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魔鬼与天使——核能
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从1954年前苏联建成世界上第一座核电站以来，人类和平利用核能的历史还不到半个世纪；然而，核能的发展却异常迅速。特别是近20年来，它以极大的优势异军突起，成绩卓著，已成为世界能源舞台上一个引人注目的角色。到1991年底，全世界有近30个国家和地区拥有近420座核电站，另有76座正在建设中。我国首座核电站——秦山核电站，已于1991年正式投入运行，这标志着我国核能利用已经进入了一个新阶段。
目前，核能发电可满足世界电力需要的20％左右。据专家们预计，到2000年全世界核电站的总发电量可达72，000～95，000万千瓦，届时核能发电量将是世界总发电量的30～50％。到21世纪中叶，核能将会取代石油等矿物燃料而成为世界各国的主要能源。
核能的发展之所以如此迅速，主要是因为它有着显著的优越性：其一，它的能量非常巨大，而且非常集中。其二，运输方便，地区适应性强。有人曾将核电站与火电站作了个形象的比较：一座20万千瓦的火电站，一天要烧掉3000吨煤，这些燃料需要用100辆铁路货车来运输；而发电能力相同的核电站，一天仅用一公斤铀就行了。这么一点铀燃料只有三个火柴盒那么大，运输起来自然就省力多了，而且可以建在电力消耗大的地方，以减少输电损失和运输费用。其三，储量丰富，用之不尽。
核能资源广泛分布在世界的陆地和海洋中。储藏在陆地上的铀矿资源，约990～241O万吨，其中最多的是北美洲，其次是非州和大洋洲。
海洋中的核能资源比陆地上要丰富得多。拿核聚变的重要燃料铀来说，虽然每1000吨海水中才有三克铀，然而海洋里铀的总储量却大得惊人，总共达四十多亿吨，比陆地上已知的铀储量大数千倍。此外，海洋中还有更为丰富的核聚变所用的燃料——重水。如果将这些能源开发出来，那么即使全世界的能量消耗比现在增加100倍，也可保证供应人类使用10亿年左右。
从目前情况来看，世界各国的核能发电技术已相当成熟，大量投入使用的单机容量达百万千瓦级的发电机组，使核电站得到了迅速的发展。
近十多年来，人们已经成功地研制出能充分利用铀燃料的核反应堆，这就是被称为“明天核电站锅炉”的快中子增殖核反应堆。这种核反应堆能使核燃料增殖，也就是说，核燃料在这种“锅炉”里越烧越多。如果能大量使用快中子增殖核反应堆，不仅能使铀资源的有效利用率增大数十倍，而且也将使铀资源本身扩大几百倍。因此，包括我国在内的世界各国，今后将着重发展这种先进的核反应堆以便充分地利用核燃料、提高核电站的经济性。1991年，欧洲联合核聚变实验室首次成功地实现了受控核聚变反应，使人类在核聚变研究方面取得了重大突破，为今后利用储量极为丰富的重水建造核聚变电站打下了初步的基础。
另外，近年来在激光核聚变、核电池、太空核电站和海底核电站等研究试验方面也都取得了一定的成果，促进了核能发电技术的进一步提高。
核能对于我国在21世纪的经济发展有着重要的意义。根据中央提出的社会主义现代化经济建设分三步走的战略目标，到下世纪中期，预计我国能源年需求总量为40～50亿吨标准煤。要满足如此大的能源消耗量，除了大力开发包括三峡水电在内的水力资源外，大部分的电力要依靠煤电和核电。一座大型核电站的发电量几乎相当于葛洲坝水电站，因此，发展核电不仅可减少储量已不多的煤炭的消耗，而且可减少环境污染，缓和运煤带来的交通运输紧张状况。
核能与核反应堆
核能也叫做原子能或原子核能，它是由人眼看不见的小小的原子核内释放出来的巨大能量。一克铀原子核裂变时所放出的能量，相当于燃烧2.5吨煤所得到的热能。这种核能，是核燃料通过核反应堆所产生的。
我们都知道，世界上的物质都是由原子构成的，原子由原子核和围绕核旋转的电子组成，原子本身已经很小，而原于核的直径仅仅是原子直径的十万分之一。可是，这么微小的原子核却集中了几乎整个原子的质量。原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的，质子和中子统称为核子。由于质子带一个单位的正电荷，中子不带电，而质子和中子的质量又几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数等于它的质于数，原子核的质量数则等于质子数和中子数之和。具有相同质子数的原子，它们原子核外的电子数也相等，因而它们有着相同的化学性质，属于同一种元素，但对于中子数不一样的原子，称为同位素。
从上面可以知道，原子核的半径是非常小的，在这样小的原子核内，却拥挤着许多带正电的质子，它们之间必然要产生很大的相互排斥的静电力。但是，通常的原子核却是很稳定的，原子核内的质子和中子能“和平共处”、
“共聚一堂”。这是因为除了质子之间相互排斥的静电力外，核内各粒子之间还存在着强大的吸引力，这种吸引力，通常叫做核力。
人们通过实验发现，在原子核内的质子和质子之间、中子和中子之间、质子和中子之间都存在着很强的核力。然而，核力只在很短的距离 （大约 2
-15×10米）内起作用，超过了这个距离，核力就迅速降低到零。由于质子和
-15中子的半径大约都为0.8×10米，所以质子或中子只跟与它相邻的质子或中子起作用。
在原子核内的核子之间存在着十分强大的核力情况下，如果在某种条件下原子核内的质子和中子发生了变化，那么它们之间的核力也会相应地发生改变，并把一部分能量释放出来。这种由核子结合成原子核释放出的能量或者由原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核的结合能或原子核能，也就是我们通常所说的核能。
前面我们提到，一克铀原子核裂变时所放出的能量，相当于燃烧2.5吨煤所得到的热能。两者释放的能量之所以相差如此之大，关键在于煤放出来的是化学能，而铀放出来的是原子核能。
煤在燃烧时，只是碳原子和氧原子的核外电子进行相互交流，生成二氧化碳分子，这种变化是一种化学变化，所放出的能，就是化学能；而铀放热是原子核内发生了变化。在核反应中，铀原子核分裂成两个较小的原子核，并释放出大量的核能，这也就是核能比化学能大得多的秘密所在。
目前，使原子核内蕴藏的巨大能量释放出来，主要有两种方法：一种是将较重的原子核打碎，使其分裂成两半，同时释放出大量的能量，这种核反应叫核裂变反应，所释放的能量叫做裂变核能。现在各国所建造的核电站，就是采用这种核裂变反应的；用于军事上的原子弹爆炸，也是核裂变反应产生的结果。第二种方法是，把两种较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，同时释放出大量的能量，这种核反应叫核聚变反应，氢弹爆炸就属于这种核反应。不过它是在极短的一瞬间完成的，人们无法控制。近年来，受控核聚变反应的研究已经使核能控制显露出希望的曙光。
核电使用的安全性
由于核电技术日趋成熟和它具有突出的优点，加上世界能源供应的紧张形势，使核电得到越来越迅速的发展。法国政府已宣布，今后只建核电站而不再建火电站。到2000年，法国核电站装机容量将占总装机容量的90％。意大利国家电力公司决定，今后几十年内新建电站全部或绝大部分是核电站。一些第三世界国家如印度、阿根廷、巴基斯坦和巴西等国同样对核电很重视，已建成了自己的核电站，其他发展中国家也在加紧筹建核电站。我国自行设计建造的秦山30万千瓦的压水堆核电站已投入运行，在广东省还将引进两座90万千瓦的核反应堆，并决定在华东地区建设大型核电站。
然而，在这大力发展核电站热潮的背后，却有不少人对核电站的发展担心，特别是1979年3月美国三里岛核电站和1986年4月前苏联切尔诺贝利核电站发生事故以来，已经引起世界各国的关注，人们担心这个“核老虎”会伤人。其实，核能是种安全、清洁的新能源。从第一座核电站建成以来，全世界已投入运行的核电站已近450座，三十多年来基本上是安全正常的。
核电站对环境的污染也比火电站小得多。火电站在工作时，它“肚子”里存不住东西，不断向大气里排放大量的二氧化硫和一氧化氮等有害物质，而且煤里的少量铀、钍和镭等放射性物质也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境，影响人们健康。核电站就不同了，它“肚子”里的“脏”东西由于设置了层层屏障而被严严实实地包在里面，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，一座100万千瓦的烧煤电站通过烟囱排放的放射物质剂量比核电站大三倍左右。实际上，核电站正常运行时，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量，所以不会对人体造成损害。
