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月亮即将成为未来人类世界的“能源之星”

作者:admin 发布时间:2019-09-22 19:49

月亮即将成为未来人类世界的“能源之星”

  DATE:2019-09-16    来源:eng    点击:

  俗话说:“十五的月亮十六圆”,中秋是赏月的好时候呢。望着夜空那一轮明月,文人们会感慨万千吧。但是作为技术控,光伏人是不是会想到月亮发电呢?

  关于月亮和发电的那些事儿这些年层出不穷。今天我们来捋一捋,看看到底靠谱不?

  潮汐能量

  潮汐的力量来自月球引力的作用。众所周知,地球会同时受到太阳和月亮的引力作用,但是月亮对地球的影响却是太阳的两倍还多,其根本原因就在于月亮离地球更近。由月球造成的潮汐运动蕴藏着极大能量。潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。潮汐发电与普通水利发电原理类似,通过出水库,在涨潮时将海水储存

  在水库内,以势能的形式保存,然后,在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机旋转,带动发电机发电。差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。

  潮汐发电是水力发电的一种。在有条件的海湾或感潮口建筑堤坝、闸门和厂房,围成水库,水库水位与外海潮位之间形成一定的潮差(即工作水头),从而可驱动水轮发电机组发电。

  与潮汐发电相关的技术进步极为迅速,已开发出多种将潮汐能转变为机械能的机械设备,如螺旋浆式水轮机、轴流式水轮机、开敞环流式水轮机等,日本甚至开始利用人造卫星提供潮流信息资料。利用潮汐发电日趋成熟,已进入实用阶段。

  超级“月亮光电厂”

  日本清水公司计划为全人类提供清洁能源,通过在月球赤道带,建立一个环带状的巨型太阳能发电系统。虽然目前看起来只是科幻小说里的场景,但100年后,谁又能说不可能呢?来看看这样一个系统是怎样工作的吧(下图所示):

  地球接收 在月球赤道上建造一圈巨大的太阳能发现系统,大约有11000公里,将电力转换成微波或者激光,从靠近地球的一面,通过直径为20公里的天线传回球面,然后再将这些微波或者激光,通过硅整流二极管天线转换为电力。在地球表面设置类似于灯塔的接收站,确保24小时连续供电。

  这个太阳能带最开始建造的相对较小,之后逐渐加宽至400公里。这一发电系统,可以为人类提供足够多的清洁能源。

  这项计划要建造大量机器人,在太空集合,然后登陆月球,尽可能的利用月球的资源,然后确保一组宇航员在月球表面,为机器人做支持。这项“野心勃勃”的计划看起来非常“疯狂”,不过我们目前所制造的物品,在一两百年前,也是疯狂的。

  即便如此,我们仍不能仅仅指望从月球传回瓦特。我们还需找到其它的清洁能源。为未来设想,未雨绸缪,当然好,但目前只有现实是真实的,其它都不是。

  清洁的核聚变能源

  149年前的今天,即1868年8月18日,天文学家发现了“氦”元素。氦-3是氦的同位素之一。这种清洁、安全和高效率的未来新能源,为什么大量存在于月球呢?

  氦-3是一种无色、无味、无臭、性质稳定的氦同位素。1996年,科学家发现氦-3具有作为核聚变燃料的非凡性能。采用氦-3为燃料的核聚变比用氢做燃料进行核聚变还要安全、清洁,效率更高,容易控制,产生的放射性物质微乎其微。因此,即使将氦-3核电站建在闹市区内也是安全的。可惜的是,氦-3在地球上却难觅踪影。

  据估算,氦-3在全世界的总储量不超过100千克,而且大部分是由核弹头中的氚衰变而成,即使加上深海气井和火山气中氚衰变的氦-3,全世界一年最多也仅能获得10~20千克。这点“产量”,即使用作科研也显得捉襟见肘,哪里还谈得上用于核聚变燃料来发电呢!那么,氦-3还会藏在什么地方呢?

  科学家发现,氦-3在月球上储量巨大,估计有100万吨氦-3嵌附在月球表层,只需加热到合适的温度,90%以上的氦-3就会释放出来。

  据估计,每年只需在月球上开采1500吨氦-3就可满足全世界的能源需求了;整个月球上氦-3的总储量,大约可供人类使用700年,这是个多么诱人的数字啊!氦-3罕见于地球,却在月球上大量储存,其主要原因在于,月球作为太阳风粒子的收集器,在形成至今的40亿年时间里,有2亿~5亿吨氦-3粒子打在月球表层10~50米深的土壤内。

  由于月球自身没有磁场,才使氦-3粒子能在月壤内“安营扎寨”。相比之下,地球上的氦-3粒子在地球磁场的作用下,沿着地球磁力线慢慢扩散,最终被大气层“俘获”而消失。月球还是“冶炼”氦-3的绝佳场所。那里的环境是高真空,低引力(仅为地球引力的1/6),温度高,温差大(白天可达130℃,晚上可降到-183℃),正好可将月壤加热并实施氦-3和氦-4低温分离。虽然月地路程遥远,但在月球上开采、加工氦-3,然后将其运回地球发电,其性价比还是很高的,整个过程耗能和发电产能之比高达1∶250。据计算,飞船一次可从月球运回20吨液化氦-3,几乎可供应美国一年所需的电力用燃料。如果氦-3能在月球上直接发电,再输送回地球,还可省去飞船运输的费用呢!

  总而言之,月亮即将成为未来人类世界的“能源之星”。而且,如果在月球上开采矿产资源,就更加可以直接利用月球上的能源来发电了。月球上矿产资源丰富多样,仅月面表层 5 厘米厚的沙土就含有上亿吨铁,由于在表层,所以开采 和冶炼起来还都比较容易。钛金属在航天上声名赫赫,而月球上的钛可谓取之不尽、用之不竭,光月海玄武岩中含有可供开采利用的钛金属就有 100 万亿吨。除了铁与钛,月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钾、镁、铜等矿产资源,这些都是未来人类开发利用的重要矿产资源之一。 利用月球上的能源冶炼月球上的矿产资源,再运回地球供人类使用,不仅为人类提供源源不竭的丰富资源,还保护了地球的环境。

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