电子学/历史/第 4 章

频谱

束功率

微波可用于远距离传输能量，

第二次世界大战后，人们进行了研究以检验这些可能性。美国国家航空航天局在 1970 年代和 1980 年代初期开展了研究，研究利用大型太阳能电池阵列的太阳能卫星 (SPS) 系统，通过微波将能量束射到地球表面。

范艾伦辐射带

在太空时代之前，人们已经推测出存在辐射带，而探险者 1 号于1 月 31 日，1958 年和探险者 3 号任务（由詹姆斯·范·艾伦博士领导）证实了该辐射带的存在。被困的辐射最初是由探险者 4 号和先锋 3 号绘制的。

调频

在 1960 年代初，调频广播中加入了新技术，使其能够进行调频立体声传输，其中调频无线电信号用于使用导频音多路复用系统来传送立体声声音。

超高频

1949 年 12 月 29 日，康涅狄格州布里奇波特的 KC2XAK 成为第一个在常规每日时间表上运行的超高频电视台。

在英国，超高频电视于 1964 年 BBC TWO 频道开播时开始。BBC ONE 和 ITV 频道随后跟进，彩色电视于 1967 年至 1969 年间仅在超高频频道上推出。如今，所有英国地面电视频道（模拟和数字）都使用超高频。

联邦通信委员会

联邦通信委员会 (FCC) 是美国政府的一个独立机构，由国会法令创建、指导和授权。

联邦通信委员会由 1934 年的《通信法》设立，接替了联邦无线电委员会，负责监管所有非联邦政府对无线电频谱的使用（包括广播和电视广播），以及所有州际通信（有线、卫星和电缆）以及所有起源或终止于美国的所有国际通信。联邦通信委员会从州际商务委员会接管了有线通信监管。联邦通信委员会的管辖范围涵盖 50 个州、哥伦比亚特区和美国属地。

目录 [显示隐藏] 1 组织 2 历史 2.1 关于连锁广播的报告 2.2 电视台分配 3 监管权力 4 外部链接

组织联邦通信委员会由总统任命、参议院确认的五名委员领导，任期 5 年，除非是为了填补未满的任期。总统指定其中一名委员担任主席。只有三名委员可以是同一政党成员。他们都不能在与委员会相关的任何业务中拥有财务利益。

作为委员会的首席执行官，主席将管理和行政职责委托给管理总监。委员监督所有联邦通信委员会活动，并将职责委托给工作人员单位和局。现任联邦通信委员会主席是迈克尔·鲍威尔，他是国务卿科林·鲍威尔的儿子。其他四位现任委员是凯瑟琳·阿伯内西、迈克尔·科普斯、凯文·马丁和乔纳森·阿德尔斯坦。

历史关于连锁广播的报告 1940 年，联邦通信委员会发布了“关于连锁广播的报告”。该报告中的主要内容是 NBC 的拆分（见美国广播公司），但还有另外两个重要内容。一个是网络选择时间，罪魁祸首是 CBS。该报告限制了网络每天广播的时间，以及可以广播的时间段。以前，网络可以要求附属机构提供任何他们想要的时间。第二个涉及艺人经纪公司。网络充当艺人的经纪人和雇员，这是一种该报告纠正的利益冲突。

电视台分配联邦通信委员会为电视分配了甚高频 (VHF) 频段，并为电视分配了 1-13 个频道。这 13 个频道只能容纳全国 400 个电视台，并且在 1940 年代初期，由于技术发展水平，无法容纳彩色电视。因此，1944 年，CBS 建议将所有电视转换为超高频 (UHF) 频段，这将解决频率和彩色问题。CBS 的提议只有一个缺陷，就是所有人都不同意。1945 年和 1946 年，联邦通信委员会就 CBS 的计划举行了听证会。RCA 表示 CBS 不会在 5-10 年内准备好其彩色系统。CBS 声称其彩色系统将在 1947 年中期准备好。CBS 还进行了演示，画面质量很高。1946 年 10 月，RCA 推出了一种质量较差的彩色系统，该系统与现有的 VHF 黑白系统部分兼容。1947 年 3 月，联邦通信委员会表示 CBS 还没有准备好，并下令继续使用现有的系统。RCA 保证其电子彩色系统将在五年内（1947 年）完全兼容，并且需要适配器才能在黑白电视机上观看彩色节目。