为了防止核反应堆里的放射性物质泄露出来，人们给核电站设置了四道屏障：一是对核燃料芯块进行处理，拔掉它的“核牙齿”。现在的核反应堆都采用耐高温、耐腐蚀的二氧化铀陶瓷型核燃料芯块，并经烧结、磨光后，能保留住98％以上的放射性物质不泄露出去；二是用锆合金制作包壳管。将二氧化铀陶瓷型芯块装进管内，叠垒起来，就成了燃料棒。这种用锆合金或不锈钢制成的包壳管，能保证在长期使用中不使放射性裂变物质逸出，而且一旦管壳破损能够及时发现，以便采取必要的措施；三是将燃料棒封闭在严密的压力容器中。这样，即使堆芯中有 1％的核燃料元件发生破坏，放射性物质也不会泄露出来；四是把压力容器放在安全壳厂房内。通常，核电站的厂房均采用双层壳件结构，对放射性物质有很强的防护作用。万一放射性物质从堆内泄露出去，有这道屏障阻挡，就会使人体免受伤害。
事实证明，核电站的这些屏障是十分可靠和有效的，即使像美国三里岛核电站那样大的事故，也没有对环境和居民造成危害。
核电与其他能源相比，也是最安全的能源之一。有人将核能与煤、石油、天然气、风、太阳能等能源单位输出能量造成的总危险性进行了比较，发现天然气发电的危险性最低，其次是核电站，第三位是海洋温差发电。其他大多数能源都有较大的危险性，其中煤和石油的危险性约为天然气的400倍。
一些新能源如风能、太阳能等之所以危险性较大，是因为它们的单位能量输出需要大量的材料和劳动。风能和太阳能是发散性的能，很微弱，要积聚大量的能量就需要相当大的收集系统和储存系统。根据计算表明，天然气发电需要的材料最少，建造的时间也最短；风能发电需要的材料最多，而太阳能电站需要建造的时间最长。由于需要大量的材料和很长的建造时间，就意味着要进行开采、运输、加工和建造等大量的工业活动。而每种工业活动都有一定的危险性，将所有的危险性加起来，其总危险性自然就相当大了。
综合上述可以看出，与人们的直观感觉正相反，太阳能、风能和常规能源中的煤、石油等的总危险性都是很高的，而许多人担心的核电站的总危险性却低得多。因此，使用核电站是非常安全的，这已为多年的使用实践所证明。
海底核电站
海底核电站是人们随着海洋石油开采不断向深海海底发展而提出的一项大胆设想。实际上，本世纪70年代初期，独特新颖的海底核电站的蓝图已经绘制出来。此后，世界上不少国家都在积极地进行研究和实验，提出了各种设计方案。
在勘探和开采深海海底的石油和天然气时，需要陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电。为此，就要通过很长的海底电缆将电输送出去。这不仅技术上要求很高，而且要花费大量的资金。如果在采油平台的海底附近建造海底核电站，就可轻而易举地将富足的电力送往采油平台，而且还可以为其他远洋作业设施提供廉价的电源。
海底核电站在原理上和陆地上的核电站基本相同，都是利用核燃料在裂变过程中产生的热量将冷却的水加热，使它变成高压蒸汽，再去推动汽轮发电机组发电。但是，海底核电站的工作条件要比陆地上的核电站苛刻得多。
首先，海底核电站的所有零、部件要能承受几百米深的海水所施加的巨大压力；二是要求所有设备密封性好，达到滴水不漏的程度；三是各种设备和零、部件都要具有较好的耐海水腐蚀的性能。因此，海底核电站所用的反应堆都是安装在耐压的堆舱里，汽轮发电机则密封在耐压舱内，而堆舱和耐压舱都固定在一个大的平台上。
为了安装方便，海底核电站可在海面上进行安装。安装完工后，将整个核电站和固定平台一起沉入海底，座落在预先铺好的海底地基上。当核电站在海底连续运行数年以后，像潜水艇一样可将它浮出海面，以便由海轮拖到附近海滨基地进行检修和更换堆料。
人们预计，随着海洋资源特别是海底石油和天然气的开发，将进一步促进海底核电站的研究与进展。在不久的将来，这种建造在海底的特殊核电站就会正式问世。
海上核电站
在海上建造核电站，有其独特的优点。其一，核电站的造价要比陆地上的造价低，这一点很吸引人，因为在同样的投资条件下可以建造更多的海上核电站；其二，在选择核电站站址时，不像陆地上那样要考虑地震、地质等条件，以及是否在居民稠密区等各种情况的影响，因而选择的余地大；其三，海上的工作条件几乎到处都一样。不存在陆地上那种“因地而异”的种种问题。这样，就可以使整个核电站像加工产品一样，按标准化要求以流水线作业方式进行制造，从而简化了生产过程，便于生产和使用，可大大降低制造成本，缩短建造周期。
由于人们对海上核电站的安全性等问题的看法不同，所以海上核电站虽然有许多特长但仍然没有得到迅速的发展和应用。
有人可能担心海上核电站的安全问题，认为核反应堆会将放射性的物质排入海水，影响水中生物和人类的生存与安全。其实，这种忧虑完全是多余的，因为海上核电站和陆地上的核电站一样，都有专门处理废水、废料的措施和方法，绝不会把带放射性物质的废水直接排放到海水中。从世界上第一座核电站的建立到现在，几十年的实践证明，核电站是很安全的，没有出现过类似的污染现象。而且与人们担心的情况相反，由于海上核电站建有较高大的防波堤，能引来鱼、虾的回游，对于海洋生物的养殖和捕捞非常有好处。
目前，人们已对这种优点突出的海上核电站发生了浓厚的兴趣，特别是象英国、日本、新西兰等岛国，陆地面积小，适宜建造核电站的地方少，但海岸线却很长，就可以充分利用这一优势，大力发展海上核电站。
在太空中建立核电站
人们已经在陆地上建造了几百座核电站，后来又计划在海上和海底建核电站，接着又将核反应堆搬上太空，建立起太空核电站。
早在1965年，美国就发射了一颗装有核反应堆的人造卫星。1978年1月，前苏联军用卫星“宇宙254”号也装有核反应堆，因控制机构失灵而坠入大气层，变成许多小碎片，散落在加拿大的西北部地区。由于碎片会污染环境，影响人体健康和生物的生存，加拿大政府就此事向前苏联提出抗议，并要求赔偿损失。人们由这一事件开始知道，核反应堆已在超级大国的空间争夺战中开始发挥重要作用。
将核反应堆装在卫星上，主要因它重量轻、性能可靠，而且使用寿命长、成本较低。
在人造卫星上通常都装有各种电子设备，包括电子计算机、自动控制装置、通信联络机构、电视摄象机和发送系统等，需要大量使用可靠的电能。对于用来探测火星、木星等星体的星际飞行器，配备的电子设备就更多更复杂，而且来回航程要几年到十几年，在此期间，还要与地球保持不断的联系。因此，这种太空飞行器上所用的电源，要求容量更大，性能更加可靠。
起初，人们在卫星和太空飞行器上使用燃料电池，这种电池虽然工作稳定可靠，能提供所需要的电能，但它的成本高，使用寿命较短，不能满足长期使用的需用。后来，人们又采用太阳能电站作为卫星和太空飞行器的电源，然而，当卫星运行到地球背面或具有漫长黑夜的月球上（一个“月夜”相当于地球上的14个昼夜），或者向远离太阳的其他行星飞行过程中，太阳能电池就根本无法工作。此外，即使在有阳光的条件下使用太阳能电池，当需要提供大容量的电能时，仅电池的集光板就大到上千平方米，这在太空飞行中显然是难以做到的。人们最后终于找到了比较理想的卫星和太空飞行器用的电源——空间核反应堆。
在采用核反应堆作为太空飞行器电源之前，还广泛使用了核电池。直到现在，一些太空飞行器还广泛采用这种核电源。核电池的使用寿命一般可达5～10年以上，电容量可达几十至上百瓦。然而，它的电容量与太空核反应堆比起来就显得微不足道了。太空核反应堆的电容量可达几百瓦至几千瓦，甚至可高达百万瓦。这样，对于要求电源容量越来越大的一些太空飞行器来说，就理所当然地选用核反应堆作为电源了。太空核反应堆在工作原理上与陆地上的基本一样，只是前者由于在太空飞行中使用，要求反应堆体积小，轻便实用。
实际上，太空核反应堆不仅可用作太空飞行器和卫星的主要电源，而且还是未来用于考察和开采月球矿藏的理想电源。
前景诱人的海洋能
辽阔浩瀚的海洋，不仅使人心旷神恰，而且使人迷恋和陶醉。然而，大海最诱人的地方，还在于它蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生能源。那波涛汹涌的海浪；一涨一落的潮汐；循环不息的海流；不同深度的水温；河海水交汇处的盐度差……，都具有可以利用的巨大能量。另外，从占地球表面积约70％的海水中，还可以取得丰富的热核燃料和氢。
