平心而論，地球上哪種能源的優(yōu)勢最明顯？

地球的未來關(guān)乎人類的可持續(xù)發(fā)展，而地球上的能源是人類持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，人類依賴大自然才能生存這一點毋庸置疑，大自然賦予人類的財富種類繁多，每一種能源都能給予人類巨大的幫助，不過每一種能源都有優(yōu)劣勢，在我們目前所知的核能、熱能、水力、太陽能、風(fēng)能、潮汐、地?zé)岬饶茉粗?，哪一種能源最大程度幫助人類持續(xù)發(fā)展呢？

以目前的研究來講，對核能、化石能、水力、太陽能、風(fēng)能、潮汐、地?zé)岬饶茉吹谋容^表明，太陽能的缺點最少。

化石能

首先，我們來分析一下熱能，熱能是目前主要的基電來源，功率等級沒有很大的靈活性。在美國，煤主要用作發(fā)電的燃料。在燃煤電廠中，燃燒煙煤、次煙煤或褐煤。煤燃燒產(chǎn)生的熱量被用來將水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽，驅(qū)動渦輪機發(fā)電。根據(jù)美國能源情報署的數(shù)據(jù)，2019年，美國約23%的電力來自燃煤電廠。某些煙煤也可用來煉鋼。用于煉鋼的煤需要含碳量高，水分、灰分、硫和磷含量低。符合這些規(guī)格的煤被稱為冶金煤。

煤炭還有無數(shù)其他用途，包括水泥生產(chǎn)、碳纖維和泡沫、醫(yī)藥、焦油、合成石油燃料以及家庭和商業(yè)供暖。不過額學(xué)家預(yù)測煤炭的供應(yīng)可能不會超過兩個世紀(jì)，因為它的主要缺點是飛灰積累、高碳排放和全球變暖，大量使用很顯然不符合人類的可持續(xù)發(fā)展。

核能

再來說核能，核能來自于反應(yīng)堆中原子的分裂，將水加熱成蒸汽，轉(zhuǎn)動渦輪機并產(chǎn)生電力。28個州的94個核反應(yīng)堆產(chǎn)生了美國近20%的電力，所有這些都沒有碳排放，因為反應(yīng)堆使用的是鈾，而不是化石燃料。這些電站一直處于運行狀態(tài):運行良好以避免中斷，并能承受極端天氣，全天候支持電網(wǎng)，而所有的能量和潛力都來自于一個微小的原子。

不過核能的成本是相當(dāng)昂貴的，需要額外的照顧和涉及非常高的技術(shù)。它是一種基礎(chǔ)電源，需要敏銳的參數(shù)監(jiān)測，為了安全起見，人們在運行功率水平調(diào)整。此外，核能器材在經(jīng)濟壽命結(jié)束時拆除，安全埋葬和數(shù)十年或更長時間的監(jiān)測將涉及更多成本，而且可能通過新的SMR技術(shù)或第三代反應(yīng)堆來解決，但仍有待觀察。。不過這對于非常特殊的發(fā)電目的是合理的，在經(jīng)濟可行的替代方案建立之前，它也可以被視為避免電力短缺的一種選擇。使用時，不會產(chǎn)生碳排放，因此不會導(dǎo)致全球變暖。

水能

然后是水力發(fā)電，如果你曾經(jīng)站在湍急的小溪中，瀑布下，或者在海浪沖擊的海岸上，那么你就會感受到水的力量。水流產(chǎn)生的能量可以用幾種不同的方式來發(fā)電。例如:水力發(fā)電大壩從河流的運動中獲取能量。大壩操作員控制著水流和發(fā)電量。水壩在其后面創(chuàng)造了水庫，可以用作娛樂、野生動物保護區(qū)和飲用水源。