1945 年，联邦通信委员会将调频广播迁移到更高的频率。联邦通信委员会还允许调频台同时广播调幅节目。尽管存在这两个缺点，CBS 还是将赌注押在了调频上，并放弃了一些电视应用。CBS 认为电视会根据其计划迁移，因此延迟了迁移。不幸的是，对于 CBS 而言，调频并非一个有利可图的行业，而电视却是。那一年，联邦通信委员会将电视台之间在同一频道上运行的最小距离设定为 150 英里。

1948 年，电视台之间出现了干扰，因此联邦通信委员会冻结了新电视台申请的处理流程。9 月 30 日，也就是冻结开始的那天，共有 22 个城市拥有 37 个电视台，还有 86 个电视台获得了批准。另外还有 303 个申请被提交，但没有得到批准。在所有已批准的电视台建成之后，或者没有建成，其分布情况如下：纽约和洛杉矶各拥有 7 个电视台；另外 24 个城市拥有两个或更多电视台；大多数城市只有一个电视台，包括休斯顿、堪萨斯城、密尔沃基、匹兹堡和圣路易斯。在冻结期间，只有 64 个城市拥有电视，并且只有 108 个电视台在运行。冻结最初仅为六个月，只是为了研究干扰问题。由于朝鲜战争爆发，冻结最终持续了三年半。在冻结期间，干扰问题得到了解决，联邦通信委员会就彩色电视和超高频做出了决定。1950 年 10 月，联邦通信委员会首次做出了支持 CBS 彩色电视的决定。此前，RCA 做出的决定是在查尔斯·丹尼担任主席期间做出的。他后来于 1947 年辞职，担任 RCA 副总裁兼总法律顾问。该决定批准了 CBS 的机械旋转轮彩色电视系统，现在可以使用 VHF 频段，但仍与黑白电视机不兼容。

RCA 拥有一种新的兼容系统，据电视评论家称，该系统的质量与 CBS 的系统相当，他们一直上诉至美国最高法院，并在 1951 年 5 月败诉，但其法律诉讼确实成功地推翻了 CBS 的彩色电视系统，因为在法律诉讼期间，更多黑白电视机被售出。当 CBS 最终在 1951 年年中开始使用其彩色电视系统进行广播时，大多数美国电视观众已经拥有与 CBS 彩色系统不兼容的黑白接收器。1951 年 10 月，国家生产局下令 CBS 停止彩色电视的工作，据说这是为了帮助解决朝鲜局势。该局由威廉·佩利的副手领导，威廉·佩利是 CBS 的负责人。

美国联邦通信委员会（FCC）在 1952 年初，在主席韦恩·科伊的领导下，发布了第六份报告和命令。它设立了 70 个超高频 (UHF) 频道 (14-83)，提供了 1400 个新的潜在电台。它还为教育预留了 242 个电台，其中大部分位于超高频频段。委员会还增加了 220 个甚高频 (VHF) 电台。甚高频被减少到 12 个频道，其中频道 1 被分配给其他用途，频道 2-12 仅用于电视，以减少干扰。这结束了冻结。1953 年 3 月，众议院州际与对外贸易委员会就彩色电视举行了听证会。美国无线电公司 (RCA) 和美国国家电视系统委员会 (NTSC) 提出了 RCA 系统。NTSC 包含了当时所有主要电视制造商。3 月 25 日，哥伦比亚广播公司 (CBS) 总裁弗兰克·斯坦顿承认，追求其彩色系统将“经济上不智”，实际上，CBS 输掉了这场竞争。