海洋能主要来源于太阳能。它的分布地域广阔，能量比较稳定，而且变化有一定规律，可以准确预测。例如，海水温差和海流随季节而变化，而潮汐的变化则具有一定的周期性。
目前，世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段，因而海洋能属于有待开发利用的新能源。其中，对于潮汐能的开发技术比较成熟，已进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能的利用处于试验研究阶段；海洋热能的利用正在进行工程性研究；海流和盐度差能的利用，仅处于原理研究阶段。
我国海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景十分广阔。全国大陆海岸线长达一万八千多公里，还有五千多个岛屿，其海岸线长约一万四千多公里，整个海域达490万平方公里。如果将我国的海洋能资源转换为有用的动力值，至少可达1.5亿千瓦，相当于目前我国电力总装机容量的两倍多。在海洋能的开发利用方面，当前我国还仅仅处于起步阶段，一些沿海地区先后研制成了各种试验性的发电装置，并建成了试验性的潮汐电站，为今后进一步开发利用海洋能源打下了初步的基础。
全世界海洋能的总储量，约为全球每年耗能量的几百倍甚至几千倍。这种海洋能是取之不尽、用之不竭的新能源。在不远的将来，海洋能在造福于人类方面，将发挥巨大而重要的作用。
海洋潮汐发电
你听说过吗？大海也会进行呼吸。
那一望无际、水天相连的海面上，万顷波涛汹涌，巨浪此起彼伏。奔腾不息的海水，时而拍打海岸，激起雪白的浪花；时而又远离海岸，露出大片的海滩。海水这种按一定时间作有规律的涨落活动，就好像海洋在有节奏地进行“呼吸”，这就是人们常说的潮汐现象。
海洋的潮汐，是由于月亮、太阳对地球上海水的吸引力和地球的自转而引起海水周期性、有节奏的垂直涨落现象。通常，将海水白天涨落叫“潮”，晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。由于月亮离地球较近，它对海水的吸引力约为太阳的2.7倍，因此月亮对海水的吸引力是产生潮汐的主要原因。潮汐天天发生，循环不已，永不停息。
海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，就把大量海水的动能转化为势能；在落潮过程中，海水又奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能又转化为动能。海水在涨落潮运动中所蕴含的大量动能和势能，称为潮汐能。
相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差比较小，一般仅有几十厘米，多的也只有一米左右。而喇叭状海岸或河口的地区，潮差就比较大。例如，加拿大的芬地湾、法国的塞纳河口、我国的钱塘江口、英国的泰晤士河口、巴西的亚马逊河口、印度和孟加拉国的恒河口等，都是世界上潮差较大的地区。其中，芬地湾的最高潮差达18米，是世界上潮差最大的地方。
海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大，潮汐能也越大。潮汐的能量是非常巨大的，据初步计算，全世界海洋储藏的潮汐能约有27亿千瓦，每年的发电量可达33，480万亿度。所以，人们把潮汐能称为“蓝色的煤海”。
随着科学技术的发展，人们已不满足于利用潮汐的力量来推动水车和水磨了，而是要用潮汐能来发电。目前，世界上法国、英国、美国、加拿大、独联体和阿根廷等许多国家都建造了潮汐发电站，其中以法国的朗斯潮汐电站最大，它的总装机容量为24万千瓦。
潮汐发电的原理与一般的水力发电相似，是在海湾或有潮汐的河口上建筑一座拦水堤坝，将入海河口和海湾隔开，建造一个天然水库，并在堤坝中或堤旁安装水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水轮机推动水轮发电机组发电。
总的来看，潮汐发电具有如下优点：
（1）潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地。
（2）潮汐发电站不像河川水电站那样受洪水和枯水的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种不受气候条件影响的、干净的发电站。
（3）潮汐电站的堤坝较低，容易建造，投资也较少。
海浪发电
如果说潮汐象征着海洋在不停地进就行“呼吸”，那么海浪就是海洋不断跳动着的脉搏。大海从来是不平静的，无风时它微波荡漾，有风时则巨浪翻滚。那奔腾咆哮的海浪猛烈地拍击着海边的岩石，发出雷鸣般的轰响声，激溅起高高的浪花。这是海浪在显示它那无穷的力量。
海浪的高度一般不超过20米，可是它冲击海岸时却能激起六、七十米高的浪花。这浪花曾将斯里兰卡海岸上一个六米高处的灯塔击碎；拍打海岸的激浪曾把法国契波格海港三吨半的重物抛过60米的高墙；在苏格兰，巨大的海浪把1350吨的庞然大物移动了10米；在荷兰的阿姆斯特丹，一个20吨重的海中混凝土块被海浪举起七米多高，又抛到距海面1.5米的防波堤上；1952年，一艘美国轮船在意大利西部海面上被浪头劈成两半，一半抛上了海岸，另一半冲到很远的海洋里。
由此可见，海浪蕴藏着巨大的能量。据测试，海浪对海岸的冲击力每平方米达20～30吨，最大甚至可达60吨。因此，人们早在几十年前就开始研究海浪能的利用，以便使它更好地为人类服务。
我国的黄海、东海的年平均波高1.5米，南海的平均波高一米，年平均波周期为六秒，据此可以估算出，我国沿海的海浪能约为每米20～40千瓦，总能量达1.7亿千瓦。全世界所具有的海浪能高达25亿千瓦，与潮汐能相近。
1964年，日本研制成了世界上第一个海浪发电装置——航标灯。虽然这台发电机发电的能力仅有60瓦，只够一盏灯使用，然而它却开创了人类利用海浪发电的新纪元。
利用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，因而是一种干净的发电技术。这种不占用任何土地，只要有海浪就能发电的方法，特别适合于那些无法架设电线的海岛使用。
70年代末期，日本研制成了一种大型海浪能发电船，并进行了海上试验。它能发出100～150千瓦的电能，而且具有远离海岸的电力传输装置。这艘发电船通常停泊在离岸三千米的海上，船长80米，宽12米，总重500吨，停泊海域的水深42米，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。
英国90年代初期在苏格兰建成了一座发电能力为 75千瓦的海浪发电站。英国是继挪威、日本之后利用海浪发电的第三个国家。英国的爱丁堡大学正在研制五万千瓦的海浪发电装置，而且还将在海岸以外的海面上建造海浪能发电站。挪威的科学家大胆提出用人力制造大的波浪来进行发电；这将使海浪发电的研究试验工作进入一个新阶段。
目前，世界上已有几百台海浪发电装置投入运行，但它们的发电功率都比较小，需要进一步改进完善。海浪能是人们从海洋中可以获得的重要能源，也是一种急待开发利用的现代新型能源。
海水盐差发电
海水里面由于溶解了不少矿物盐而有一种苦咸味，这给在海上生活的人用水带来一定困难，所以人们要将海水淡化，制取生活用水。然而，这种苦咸的海水大有用处，可用来发电，是一种能量巨大的海洋资源。
在大江大河的入海口，即江河水与海水相交融的地方，江河水是淡水，海水是咸水，淡水和咸水就会自发地扩散、混合，直到两者含盐浓度相等为止。在混合过程中，还将放出相当多的能量。这就是说，海水和淡水混合时，含盐浓度高的海水以较大的渗透压力向淡水扩散，而淡水也在向海水扩散，不过渗透压力小。这种渗透压力差所产生的能量，称为海水盐浓度差能，或者叫做海水盐差能。
海水盐差能是由于太阳辐射热使海水蒸发后浓度增加而产生的。被蒸发出来的大量水蒸汽在水循环过程中，又变成云和雨，重新回到海洋，同时放出能量。
由于海水盐差能的蕴藏量十分巨大，世界上许多国家如美国、日本、瑞典等，都在积极开展这方面的研究和开发利用工作。我国也很重视海水盐差能的开发利用，据估计，我国在河口地区的盐差能约有1.6亿千瓦。
海流能