水電是從流動的水中獲得的能量。兩千多年前，古希臘人利用水力來驅(qū)動車輪碾磨谷物，今天，它是最具成本效益的發(fā)電方法之一，而且往往是可用的首選方法。例如，在挪威，99%的電力來自水力發(fā)電。世界上最大的水電站是我國22.5億千瓦的三峽大壩，它每年生產(chǎn)80到100太瓦時，足以供應(yīng)7000萬到8000萬家庭。而小規(guī)模的微型水電項目可以對偏遠(yuǎn)地區(qū)的社區(qū)產(chǎn)生巨大影響。

水力發(fā)電的基本原理是利用水來驅(qū)動渦輪機，水電站有兩種基本配置:有水壩和水庫，或者沒有。擁有大型水庫的水電站大壩可以在短時間或長時間內(nèi)蓄水，以滿足高峰需求。這些設(shè)施也可以根據(jù)不同的用途分為更小的大壩，如夜間或白天使用，季節(jié)性儲存，或抽水蓄能可逆電廠，用于抽水和發(fā)電。沒有水壩和水庫的水力發(fā)電意味著規(guī)模更小，通常是在河流中不干擾水流的設(shè)施。出于這個原因，許多人認(rèn)為小規(guī)模水電是一種更環(huán)保的選擇。

水力發(fā)電的燃料費用基本為0，它有著最低的運行費用和最高的靈活性，不過它的使用受限于在很大的高度并且有非常大容量的連續(xù)流動的水，簡單來講，它需要特殊的地理位置，但是我們很難找到一個新的大型水壩的地點，所以這不足以滿足全球電力需求。但它可以與電網(wǎng)與任何其他“基礎(chǔ)”/“間斷”電源優(yōu)化使用和經(jīng)濟，并且燃料和流出物都是純凈水。出水或尾水一般會在海平面以上足夠高的地方。因此，它是最受歡迎的'灌溉用途。它最大的優(yōu)勢在于它有可能將抽水蓄能作為一種可行的功能。

風(fēng)能

再者就是近年代流行的風(fēng)力發(fā)電，即風(fēng)能。一個多世紀(jì)前，風(fēng)力渦輪機首次出現(xiàn)。19世紀(jì)30年代，隨著發(fā)電機的發(fā)明，工程師們開始嘗試?yán)蔑L(fēng)能來發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電發(fā)生在英國和美國在1887年和1888年，但現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電被認(rèn)為是在丹麥?zhǔn)紫乳_發(fā)的，水平軸風(fēng)力渦輪機建于1891年，一個22.8米的風(fēng)力渦輪機開始運行于1897年。

風(fēng)能為人類社會迅速發(fā)展的技術(shù)進展提供了一個重要參考。風(fēng)是地球表面被太陽加熱不均勻時產(chǎn)生的，風(fēng)能可以用來發(fā)電。風(fēng)是利用空氣運動產(chǎn)生的動能來發(fā)電的。利用風(fēng)力渦輪機或風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)首先撞擊渦輪機的葉片，使其旋轉(zhuǎn)，并帶動與之相連的渦輪機轉(zhuǎn)動。通過移動與發(fā)電機相連的軸，將動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動能，從而通過電磁產(chǎn)生電能。所以它像風(fēng)車一樣，被安裝在高處以獲取最多的能量，風(fēng)車一般安裝在在距離地面30米以上的地方，它們可以利用更快、更少的湍流。

渦輪機通過類似螺旋槳的葉片捕捉風(fēng)能，通常，兩個或三個葉片安裝在一個軸上形成一個轉(zhuǎn)子。而風(fēng)力發(fā)電的大小取決于渦輪機的大小和葉片的長度。輸出與轉(zhuǎn)子的尺寸和風(fēng)速的立方體成正比。從理論上講，當(dāng)風(fēng)速翻倍時，風(fēng)力潛力增加8倍?？偟膩碇v，風(fēng)力發(fā)電是發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一，全世界的使用量都在上升，部分原因是成本在下降。