1953 年 12 月 17 日，美国联邦通信委员会推翻了其关于彩色的决定，批准了 RCA 系统。具有讽刺意味的是，彩色电视并没有很好地销售。在 1954 年的前六个月，仅售出了 8000 台彩色电视机，而黑白电视机则售出了 2300 万台。西屋电气公司进行了一次大规模的全国推广，在全国售出了 30 台彩色电视机。这些电视机体积庞大、价格昂贵，而且不包括超高频。

问题在于，除非人们拥有超高频调谐器，否则超高频电台不会成功，而除非有超高频广播公司，否则人们不会自愿为超高频调谐器付费。在 1952 年至 1959 年间开播的 165 个超高频电台中，有 55% 停播。在开播的超高频电台中，有 75% 亏损。超高频面临以下问题：(1) 与甚高频电台相比，超高频电台的技术劣势；(2) 超高频和甚高频电台在同一市场上的混合，以及数百万台仅支持甚高频的接收机；(3) 对超高频电视功能和需求的缺乏信心。关于取消混合（将一些城市设为仅支持甚高频，而其他城市设为仅支持超高频）的建议没有被采纳，因为大多数现有电视机不支持超高频。最终，FCC 要求所有电视机都必须配备超高频调谐器。然而，四十多年后，尽管有有线电视，超高频仍然被认为比甚高频差，而且甚高频频道的收视率通常高于超高频频道。

20 世纪 50 年代甚高频和超高频之间的分配以及超高频调谐器的缺乏，与 50 年后数字电视面临的高清电视困境完全类似。

监管权力美国联邦通信委员会拥有一个主要的监管武器，即吊销执照，但除此之外，对广播电台几乎没有影响力。它不愿这样做，因为它在大多数数以万计的电台的执照三年一更新的信息方面几乎处于真空状态。广播执照应该在电台满足“公众利益、便利或必要性”的情况下进行更新。美国联邦通信委员会很少进行检查，除非有特殊原因，否则举证责任将由投诉人承担。不到 1% 的电台续签没有立即获得批准，而实际被拒绝的电台只占一小部分。

注意：美国国家电信和信息管理局 (NTIA) 拥有类似的联邦政府电信监管权限。

来源：来自联邦标准 1037C

另请参阅：媒体所有权集中、公平主义原则、频率分配、开放频谱

磁控管

在第二次世界大战期间的雷达开发中，迫切需要一种微波发生器，能够以更短的波长工作，大约 10 厘米，而不是当时发生器可提供的 150 厘米。1940 年，英国伯明翰大学的约翰·兰德尔和哈里·布特制造了一个腔磁控管的原型，并很快设法将它的功率输出提高了 100 倍。1941 年 8 月，第一批生产模型被运往美国。

调频

调频广播是一种由埃德温·霍华德·阿姆斯特朗发明的广播技术，它使用频率调制来提供高保真广播无线电声音。

W1XOJ 是第一个调频广播电台，1937 年获得 FCC 的建设许可证。1940 年 1 月 5 日，调频广播首次向 FCC 展示。1940 年，调频广播被分配到频谱的 42 到 50 兆赫频段。

第二次世界大战后，FCC 于 1945 年 6 月 27 日将调频广播迁移到 88 到 106 兆赫之间的频率，使得所有战前调频广播失效。这一举动严重打击了公众对调频广播的信心，并因此阻碍了调频广播的发展。1945 年 3 月 1 日，W47NV 开始在田纳西州纳什维尔运营，成为第一个现代商业调频广播电台。

电视

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电视是一种用于在远处广播和接收活动图像和声音的电信系统。这个词已经涵盖了电视节目和传输的所有方面。电视已经成为后现代文化的代名词。电视是一个混合词，来自希腊语和拉丁语。“Tele-” 是希腊语中的“远”，而“-vision” 来自拉丁语“visio”，意思是“视觉”或“视力”。