顾名思义，海流就是海洋中的河流。浩瀚的海洋中除了有潮水的涨落和波浪的上下起伏之外，有一部分海水经常是朝着一定方向流动的。它犹如人体中流动着的血液，又好比是陆地上奔腾着的大河小溪，在海洋中常年默默奔流着。海流和陆地上的河流一样，也有一定的长度、宽度、深度和流速。一般情况下，海流长达几千公里，比长江、黄河还要长；而其宽度却比一般河流要大得多，可以是长江宽度的几十倍甚至上百倍；海流的速度通常为每小时1～2海里，有些可达到4～5海里。海流的速度一般在海洋表面比较大，而随着深度的增加则很快减小。
风力的大小和海水密度不同是产生海流的主要原因。由定向风持续地吹拂海面所引起的海流称为风海流；而由于海水密度不同所产生的海流称为密度流。归根结底，这两种海流的能量都来源于太阳的辐射能。海流和河流一样，也蕴藏着巨大的动能，它在流动中有很大的冲击力和潜能，因而也可以用来发电。据估计，世界大洋中所有海流的总功率达50亿千瓦左右，是海洋能中蕴藏量最大的一种。
我国海域辽阔，既有风海流，又有密度流；有沿岸海流，也有深海海流。这些海流的流速多在每小时0.5海里，流量变化不大，而且流向比较稳定。若以平均流量每秒100立方米计算，我国近海和沿岸海流的能量就可达到一亿千瓦以上，其中以台湾海峡和南海的海流能量最为丰富，它们将为发展我国沿海地区工业提供充足而廉价的电力。
利用海流发电比陆地上的河流优越得多，它既不受洪水的威胁，又不受枯水季节的影响，几乎以常年不变的水量和一定的流速流动，完全可成为人类可靠的能源。
海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再变换成高速，带动发电机发电。目前，海流发电站多是浮在海面上的。例如，一种叫“花环式”的海流发电站，是用一串螺旋桨组成的，它的两端固定在浮筒上，浮筒里装有发电机。整个电站迎着海流的方向漂浮在海面上，就像献给客人的花环一样。这种发电站之所以用一串螺旋桨组成，主要是因为海流的流速小，单位体积内所具有能量小的缘故。它的发电能力通常是比较小的，一般只能为灯塔和灯船提供电力，至多不过为潜水艇上的蓄电池充电而已。
美国曾设计过一种驳船式海流发电站，其发电能力比花环式发电站要大得多。这种发电站实际上就是一艘船，因此叫发电船似乎更合适些。在船舷两侧装着巨大的水轮，它们在海流推动下不断地转动，进而带动发电机发电。所发出的电力通过海底电缆送到岸上。这种驳船式发电站的发电能力约为五万千瓦，而且由于发电站是建在船上，所以当有狂风巨浪袭击时，它可以驶到附近港口躲避，以保证发电设备的安全。
70年代末期，国外研制了一种设计新颖的伞式海流发电站，这种电站也是建在船上的。它是将50个降落伞串在一根很长的绳子上来聚集海流能量的，绳子的两端相连，形成一个环形。然后，将绳子套在锚泊于海流的船尾的两个轮子上。置于海流中的降落伞由强大海流推动着，而处于逆流的伞就像大风把伞吸胀撑开一样，顺着海流方向运动。于是拴着降落伞的绳于又带动船上两个轮子，连接着轮子的发电机也就跟着转动而发出电来，它所发出的电力通过电缆输送到岸上。
海水温差能
辽阔的海洋，是一个巨大的“储热库”，它能大量地吸收辐射的太阳能，所得到的能量达60万亿千瓦左右；它又是一个巨大的“调温机”，调节着海洋表面和深层的水温。
海水的温度随着海洋深度的增加而降低。这是因为太阳辐射无法透射到400米以下的海水，海洋表层的海水与500米深处的海水温度差可达20℃以上。通常，将深度每增加100米的海水温度之差，称为温度递减率。一般来说，在100～200米的深度范围内，海水温度递减率最大；深度超过200米后，温度递减率显著减小；深度在1000米以上时，温度递减率则变得很微小。
海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能，或称海洋热能。利用海水温差能可以发电，这种发电方式叫海水温差发电。
现在新型的海水温差发电装置，是把海水引入太阳能加温池，把海水加热到45～60℃，有时可高达90℃，然后再把温水引进保持真空的汽锅蒸发进行发电。
用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡化功能。一座10万千瓦的海水温差发电站，每天可产生378立方米的淡水，可以用来解决工业用水和饮用水的需要。另外，由于电站抽取的深层冷海水中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所，可以增加近海捕鱼量。
生物能源——沼气能
沼气是一种可燃气体，由于这种气体最早是在沼泽、地塘中发现的，所以人们称它“沼气”。我们通常所说的沼气，并不是天然产生的，而是人工制取的，所以它属于二次能源。尽管早在1857年，德国化学家凯库勒就已查明了沼气的化学成分，但这个“出身低微”的气体能源，始终没有引起人们的重视。直到最近一、二十年来，随着对能源的需求不断增长，它才逐渐受到人们的注意，并开始崭露头角。由于作为能源的沼气，至今尚未得到广泛的应用，所以它还属于现代新能源的成员。
沼气的主要成分是甲烷 （CH）气体。通常，沼气中含有60～70％的甲
4烷，30～35％的二氧化碳，以及少量的氢气、氮气、硫化氢、一氧化碳、水蒸汽和少量高级的碳氢化合物。近年来，在沼气中还发现有少量剧毒的磷化氢气体，这可能是沼气会使人中毒的原因之一。
甲烷气体的发热值较高，因而沼气的发热值也较高，所以说沼气是一种优质的人工气体燃料。甲烷在常温下是一种无色、无味、无毒的气体，它比空气要轻。由于甲烷在水中的溶解度很低，因而可用水封的容器来储存它。甲烷在燃烧时产生淡蓝色的火焰，并放出大量的热。甲烷气体虽然无味，但由于沼气中掺杂有硫化氢气体，所以沼气常常带有一种臭蒜味或臭鸡蛋味。
生产沼气的原料丰富，来源广泛。人畜粪便、动植物遗体、工农业有机物废渣和废液等，在一定温度、湿度、酸度和缺氧的条件下，经厌氧性微生物的发酵作用，就能产生出沼气。
沼气是一种可以不断再生、就地生产就地消费、干净卫生、使用方便的新能源。在目前，它可以代替供应紧张的汽油、柴油，开动内燃机发电，驱动农机具加工农副产品，也可以用来煮饭照明。
从现今情况看来，使用沼气具有以下的优点：
（1）沼气不仅能解决农村能源问题，而且能增加有机肥料资源，提高质量和增加肥效，从而提高农作物产量，改良土壤。
（2）使用沼气，能大量节省秸杆、干草等有机物，以便用来生产牲畜饲料和作为造纸原料及手工业原材料。
（3）兴办沼气可以减少乱砍树木和乱铲草皮的现象，保护植被，使农业生产系统逐步向良性循环发展。
（4）兴办沼气，有利于净化环境和减少疾病的发生。这是因为在沼气池发酵处理过程中，人畜粪便中的病菌大量死亡，使环境卫生条件得到改善。
现在，世界上一些发达国家和能源短缺的发展中国家，如美国、德国、日本、法国、尼泊尔、菲律宾、印度等，都在积极开发和利用沼气。美国芝加哥市已建成连接市内各个垃圾坑的地下管道，垃圾腐烂后产生的大量沼气和二氧化碳，经过备有加热器和冷却器的沼气管道把二氧化碳排除掉，使沼气通过纵横交错的地下管道送到用户家中。尼泊尔的牛粪资源丰富，便利用牛粪制取的沼气，并从1976年开始推广使用。据计算，一头成年牛每天排出的粪便用来制取的沼气，可供一人一天做饭和照明之用。如果尼泊尔将全国的牛所产生的粪便都用来制取沼气，就可满足全国三分之二的人生活、燃料需要。
我国也是世界上积极开发利用沼气的国家之一。目前，全国有一千八百多个县的二千多万农民用上了这种新能源，共兴建沼气池四百多万个，沼气集中供应站1580处。我国的沼气建设也发展很快，已从单纯炊事、照明发展到综合利用的新阶段。
沼气可以用人工制取。制取的方法是，将有机物质如人畜粪便、动植物遗体等投入到沼气发酵池中，经过多种微生物的作用即可得到沼气。
那么，沼气中为什么有能量存在呢？这是因为自然界的植物不断地吸收太阳辐射的能量，并利用叶绿素将二氧化碳和水经光合作用合成有机物质，从而把太阳能储备起来。人和动物在吃了植物之后，约有一半左右的能量又随粪便排出体外。因此，人畜粪便或动植物遗体的生物能量经发酵后就可转换成可以燃烧的沼气。
人工制取沼气的关键，是创造一个适合于沼气细菌进行正常生命活动所需要的基本条件。因此，沼气的发酵必须在专门的沼气池进行。为了生产更多的沼气，就必须对发酵进行有效的控制。为此，在制取沼气的过程中，应注意以下两方面的问题：
一是严格密闭沼气池。沼气发酵中起主要作用的微生物是厌氧菌，只要有微量的氧气或氧化剂存在，就会阻碍发酵作用的正常进行。因此，密闭沼气池，杜绝氧气进入，是保证人工制取沼气成功的先决条件。
