少、造价低、使用管理方便等优点，倍受各国青睐。

七、太阳能发电

太阳不愧为巨大的能源宝库，仅仅用了自己所释放的不到亿分之一的能量就令地球生机勃勃。有这么大的能源宝库在，人类自然会物尽其用。目前的太阳能发电站有两种，分别是热发电站和光伏发电站。太阳能热发电站顾名思义就是将光能转化为热能再转化为电能。通常是用聚光镜反射到一台表面深黑色的热收集器中，然后传导热量使水沸腾，形成的蒸汽推动涡轮机运转进行发电。太阳能光伏发电站则使1依靠太阳光的压力使硅原子上的电子脱离束缚，会聚成电流无论前者还是后者对工艺的要求都极高，价格自然很贵，这就制约了它的普及程度。还有，这还要靠天吃饭并占用大量的土地。不过，不久之前的以色列那边传来了曙光。那里诞生出一种新兴太阳能发电板。它的结构：在玻璃胶体表面涂上一层荧光材料，并撒上金属的纳米颗粒在边缘涂上一层硅条纹这种发电板几乎可以吸收所有的可见光以及紫外光，并且发射出荧光，激起带正电的金属离子泡在自由电子海洋中形成电子波顺着涂在表层的金属颗粒传导到周围的硅条纹，这就有足够强度轰击出硅原子中的电子，形成电流。这样就连灯光所发出的光也能使太阳能电板产生电流，而价格只是传统太阳能电板的1/5。这就使发展太阳能的限制大大降低。不过，还有一种利用太阳能更巧妙的办法，那就是空间太阳能发电。要知道，来到地球的太阳能早已被大气层大大削弱。而越靠近太阳，所获得的太阳能就越巨大。空间太阳能发电站的具体做法就是把光能转化为微波发射到地面接收站。相信不远的未来，这项技术一定能实现。

八、余热发电

    众所周知，在工业生产中一定会释放出多余的热量，如果任其随意排放会严重损害周围生态环境，这是无庸质疑的。因此，把它收集起来用于发电会起到很好的效果。特别是对于发电站能很大生产效率。

其实，创造绿色电能的方法还有很多种，比如温差发电、地热发电等等。创造绿色电能保护地球母亲任重而道远。这不仅仅是科学家的责任，更是作为社会每一份子的责任。目前我国呼出环保的口号确实很响，然而，能落实下来的政策却很少，我们不能寄希望于他人，必须自己行动起来，捍卫我们的未来！