目录 [显示/隐藏] 1 历史 2 电视标准 3 电视宽高比 4 宽高比不兼容性 5 新发展 6 电视机 7 广告 8 美国网络 9 欧洲网络 10 口语名称 11 相关条目 11.1 外部链接 11.2 另请参阅： 12 进一步阅读 12.1 电视作为社会病原体、鸦片、大众思想控制等

历史保罗·戈特利布·尼普科夫在 1884 年提出并获得了第一个机电电视系统的专利。

1908 年 6 月 18 日，A. A. 坎贝尔·斯温顿在《自然》杂志上发表了一封信，描述了使用卡尔·费迪南德·布劳恩发明的阴极射线管的电子电视概念。他在 1911 年就该主题作了演讲，并展示了电路图。

第一个半机械模拟电视系统由约翰·洛吉·贝尔德在 1924 年 2 月于伦敦展示，贝尔德在 1925 年 10 月 30 日展示了一张活动图像。第一个长距离公共电视广播从华盛顿特区到纽约市，发生在 1927 年 4 月 7 日。展示的图像当时是商务部长赫伯特·胡佛。菲洛·泰勒·法恩斯沃思在 1927 年秋天展示了一个全电子系统。第一个模拟服务是 WGY，位于纽约州斯肯尼克塔迪，于 1928 年 5 月 11 日开始运行。第一个英国电视戏剧“嘴里的花人”于 1930 年 7 月播出。CBS 的纽约市电台于 1931 年 7 月 21 日在美国开始广播第一个每周七天的常规电视节目。第一次广播包括市长詹姆斯·J·沃克、凯特·史密斯和乔治·格什温。第一个全电子电视服务由唐·李广播公司在加州洛杉矶开始。他们的开播日期是 1931 年 12 月 23 日，电台名为 W6XAO，后来改名为 KTSL。洛杉矶是美国唯一一个避免机械电视带来的错误开端的城市。

1932 年，英国广播公司 (BBC) 推出了使用贝尔德 30 行系统的服务，这些传输一直持续到 1935 年 9 月 11 日。1936 年 11 月 2 日，BBC 开始广播双系统服务，在马可尼-爱米高分辨率 (每图像 405 行) 服务和贝尔德从伦敦亚历山德拉宫发出的改进后的 240 行标准之间每周轮流切换。六个月后，英国广播公司决定马可尼-爱米的电子图像提供了更优越的图像，并将其作为其标准。这项服务被称为“世界上第一个定期高清公共电视服务”，因为早些时候德国已经以 180 行标准广播了定期电视服务。第二次世界大战的爆发导致该服务暂停。电视传输仅在 1946 年从亚历山德拉宫恢复。

第一次现场跨大陆电视广播发生在 1955 年 9 月 4 日，地点是加州旧金山，内容是日本和平条约会议。

节目在电视台（有时称为频道）上播放。最初，地面广播是电视唯一的分发方式。由于带宽有限，政府监管是正常的。在美国，美国联邦通信委员会允许电台播放广告，但坚持要求公共服务节目承诺作为获得许可的条件。相比之下，英国选择了不同的道路，对英国广播公司征收电视许可费（实际上是税收）来为其提供资金，而公共服务是其皇家特许的一部分。20 世纪 70 年代有线电视和卫星电视分发方式的发展促使商人将频道定位于特定受众，并推动了以订阅为基础的电视频道的兴起，例如 HBO 和 Sky。如今，世界上几乎每个国家都至少发展了一个电视频道。电视在世界各地发展起来，使每个国家都能与其他国家分享其文化和社会方面的特色。

电视标准请参阅广播电视系统。

电视广播的分发方式有很多，包括模拟和数字版本的

   * Terrestrial television
   * Satellite television
   * Cable television
   * MMDS (Wireless cable)