二是选用合适的原料。一般来说，所有的有机物质，包括人畜粪便、作物秸杆、青草、含有机物质的垃圾、工业废水和污泥等都可作为制取沼气的原料。然而，不同的原料所产生的沼气量也不同，所以，应根据需要选用合适的原料。
实践经验表明，作物秸杆、干草等原料，产生的沼气虽然缓慢，但较持久；人畜粪便、青草等原料产生气快但不持久；通常，是将两者合理搭配，以达到产气快而持久的目的。
在发酵的过程中，应经常搅拌发酵池中的发酵液，这可起到以下作用：
（1）使池内发酵原料与沼气细菌充分、均匀地接触，从而可使沼气细菌繁殖快、产气多。
（2）产生的沼气往往附着在发酵原料上，经过搅拌，可使小气泡聚集成大气泡，上升到储气间里。
（3）可似使上、下层产生的沼气都释放出来，进入储气间。
沼气对于目前我国广大农村来说，是一种比较理想的家庭燃料。它可以用来煮饭、照明，既方便，又干净，还可节约大量柴草生产饲料。使用沼气时，需要配备一定的用具，如炉具、灯具、水柱压力计、开关等。它们的作用在于使沼气与空气以适当的比例混合，并使之得到充分的燃烧。
沼气还可以用作农村机械的动力能源。在作为动力能源使用时，它既可直接用作煤气机的燃料，又可用作以汽油机或柴油机改装而成的沼气机的燃料，用这些动力机械可完成碾米、磨面、抽水、发电等工作。有的地区还用沼气开动汽车和拖拉机，使它的应用不断扩大。沼气作为机械动力能源有以下几方面的优点：
首先，沼气的价格比汽油、柴油便宜，因而用于农业机械可降低生产成本。
其次，沼气多为就地制取、就地使用的能源，不需要远距离运输和传送，减轻了国家交通运输的负担，也减轻了农民的经济负担。
第三，沼气不像煤炭、石油等主要工业能源受储量和产量所限，它可以根据需要大量制取，所以有着广阔的发展前景。
沼气不仅是一种干净的能源，而且在工业生产上可作为化工原料使用。沼气的主要成分是甲烷，这种气体在高温下能分解成碳和氢，因此，沼气可用来制造氢气和碳黑，并能进一步制造乙炔、合成汽油、酒精、塑料、人造纤维和人造皮革等各种化工产品，用途日益广泛。
在农村大力发展推广沼气，是我国实现农业现代化的一项重大措施，它不仅涉及到农村能源建设，而且是农村肥源建设、环境保护和卫生建设的重要内容。因此，我国对发展沼气很重视，一直在积极推广使用这种新能源。
发展沼气，可对农作物秸杆进行综合利用，即一部分农作物秸杆可作为牲畜饲料，而牲畜的排泄物及不能食用的秸杆则成为沼气的原料，所制得沼气作为燃料使用。农作物秸秆直接作燃料时，其热能利用率仅有10％；如果将秸杆作为发酵原料投进沼气池生产沼气，则其热能利用率可提高到 80％，而且沼气池中的残存水及污泥则是优质的有机肥料。
农作物在生长发育过程中，氮、磷、钾这三种元素起着重要的作用，而且需要量大。然而，土壤中这三种元素一般含量较少，或者以一种难以吸收的状态存在着，需要人们通过施肥去补充。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，因此沼气只利用粪便和作物秸杆中的碳、氢、氧等元素，而氮、磷、钾等元素则仍留在沼气池内，并通过微生物的作用变成了易为农作物吸收的速效氮和磷。另外，在沼气池沉渣中还含有许多有机质和腐殖酸，所以施加沼气肥对于增加土壤有机质含量，稳定和提高土壤肥力，以及提高农作物的产量，都有着十分重要的意义。
另外需要指出的是，人畜粪便经过沼气池密封发酵后，对沉淀及杀灭血吸虫和钩虫等寄生虫卵及一些病菌有着显著的效果，因此，发展沼气对于农村除害防病和搞好卫生也是件非常有利的事情。
我国广大农村有着丰富的沼气资源。预计，如果将全国的农作物秸杆和人畜粪便的一半利用起来，就可年产沼气650亿立方米。仅就它所产生的热能来说，就相当于节约一亿多吨的煤炭。由此可以看出，沼气在我国未来农村能源建设中有着多么重要的作用，而我们在农村推广沼气的使用又是一件多么紧迫的事情。
新时代“古老”能源——风能
在自然界，风是一种巨大的能源，它远远超过矿物能源所提供的能量总和，是一种取之不尽、尚未得到大量开发利用的能源。
风能是空气在流动过程中所产生的能量，而大气运动的能量来源于太阳辐射。由于地球表面各处受太阳辐射后散热的快慢不同，加之空气中水蒸汽的含量不同，从而引起各处气压的差异，结果高压地区空气便向低气压地区流动，从而形成了风，因此，风能是一种不断再生的没有污染的清洁能源。太阳不断地向地球辐射能量，而到达地球的太阳辐射能中，约有20％被地球大气层所吸收，其中只有很小的一部分被转化为风能，它相当于10，800亿吨煤所储藏的能量。据计算，风能量大约相当于目前地球上人类一年所消耗能量总和的100倍。
风能的大小和风速有关，风速越大，风所具有的能量就越大。通常，风速为8～10米/秒的五级风，可使小树摇摆，水面起波，吹到物体表面的力，每平方米面积上达10公斤；风速20～24米/秒的九级风，可以使平房屋顶和烟囱受到破坏，吹到物体表面的力每平方米面积上达50公斤；风速为50～60米/秒的台风，对于每平方米物体表面的压力，高达200公斤。整个大气中总风力的约1/4在陆地上空，而近地面层每年可供利用的风能，约相当于500万亿度的电力。由此可见，风能之大是多么的惊人。
人类对于风能的利用是比较早的。早在公元前一、二千年，我国就已开始使用风车。二千多年前我国已有了利用风力的帆船。19世纪末，人们开始研究风力发电，1891年丹麦建造了世界上第一座试验性的风能发电站；到了20世纪初，一些欧洲国家如荷兰、法国等，纷纷开展风能发电的研究。第二次世界大战期间，人们开始用小型螺旋桨式风车发电。风速为7～15米/秒的风力可发出300～500瓦的电，而且还能给蓄电池充电、用来照明或开动小型机器设备。60年代中期，由于石油供应比较充足，所以一些经济发达的国家对风能发电的研究兴趣有所减退。70年代中期以来，由于能源供应紧张，加之石油、煤炭对环境的污染日益严重，所以很多国家又开始对风能发电的研究重视起来，而且近年来还广泛开展了风能在海水淡化、航运、提水、供暖、制冷等方面的研究，使风能的利用范围得到了进一步扩大。
当前，世界各国对风能的利用，主要是以风能作动力和发电两种形式，其中以风力发电为主。以风能作动力，就是利用风轮来直接带动各种机械系统的装置，如带动水泵提水等。这种风力发动机的优点是，投资少、工效高、经济耐用。目前，世界上约有一百多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机。很多风力资源丰富的国家，还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。
利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。早在1910年，丹麦就已有数百个容量为5～25千瓦的风力发电站。到50年代中期，丹麦有成千个农庄利用风力发电照明和提供所需要的电力。美国曾建造过一台1250千瓦的发电站，但由于发电机叶片重达八吨而被折断，故只运行了一年多就停止了试验。法国在50年代也建造了一座800千瓦的风力发电站；前联邦德国建造的一座100千瓦的风力发电站，自1959年以来一直向电网供电。
通常，人们按容量大小将风力发电站分为大、中、小三种。容量在 10千瓦以下的为小型，10～100千瓦的为中型，100千瓦以上的为大型。中小型风力发电站主要用于充电、照明、卫星地面站电源、灯塔和作为导航设备的电源，以及为边远地区人口稀少而民用电力达不到的地方提供电能。大型风力发电站可用来为电网供电。目前，世界上投入运转的最大的风力发电站建造在德国，其发电能力为3000千瓦。
我国地域辽阔，蕴藏着非常丰富的风能资源。据计算，全国风能资源总储量约为每年16亿千瓦，其中近期可开发利用的约为每年1.6亿千瓦。我国东南、华东、华北地区沿海及岛屿的平均风速为6～7米/秒，而这些地区又迫切需要电力；西北牧区，地势较高，风速较大，平均风速在4米/秒以上，但这一带地广人稀，居民点分散，燃料奇缺，也迫切需要电能；西南地区一些山区风口，风速大，风向稳定，有着发展风力发电的优良条件。因此，在我国因地制宜地开发利用风能，不仅可以扩大能源，而且有助于解决边远地区孤立用电户的需要，因而有着现实的重要意义。
我国现在最大的风力发电站，是1983年建造在浙江泗礁岛上的40千瓦风力发电站，现已并网发电。由于内蒙古具有发展风力发电的优越条件，所以目前在这一地区已安装了风力发电机一千七百多台，装机总容量达19万多千瓦，基本上解决了牧民们用电的需要。
