未来可再生能源的选择

先进社会需要外部能源来运输、取暖、通风、生产物品和舒适。随着世界人口的迅速增长，经济上、技术上和环境上可开采的碳氢化合物的可用供应减少，各国必须开始认真投资开发替代能源和战略。提高效率和保护目前已知的碳氢化合物储量将有助于延缓这种资源的枯竭，但它最终会耗尽或变得极其昂贵。为了维持世界文明的舒适和生产水平，必须加快可持续能源收集技术的研究和发展。

一次能源是指那些含有某种形式(高势能)的能量，能够直接转化为人类直接可利用的较低形式的能量的能源。这些包括化石燃料、核能和可再生资源等生物燃料、地热能、水电、太阳能发电潮汐能，以及风力发电．化石燃料最终会枯竭，造成严重污染，在开采过程中破坏环境，并排放温室气体。由于已知的铀资源将在几十年(铀235)到几千年(铀238)内耗尽，核燃料的数量有限，而且核能发电虽然高效和清洁，却受到如何处理放射性废物的问题的困扰。有可再生的、清洁的、高效的替代能源。

生物质燃料包括使用垃圾、玉米或其他蔬菜来发电。当垃圾分解时，它会产生甲烷，可以被捕获，然后燃烧来发电。燃烧垃圾可以产生能量，缓解垃圾填埋场的土地使用压力，但它也会产生与燃烧化石燃料类似的空气污染。植物油等生物燃料是由阳光和植物产生的二氧化碳(CO2)产生的。它可以被改造成像柴油一样燃烧，而且比汽油更安全，因为它有更高的闪点。然而，生产生物燃料所需的植物物质数量很大，并与为养活人类和牲畜而耕种的土地使用竞争，从而推高了粮食价格。种植、施肥和种植生物燃料也需要大量的燃料，因此一些人认为生物燃料经济没有净收益。

地热能在某些地方利用接近地表的热量资源地球区域，比如火山中心附近。大多数地方都存在效率较低的地热资源。在地下钻了两口井;水被注入其中，它被深处的热岩石加热。然后将水从另一口井中抽出，或以蒸汽的形式自然喷出。来自蒸汽的能量可以驱动涡轮机发电，来自水的热量可以用作家庭供暖等能源。地热能既便宜又清洁，但在地下地质条件使热物质靠近地表的特定地点最有效。

水力发电利用河流的重力势能，通过大坝、水槽或隧道，利用高海拔的水的压力通过涡轮机或水轮驱动特定的温度和压力，富含有机质的地层(即烃源岩)变得致密，有机物质发生化学反应，形成包括石油和天然气在内的碳氢化合物。这些流体和气体的密度比周围的岩石和水的密度都低，因此它们倾向于向上迁移，直到它们在地表逃逸或被困在不透水层之间，在那里它们可能形成一个石油油藏。

油气圈闭种类繁多，主要分为构造型和地层型。构造圈闭包括背斜，那里的岩层折叠成一个向上的拱形圆顶。在这些类型的圈闭中，被限制在不渗透层之间的渗透层中的石油(例如页岩层之间的砂岩层)可能会迁移到背斜穹顶的顶部，在那里被困住。如果断层穿过地层，它可能会形成一个屏障，也可能会成为石油泄漏的管道，这取决于断裂带中岩石的物理性质。在许多情况下，断层将含油渗透单元与不渗透层位并列，形成构造圈闭。盐穹顶在许多地方形成了穿穿含油地层层的底辟。它们通常会导致圆顶周围的岩层向上隆起，形成一种背斜圈闭，在许多地区已经产生了大量的石油。地层圈闭主要是在透镜状砂岩单元上下发现两个不透水层(如页岩)时发现的，透镜状砂岩单元横向挤压形成楔形圈闭。这些条件通常满足被动的利润率,在那里的过犯海洋的退化导致了沙子发电机或磨坊。水力发电厂是清洁的，在许多情况下，水可以储存起来以供高峰需求时使用，还有许多未开发的地方具有很大的潜力来产生新的水力发电。然而，在河流上修建大坝严重影响了生态环境河流动力学还有生态，所以水力发电的未来可能主要在于地下隧道可以利用重力势能，但不会严重破坏河流环境。

太阳能利用太阳能电池将阳光转化为电能，利用太阳系中最稳定的能源。阳光可以加热水或空气太阳能电池板使用抛物面镜产生蒸汽，或者以一种更被动的方式使用，利用进入窗户的光来加热建筑物。太阳能在太阳辐射最高的地方是最有效的。美国西南部阳光充足的沙漠地区比太平洋西北地区更适合太阳能发电，而太平洋西北地区一年中的许多天都被云层笼罩。太阳能电池板的工作效率不同，这取决于阳光条件和它们的结构。假设效率为20%，如果亚利桑那州的面积上覆盖了太阳能电池板，美国所有的能源需求都可以满足。太阳能需要一个补充的储能系统，因为它在夜间或多云天气是不可用的。

潮汐能可以通过建筑加以利用蓄水大坝在涨潮时捕获水，在退潮时通过涡轮机缓慢释放水。水轮机也可以建在有强烈潮流的地区，大部分基础设施都在水下。这些涡轮机可以连接到发电机或气体压缩机，然后将能量存储为压缩气体，这些压缩气体可以在需要时缓慢释放，以驱动涡轮机发电。

风力发电通过放置大型的风力涡轮机在持续有风的地方。风带动涡轮机的叶片，从而引起磁铁的旋转，进而产生电力。有些地方容易有稳定的强风，这些地方可能是风力发电场在那里，人们建起了许多带有大叶片的高塔来利用风能。这种能源是清洁的，不产生化学物质或空气污染，而且是可再生的。涡轮机的叶片离地很高，所以陆地上的风力发电场可以与土地的主要用途一起运作，比如放牧或耕种。风力发电场也可以建在离岸合适的地方;然而，它们会干扰雷达系统，因此如果放置不当，可能会对国家安全构成威胁。此外，风并不总是可预测或可靠的，因此风力发电需要有一个存储系统或与其他系统一起建造能源系统．一些社区认为风力发电场很碍眼，还有一些据说会产生低频噪音，影响一些人和动物。

世界上廉价碳氢化合物储备的供应正在枯竭。研究未来的能源使用趋势，很明显，许多不同类型的可再生能源资源需要整合到一个智能系统中，以响应地方和国家的需要，并继续为文明的舒适和发展提供所需的能源。

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