电视宽高比所有这些早期的电视系统都共享相同的 4:3 宽高比，这是为了匹配当时电影中使用的学院比率而选择的。这个比率也足够方形，可以方便地在一圈圆形的阴极射线管 (CRT) 上观看，而当时的技术只能生产这种阴极射线管——如今的 CRT 技术可以制造出更宽的阴极射线管。然而，由于与 CRT 在垃圾填埋场处置相关的重金属对健康的负面影响，以及缺乏 CRT 宽高比限制的平板显示技术的空间节省属性，CRT 正在慢慢变得过时。

在 20 世纪 50 年代，电影制片厂转向了宽屏宽高比，例如“环球银幕”，以试图将其产品与电视区分开来。

转向数字电视系统是一个机会，可以将标准电视图像格式从旧的 4:3 (1.33:1) 宽高比更改为 16:9 (1.78:1) 的宽高比。这使电视能够更接近现代宽屏电影的宽高比，范围从 1.85:1 到 2.35:1。“宽屏”DVD 首次引入了 16:9 格式。DVD 提供两种传输宽屏内容的方法，其中较好的一种方法使用称为变形宽屏格式。这种格式与将宽屏电影画面放入 1.33:1 35 毫米电影画面中的技术非常相似。图像在录制时被水平压缩，然后在播放时被再次扩展。美国的 ATSC 高清电视系统使用直宽屏格式，不进行图像压缩或扩展。

数字电视的引入没有技术上的原因需要这种宽高比的改变，但出于营销原因，人们决定引入这些变化。

宽高比不兼容在传统的宽高比电视屏幕上显示宽屏原始图像会带来相当大的问题，因为图像必须以以下两种方式显示：

   * in "letterbox" format, with black stripes at the top and bottom
   * with part of the image being cropped, usually the extreme left and right of the image being cut off (or in "pan and scan", parts selected by an operator)
   * with the image horizontally compressed

传统的宽高比图像可以在宽屏电视上显示

   * with black vertical bars to the left and right
   * with upper and lower portions of the image cut off
   * with the image horizontally distorted

一种常见的折衷方案是以 14:9 的宽高比拍摄或制作素材，并在 4:3 的显示中丢失两侧的一些图像，并在 16:9 的显示中丢失顶部和底部的一些图像。

水平扩展在多人观看同一台电视的情况下具有优势；它可以弥补斜视观看的缺陷。

新进展

   * Digital television (DTV)
   * High Definition TV (HDTV)
   * Pay Per View
   * Web TV
   * programming on-demand.

电视机最早的电视机是带有电视设备的收音机，电视设备包括一个氖气管和一个机械旋转的圆盘（尼普科夫圆盘，由保罗·戈特利布·尼普科夫发明），该圆盘产生红色的邮票大小的图像。第一家公开播出的电子服务于 1935 年 3 月在德国开始。它有 180 行分辨率，仅在 22 个公共观看室提供。第一次重大广播之一是 1936 年的柏林奥运会。德国人在 1937 年秋季拥有 441 行系统。（来源：早期电子电视）

第二次世界大战后，随着战争相关的技术进步和可支配收入的增加，电视的使用量激增。（1930 年代的电视接收机相当于今天的 7000 美元（2001 年），并且几乎没有可用的节目。）

多年来，不同国家使用不同的技术标准。法国最初采用德国 441 行标准，但后来升级到 819 行，这使得任何模拟电视系统的图像清晰度最高，大约是英国 405 行系统的四倍分辨率。最终，整个欧洲都切换到 625 行标准，又一次效仿了德国的例子。与此同时，北美保留了最初的 525 行标准。

带有 VHF “兔耳”天线和环形 UHF 天线的电视机。电视在最初以及至今最流行的形式中，是通过 VHF 和 UHF 频段的无线电波发送图像和声音，这些无线电波被接收机（电视机）接收。从这个意义上说，它是无线电的延伸。广播电视需要天线（英国：天线）。它可以是安装在室外的外部天线，也可以是安装在电视机上或附近的较小天线。通常情况下，它是一个可调节的偶极天线，称为 VHF 频段的“兔耳”和 UHF 频段的小环形天线。