根据我国风能资源分布情况和当前的技术条件，近期开发利用风能的重点将放在内蒙古、东北、西北、西藏和东南沿海，以及岛屿、高山、风口等风能资源丰富的地区。在年平均风速超过6米/秒的地区，特别是电网很难达到的牧区、海岛和高山边远地区，开发利用风能资源更具有深远意义。
亟待开发的新能源——地热能
我们居住的地球，很像一个大热水瓶，外凉内热，而且越往里面温度越高。因此，人们把来自地球内部的热能，叫地热能。地球通过火山爆发和温泉等途径，将它内部的热能源源不断地输送到地面。人们所热衷的温泉，就是人类很早开始利用的一种地热能。然而，目前对地热能大规模的开发利用还处于初始阶段，所以说地热还属于一种新能源。
在距地面25～50千米的地球深处，温度为200～1000℃；若深度达到距地面6370千米即地心深处时，温度可据估算，如果按照当今世界动力消耗的速度完全只消耗地下热能，那么即使使用4100万年后，地球的温度也只降低1℃。由此可见，在地球内部蕴藏着多么丰富的热能。温度分布是很规律的，通常，在地壳最上部的十几千米范围内，地层的深度每增加30米，地层的温度便升高约1℃；在地下15～25千米之间，深度每增加100米，温度上升1.5℃；25千米以下的区域，深度每增加100米，温度只上升0.8℃；以后再深入到一定深度，温度就保持不变了。
地球深层为什么储存着如此多的热能呢？它们是从哪里来的？）对于这个问题，目前还处于探索阶段。不过，大多数学者认为，这是由于地球内部放射性物质自然发生蜕变的结果。在核反应的过程中，放出了大量的热能，再加上处于封闭、隔断的地层中，天长日久，经过逐渐的积聚，就形成了现在的地热能。值得指出的是，地热资源是一种可再生的能源，只要不超过地热资源的开发强度，它是能够补充而再生的。
通常，人们将地热资源分为四类：
第一类是水热资源。这是储存在地下蓄水层的大量地热资源，包括地热蒸汽和地热水。地热蒸汽容易开发利用，但储量很少，仅占已探明的地热资源总量的0.5％。而地热水的储量较大，约占已探明的地热资源的10％，其温度范围从接近室温到高达390℃。
第二类是地压资源。这是处于地层深处沉积岩中的含有甲烷的高盐分热水。由于上部的岩石覆盖层把热能封闭起来，使热水的压力超过水的静压力，温度约为150～260℃之间，其储量约是已探明的地热资源总量的20％。
第三类是干热岩。这是地层深处温度为150～650℃左右的热岩层，它所储存的热能约为已探明的地热资源总量的30%。
第四类是熔岩。这是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩，其温度高达650～1200℃。熔岩储藏的热能比其它几种都多，约占已探明地热资源总量的40％左右。
到目前为止，对于地热资源的利用主要是水热资源的开发。近年来，一些国家开始进行干热岩的开发研究和试验，开凿人造热泉就是干热岩的具体应用之一。而地压资源和熔岩资源的利用尚处于探索阶段。
我国是世界上开发利用地热资源较早的国家，发展也很快。北京就是当今世界上六个开发利用地热较好的首都之一 （其它五个是法国的巴黎、匈牙利的布达佩斯、保加利亚的索菲亚、冰岛的雷克亚未克和埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴）。
北京地热水温大都在25～70℃。由于地热水中含有氟、氢、镉、可溶性二氧化硅等特殊矿物成分，经过加工可制成饮用的矿泉水。有些地区的地热水中还含有硫化氢等，因而很适于浴疗和理疗。
目前，北京的地热资源已得到广泛利用。例如，用于采暖的面积已达32万多平方米，可节省建造锅炉房投资三百余万元，年节约煤1.8万吨，而且每年还可减少烧煤取暖带来的粉尘污染7.6吨。现有地热泉洗浴五十多处，日洗浴六万多人次；利用地热水养的非洲鲫鱼，生长快，肉味鲜美。北京一些印染厂还利用地热水进行印染和退浆，每年可节约煤几千吨。
除北京外，我国许多地区也拥有地热资源，仅温度在 100℃以下的天然出露的地热泉就有约三千五百多处。在西藏、云南和台湾等地，还有很多温度超过150℃以上的高温地热田。台湾省屏东县的一处热泉，温度曾达到140℃；在西藏的羊八井建有我国最大的地热电站，这个电站的地热井口温度平均为 140℃，发电装机容量为一万千瓦，今后在这里还将建设更大的地热电站。
从温泉分布来看，我国地热资源主要集中在东南沿海诸省和西藏、云南、四川西部等地，形成两个温泉数量多、温度高、埋藏浅的地热带，分别称为滨太平洋地热带和藏滇地热带。前一个地热带共有温泉六百多处，约占全国热水泉总数的三分之一，其中温泉水超过90℃的有几十处，有的还超过100℃；后一个地热带是我国大陆上水热活动最活跃的一个地区，有大量的喷泉和汽泉。这一地带共有温泉七百多处，其中高于当地沸点的水热活动区有近百处，是一个高温水汽分布带。此外，在我国东部的一些盆地内，也蕴藏着较丰富的地下热水，这一地区的范围很广，北起松辽平原、华北平原，南到江汉平原、北部湾海域。例如，天津市区及郊区附近有总面积近700平方公里的地热带，其中深度超过500米、温度在30℃以上的热水井达三百八十多口，最高水温为94℃，年总开采量近五千万吨，可利用的热量相当于三十多万吨标准煤。
地热在世界各地的分布也是很广泛的。美国阿拉斯加的“万烟谷”是世界上闻名的地热集中地，在24平方公里的范围内，有数万个天然蒸汽和热水的喷孔，喷出的热水和蒸汽最低温度为97℃，高温蒸汽达645℃，每秒喷出2300万公升的热水和蒸汽，每年从地球内部带往地面的热能相当于600万吨标准煤。新西兰约有近70个地热田和一千多个温泉。温泉的类型很多，有温度可达200～300℃的高温热泉；有时断时续的间歇喷泉；还有沸腾翻腾的泥浆地。横跨欧亚大陆的地中海——喜马拉雅地热带，从地中海北岸的意大利、匈牙利经过土耳其、独联体的高加索、伊朗、巴基斯坦和印度的北部、中国的西藏、缅甸、马来西亚，最后在印度尼西亚与环太平洋地热带相接。
有人做过计算，如果把全世界的火山爆发和地震释放的能量，以及热岩层所储存的能量除外，仅地下热水和地热蒸汽储存的热能总量，就为地球上全部煤储藏量的1.7亿倍。在地下三公里以内目前可供开采的地热，相当于29，000亿吨煤燃烧时释放的全部热量。可以看出，地热能的开发与利用有着广阔的前景。
对于地热能的开发与利用，如果从1904年意大利建成世界第一座地热发电站算起，已有近90年的历史了。但是，只有近二、三十年来地热能的开发利用才逐渐引起世界各国的普遍注意和重视。
据统计，目前世界上已有一百二十多个国家和地区发现或打出地热泉与地热井七千五百多处，使地热能的利用得到不断的扩大。地热能的利用，当前主要是在采暖、发电、育种、温室栽培、洗浴等方面。美国一所大学有三口深600米的地热水井，水温为89℃，可为总面积达46，000多平方米的校舍供暖，每年节约暖气费25万美元。法国计划到2000年利用地热为80万套住宅单元供暖，每年可节省燃油一百多万吨。冰岛虽然处在寒冷地带，但有着丰富的地热资源，目前全国人口的70％以上已采用地热供暖。
利用地热能发电，具有许多独特的优点：建造电站的投资少，通常低于水电站；发电成本比水电、火电和核电站都低；发电设备的利用时数较长；地热能干净，不污染环境；发电用过的蒸汽和热水，还可以用于取暖或其它方面。
现在，美国、日本、独联体、意大利、冰岛等许多国家都建成了不同规模的热电站，总计约有150座左右，装机总容量达320万千瓦。
地热发电的原理与一般火力发电相似，即利用地热能产生蒸汽，推动汽轮发电机组发出电来。日前，全世界约有四分之三的地热电站是利用高温水蒸汽为能源来发电的。这种电站是将地热蒸汽引出地面后，先进行净化，除掉所含的各种杂质，然后就可以推动汽轮发电机发电；以高温蒸汽为能源的地热电站，大多采用汽水分离的方法发电；对于以地下热水为能源的电站，一般通过一定的途径用地下热水为热源产生蒸汽，然后用蒸汽来推动汽轮发电机组发电。
另外，地热能在工业上可用于加热、干燥、制冷与冷藏、脱水加工、淡化海水和提取化学元素等；在医疗卫生方面，温泉水可以医治皮肤和关节等的疾病，许多国家都有供沐浴医疗用的温泉。
由于天然热泉较少，而且不是各地都有的，因而在一些没有天然热泉的地区，人们就利用广泛分布的干热岩型地热能人工造出地下热泉来。人造热泉是在干热岩型的热岩层上开凿而成的，世界上最早的人造热泉是在美国新墨西哥州北部开凿的，井深达3000米，热岩层的温度为200℃。