太陽能

最后就是被大家看好的太陽能，不過目前太陽能發(fā)電需要改進太陽能電池技術(shù)，使之更加經(jīng)濟，這一點很快就會實現(xiàn)。太陽能燃料是免費的陽光，它在處置方面存在一些挑戰(zhàn)。但它不需要旋轉(zhuǎn)機械。它不會導(dǎo)致全球變暖。最關(guān)鍵的是太陽能還能再持續(xù)10億年。

太陽能是以電能或熱能的形式從太陽中產(chǎn)生的可用能量。太陽能的獲取方式有很多種，最常見的是利用光伏太陽能板將太陽光轉(zhuǎn)化為可用的電力。除了利用光伏發(fā)電外，太陽能通常用于加熱室內(nèi)空間或液體。住宅和商業(yè)業(yè)主可以安裝太陽能熱水系統(tǒng)，設(shè)計他們的建筑時考慮到被動式太陽能采暖，充分利用太陽能技術(shù)的太陽能。

目前為止，太陽能電池板安裝在三個主要規(guī)模:住宅，商業(yè)和公用事業(yè)。住宅規(guī)模的太陽能通常安裝在房屋的屋頂或空地上，根據(jù)房屋的大小，太陽能通常在5至20千瓦(kW)之間。商業(yè)太陽能項目的安裝規(guī)模一般大于住宅太陽能項目。雖然單獨安裝的太陽能在大小上有很大差異，但商業(yè)規(guī)模的太陽能服務(wù)的目的是一致的:為企業(yè)和非營利組織提供現(xiàn)場太陽能電力。最后，公用事業(yè)規(guī)模的太陽能項目通常是大型的、若干兆瓦(MW)的安裝，為大量公用事業(yè)客戶提供太陽能。對于一些可能無法在自己的房產(chǎn)上安裝太陽能的太陽能消費者來說，社區(qū)太陽能是一種可行的太陽能選擇，可以更直接地將公用事業(yè)規(guī)模的太陽能項目與住宅消費者聯(lián)系起來。因此，社區(qū)太陽能農(nóng)場通常建在中心位置，而不是建在任何單個客戶的房屋上。

那么太陽能是如何工作的？太陽能電池板由一層硅電池、一個金屬框架、一個玻璃外殼單元和從硅上傳輸電流的電線組成。硅(元素周期表上的14號原子)是一種非金屬，具有導(dǎo)電特性，可以吸收陽光并將其轉(zhuǎn)化為可用的電能。當(dāng)光線照射到硅電池上時，光能使硅中的電子運動，從而產(chǎn)生電流。這就是所謂的“光伏效應(yīng)”，它描述了太陽能電池板技術(shù)的一般功能。利用太陽能電池板發(fā)電的科學(xué)可以歸結(jié)為這種光伏效應(yīng)。1839年，埃德蒙·貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，它可以被認(rèn)為是一種特殊材料(即半導(dǎo)體)的特性，當(dāng)它們暴露在陽光下時，可以產(chǎn)生電流，這就是太陽能的由來。

此外，太陽能是一種清潔、廉價、可再生的能源，幾乎在世界各地都可以利用——陽光照射到地球表面的任何地方都可能產(chǎn)生太陽能。由于太陽能來自太陽，它代表了一種無限的能源?？稍偕茉醇夹g(shù)利用無窮無盡的資源發(fā)電。例如，比較一下用可再生資源發(fā)電和用化石燃料發(fā)電。石油、天然氣和煤炭的形成需要數(shù)十萬年的時間，所以每當(dāng)這些資源中的一種被用來發(fā)電時，這種有限的資源就會略微接近枯竭。使用可再生資源——如風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電——來發(fā)電并不會耗盡這種資源。地球表面總是會有源源不斷的陽光照耀著，在把陽光轉(zhuǎn)化為電能之后，未來還有無限的陽光可以轉(zhuǎn)化為電能。這就是太陽能，從本質(zhì)上說，是可再生能源的原因。