美国已建造了人造热泉热电厂，发电量为五万千瓦。另外，还在洛斯阿拉莫斯国立实验所钻了两眼深4389米的地热井，先把水泵入井内，12小时后再抽上来，这时水温已高达375℃。法国先后开凿了六眼人造热泉，其中每眼井深六千米，每小时可获得温度达200℃热水100吨。
目前，美国的地热发电站的装机容量已达930万千瓦，到2020年将增加到：3180万千瓦。
现在，随着科学技术的发展，人们开始在岩浆体导热源周围建立人工热能存积层，以便开发利用热源蒸汽的高温岩体来发电。人们预计，到本世纪末全世界地热发电的总能力可达一亿千瓦。
21世纪的理想能源——氢能
在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约 71％为水所覆盖，储水量很大；因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领。可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢气作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为动力的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。
用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气，用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁路罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4%的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究新的制氢方法。
随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。科学家在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便不断地分解出氢，成为发动机的能源。
本世纪 70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，以金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。
科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物。通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。
前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牲畜和家禽的饲料。
现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。
引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其它营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。
美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。
对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一此为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的运气管道输入陆地，以便供人们随时使用。
开发氢能还存在一种难题，那就是氢气的贮存。氢气虽然可以变成液体装在特制的钢瓶里，但是，液态氢的沸点很低，常温下的蒸汽压力又很大，贮存使用很不安全，因而在一般动力设备上很难推广应用。
为了解决氢的贮存问题，人们发现了钛、铌、镁、锆、镧等金属和它们的合金，能像海绵吸水一样将氢贮存起来，形成贮氢金属，而且还可根据需要随时将氢释放出来，这就大大方便了人们对氢的贮存、运送和使用。现在在美国已经有这种供给实验室用的小型“海绵罐”出售。有些贮氢金属如钛铁氢化物，利用空气加热放氢，就能使空气本身降温到零下20℃，因而可以制成不消耗能源的理想冰箱。
还有一些贮氢金属的放氢压力能随温度的高低而急剧变化，这样就可用来制成结构简单、无噪音、无振动的氢气压缩机。所以，人们将金属氢化物也称为“静止式氢气压缩器”。例如，金属氢化物——氢化钒（VH），当温
2度由25℃升高到200℃时，放出氢的压力就会由0.19兆帕 （1.9个大气压）急剧升高到87兆帕 （870个大气压），可以说是一种比较理想的压缩机。
神奇的磁流体发电
当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但是，这种发电方式的热效率很低，最高只有40％，浪费了大量的燃料，而且产生的废气、废渣污染环境。因此，人们要寻求和研制各种新型的发电方法，而磁流体发电经实践证明是一种可靠的新发电技术，可以将燃料热能直接变成电能。
本世纪50年代末期，人们发现如果将高温、高速流动的气体通过一个很强的磁场时，就能产生电流。后来，在此基础上就发展成为一种发电新技术，这就是引人注目的“磁流体发电”。
那么，高温、高速流动的气体通过磁场时，为什么会产生电流呢？
原来，这些气体在高温下发生电离，出现了一些自由电子，就使它变成了能够导电的高温等离子气体。根据法拉第的电磁感应定律，当高温等离子气体以高速流过一个强磁场时，就切割了磁力线，于是就产生了感应电流。
所谓“电离”，就是气体原子外层的电子不再受核力的约束，成为可以自由移动的自由电子。普通气体在7000℃左右的高温下才能被电离成磁流体发电所需要的等离子体。如果在气体中加入少量容易电离的低电位碱金属（一般为钾、钠、铯的化合物，如碳化钾）蒸汽，在3000℃时气体的电离程度就可达到磁流体发电的要求。在这种情况下，就可采用抽气的方法，使电离的气体高速通过强磁场，即可产生直流电。加热气体所用的热源，可以是煤炭、石油或天然气燃烧所产生的热能，也可以是核反应堆提供的热能。
磁流体发电作为一项发电新技术，它比一般的火力发电具有的优越性主要表现在以下几个方面：
首先，综合效率高。磁流体的热效率可以从火力发电的30～40％提高到50～60％，预计将来还会再提高。
其次，启动快。在几秒钟的时间内，磁流体发电就能达到满功率运行，这是其他任何发电装置无法相比的，因此，磁流体发电不仅可作为大功率民用电源，而且还可以作为高峰负荷电源和特殊电源使用，如作为风洞试验电源、激光武器的脉冲电源等。
再者，去硫方便，对环境污染少。磁流体发电虽然也使用煤炭、石油等燃料，但由于它使用的是细煤粉，而且高温气体还掺杂着少量的钾、钠和铯的化合物等，容易和硫发生化学反应，生成硫化物，在发电后回收这些金属的同时也将硫回收了。从这一点来说，磁流体发电可以充分利用含硫较多的劣质煤。另外，由于磁流体发电的热效率高，因而排放的废热也少，产生的污染物自然就少多了。
第四，没有高速旋转的部件，噪音小，设备结构简单，体积和重量也大大减小。
由于磁流体发电时的温度高，所以可将磁流体发电与其他发电方式联合组成效率高的大型发电站，作为经常满载运行的基本负荷电站。例如，将与一般火力发电组成磁流体——蒸汽联合循环发电，即让从磁流体发电机排出的高温气体再进入余热锅炉生产蒸汽，去推动汽轮发电机发电，其热效率可达50～60％。前苏联在1971年建造了一座磁流体——蒸汽联合循环试验电站，装机容量为7.5万千瓦，其中磁流体电机容量为2.5万千瓦。
美国是世界上研究磁流体发电最早的国家，1959年，美国就研制成功了11.5千瓦磁流体发电的试验装置。60年代中期以后，美国将它应用在军事上，建成了作为激光武器脉冲电源和风洞试验电源用的磁流体发电装置。
日本和前苏联都把磁流体发电列入国家重点能源攻关项目，并取得了引人注目的成果。前苏联已将磁流体发电用在地震预报和地质勘探等方面。1986年，前苏联开始兴建世界上第一座50万千瓦的磁流体和蒸汽联合电站，这座电站使用的燃料是天然气，它既可供电，又能供热，与一般的火力发电站相比，它可节省燃料20％。
磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径，所以世界各国都在积极研究燃煤磁流体发电。目前，世界上有17个国家在研究磁流体发电，而其中有13个国家研究的是燃煤磁流体发电，包括中国、印度、美国、波兰、法国、澳大利亚、前苏联等。
我国于本世纪60年代初期开始研究磁流体发电，先后在北京、上海、南京等地建成了试验基地。根据我国煤炭资源丰富的特点，我国将重点研究燃煤磁流体发电，并将它作为“863”计划中能源领域的两个研究主题之一，争取在短时间内赶上世界先进水平。
磁流体发电从开始研究到现在已有几十年的历史，目前，短时间磁流体发电装置已得到应用，而燃烧天然气的长时间磁流体发电站和燃煤磁流体发电都已投入运行，从而使磁流体发电的研究进入到大规模工业试验阶段。
随着科学技术的迅速发展，磁流体发电这项新技术必将获得进一步提高，为合理而有效地利用化学燃料创出一条新路。
人造能源
1988年初，北京煤炭利用研究所研制的易燃煤饼已跨洋过海，远销美国等一些国家。这种煤饼用一根火柴即可点燃，而且无烟、无味、燃烧时间长，热量大，因而受到用户的欢迎。易燃煤饼实际上是一种用化学合成方法生产的人造能源，这种人造能源是继初级能源、二次能源之后出现的第三能源。
近年来，由于煤、石油等常规能源的供应日趋紧张，因而使人造能源得到了迅速的发展，现在，它已成为能源大家庭中的一位重要成员。
有一种叫做“六甲四固体燃料”的东西，就是用化学合成方法制成的一种人造能源。它的主要原料是六甲基四胺和液氢，所以简称“六甲四固体燃料”。这种燃料一般压成块状使用，它在燃烧时所产生的热值比一般煤炭几乎高出一倍，火焰温度可达 730℃，而且燃烧时不产生烟灰，不放出有毒气体，不污染环境，燃烧后也不留灰渣，可说是一种既清洁而又效能高的燃料；当然，它最令人感兴趣的还是耗用量小。例如，一个三口人的小家庭，每天三顿饭只需用200克的六甲四固体燃料。一个月所用的燃料，只有几包盒装饼干那样大，搬运使用非常方便。
工业下脚料如锯沫、砻糠、酒渣和农作物收获后剩下的秸杆、稻草等，都是生产人造能源的好原料。通常，将它们炭化 （烧成炭状）或粉碎后，加入少量的六亚甲基四胺，就可制成块状、球状或蜂窝状的秸杆固体燃烧物。它燃烧时放出的热量与煤相当，但它使用方便，用火柴即可点燃，而且燃烧时无烟、无味，燃烧后留下的残渣也很少。
我国西北农业大学研制成一种将作物秸杆加工成固体燃料的成型机。这种机器能把麦草、玉米杆等加工成蜂窝煤状、球状、棒状等各种固体燃料，可大大提高燃料的热效率，比一般木材耐烧。一些专家认为，这种作物秸杆固化成型机能改变农村生活用能方式，有着广阔的发展前景和重要的推广价值。由这种机器加工的固体燃料，实际上是一种生产方法较简单的人造能源。
六甲四固体燃料和秸杆固体燃料，是崭露头角的两种新型燃料，在不远的将来，它们将会成为广泛使用的一种现代化燃料，点燃这两种固体燃料，需要使用专门制造的固体燃料灶具。这种灶具容易点燃和熄火，而且起火快，火力旺，火焰能随时调大凋小，还不产生烟和气味；在火力大小、使用方便和清洁卫生方面，它可以和现代的电灶、微波灶、红外灶媲美。这种固体燃料灶具，制造方便，成本较低，仅为石油液化气灶成本的十分之一。它的体积较小，容易搬运，也是野炊用的理想灶具。
制造固体燃料用的六亚甲基四胺，一般中小型化工厂都可生产，原料来源也比较丰富，它是采用甲醇、水、空气和氨合成的。有些生产合成氨的化肥厂，将设备改造一下，就可生产甲醇和氨，再增加些简单设备，就能生产六亚甲基四胺和固体燃料了。由此可以看出，将来氮肥厂兼营固体燃料或者转产固体燃料，当是一条前途光明的捷径。
现在，人们的生活越来越丰富多彩，然而每天消耗在演奏“锅、碗、瓢、盆交响曲”的时间却有点过长了。有了这些使用简便、清洁卫生的人造能源，就能将人们从繁忙的家务劳动中解放出来，特别是生活在广大农村的人们，都盼望着这一天早日到来。
燃料电池
燃料电池虽然也是电池家庭的成员，但是它与干电池、蓄电池都不同，它的化学燃料不是装在电池的内部，而是储存在电池的外部，可以按电池的需要，源源不断地提供化学燃料，就像往炉膛里添加煤和油一样，所以人们称它为燃料电池。
实际上，燃料电池能把燃料所具有的化学能连续而直接地转变成电能，其发电效率比现在应用的火力发电还高，因此，将它称为“新型发电机”似乎更合适些；但它又比一般的发电机优越，在发电的同时还可获得质量优良的水蒸汽。也就是说，燃料电池既能发电，又可供热，故其总的热效率可望达到80％。
燃料电池的原理早在一百多年前就被人们发现了，后来到1932年，科学家在理论上进行了论证，为研制现代燃料电池打下了基础。1958年，燃料电池正式问世，其输出功率为五千瓦，工作温度为200℃，所产生的电力足以开动风钻和电车。60年代，燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电源，为宇宙开发立下了汗马功劳。近年来，输出直流电4.8兆瓦的燃料电池发电厂的试验已获成功，人们正在进一步研究设计11兆瓦的燃料电池发电厂。
燃料电池在结构上与蓄电池相似，也是由正极、负极和电解质组成。其正极和负极大都是用铁和镍等惰性、微孔材料制成；从电池的正极把空气或者氧气输送进去，而从负极将氢气、碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气和一氧化碳等气体燃料输送进去，这时，在电池内部，气体燃料和氧发生电化学反应，于是，燃料的化学能便直接转变成了电能。
作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应，生成带正电的离子和带负电的电子，而电子通过外电路跑到正极上，与作为氧化剂的氧和电解质一起进行还原反应，最后生成带负电的离子。带电正离子和负离子在电解质中结合而生成水蒸汽，因此，只要不断地把燃料供给电池，并及时把电极上的反应产物和废电解质排走，就可以源源不断地提取电能和水蒸汽。
燃料电池与一般火力发电相比，具有以下几个优点：
（1）发电效率高，而且稳定。一般的火力发电的能源转换效率只有30～40％，而燃料电池在所有的发电装置中转换效率是最高的，目前已达到50～70％，预计将来可达到80％。
（2）工作可靠，不产生污染和噪音。燃料电池在反应过程中只产生水蒸汽，所以不会污染环境，由于它没有运动部件，自然不会产生噪音。
（3）使用方便，电损耗低。燃料电池可以安装在用户跟前，既简化了输电设备，又降低了输电线路的电损耗。
（4）建发电站用的时间短，而且还可根据需要随时扩大规模。燃料电池本身是由模式组合件构成的，几百上千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好，然后再把它运到燃料电池发电站去进行组装。因此，可大大缩短建站时间，而且电站规模可随着电力需求量的增加而不断扩大。
（5）它的体积小、重量轻、使用寿命长，单位体积输出的功率大，可以实现大功率供电。
目前，燃料电池主要在宇航工业、海洋开发和电气货车、通讯电源等方面得到实际应用。例如，美国的一艘潜艇用燃料电池代替铅蓄电池后，其潜水时间增加了三倍。
美国曾在70年代初期，建成了一座1000千瓦的燃料电池发电装置，随后，这套发电装置并入电网运行，成功地运行了一千多个小时。目前，美国的一些住宅区和商业区已开始用上40千瓦的燃烧电池。这种电源装置结构简单，使用维修方便，又不污染环境，因而很受用户欢迎。日本也在研制燃料电池，并在80年代初研制成功0.48万千瓦的磷酸解质电池。
现在人们已研制出一种新型高效能燃料电池，这种电池不仅价钱便宜，而且体积小，重量轻，污染少。这种由片状陶瓷制成的新型燃料电池，它的每个陶瓷片都由几层陶瓷组成，在陶瓷层间有许多微小的小三角形通道，燃料和空气分别从这些通道中流过，并穿过陶瓷薄壁而相互进行电化学反应。这种燃料电池的工作温度高达 800～1000℃，足以将所有的轻质碳氢燃料分解成有用的氢和一氧化碳。这样，像汽油、酒精、煤气等都可以作为这种燃料电池的燃料，从而扩大了它使用燃料的范围。
目前，这种高效能的燃料电池还处在研制阶段。人们预计，用来驱动汽车的小型陶瓷燃料电池将会在21世纪初得到实际应用，它的大小与现在汽车上的大蓄电池相似，可以输出50千瓦电力，供开动车辆使用。而且这种新颖的陶瓷燃料电池还将在其他方面发挥作用，美国准备将它用作战地发电机，以及作为无声电动坦克和“星球大战”计划卫星上的电源。
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