彩色电视于 1953 年 12 月 30 日上市，由 CBS 网络提供支持。政府批准了 CBS 提出的彩色广播系统，但当 RCA 推出一种可以在未经修改的旧黑白电视机上观看彩色广播的系统时，CBS 放弃了自己的提议，并使用了新的系统。

欧洲彩色电视机在 1960 年代的开发稍晚一些，并且受到持续的技术标准分歧的阻碍。德国 PAL 系统最终被西德、英国、澳大利亚、新西兰、非洲大部分地区、亚洲和南美洲以及除法国外的多数西欧国家采用。法国推出了自己的 SECAM 标准，该标准最终在东欧大部分地区被采用。这两个系统都在 UHF 频率上广播，并采用了更高清晰度的 625 行系统。

从 1990 年代开始，现代电视机出现了三种不同的趋势。

   * standalone TV sets;
   * integrated systems with DVD players and/or VHS VCR capabilities built into the TV set itself (mostly for small size TVs with up to 17" screen, the main idea is to have a complete portable system);
   * component systems with separate big screen video monitor, tuner, audio system which the owner connects the pieces together as a high-end home theater system. This approach appeals to videophiles that prefer components that can be upgraded separately.

现代电视机中使用多种类型的视频显示器。最常见的是用于 40 英寸（4:3）和 46 英寸（16:9）对角线的直接观察 CRT。大多数大屏幕电视（高达 100 英寸以上）使用投影技术。投影电视中使用三种类型的投影系统：基于 CRT、基于 LCD 和基于反射成像芯片的系统。现代技术的进步将平板显示器带入了电视机，这些显示器使用主动矩阵 LCD 或等离子显示技术。平板显示器的厚度只有 4 英寸，可以像图片一样挂在墙上。它们非常吸引人且节省空间，但仍然很昂贵。

如今，一些电视机包含一个端口，可以将外设连接到电视机，或将电视机连接到 A/V 家庭网络（HAVI），例如 LG RZ-17LZ10，它包含一个 USB 端口，可以连接鼠标、键盘等（用于 WebTV，现在品牌为 MSN TV）。

即使是简单的视频，也有五种标准的方法可以连接设备。它们如下所示。

   * Component Video- three separate connectors, with one brightness channel and two color channels (hue and saturation), and is usually referred to as Y, B-Y, R-Y, or Y Pr Pb. This provides for high quality pictures and is usually used inside professional studios. However, it is being used more in home theater for DVDs and high end sources. Audio is not carried on this cable.

   * SCART - A large 21 pin connector that may carry Composite video, S-Video or, for better quality, separate red, green and blue (RGB) signals and two-channel sound, along with a number of control signals. This system is standard in Europe but rarely found elsewhere.

   * S-Video - two separate channels, one carrying brightness, the other carrying color. Also referred to as Y/C video. Provides most of the benefit of component video, with slightly less color fidelity. Use started in the 1980s for S-VHS, Hi-8, and early DVD players to relay high quality video. Audio is not carried on this cable.

   * Composite video - The most common form of connecting external devices, putting all the video information into one stream. Most televisions provide this option with a yellow RCA jack. Audio is not carried on this cable.

   * Coaxial or RF (coaxial cable) - All audio channels and picture components are transmitted through one wire and modulated on a radio frequency. Most TVs manufactured during the past 15-20 years accept coaxial connection, and the video is typically "tuned" on channel 3 or 4. This is the type of cable usually used for cable television.

广告从该媒体的早期开始，电视就被用作广告载体。自 1940 年代后期在美国问世以来，电视广告已成为迄今为止最有效、最普遍、最流行的销售各种产品的方法。美国广告费率主要由尼尔森收视率决定。

美国网络在美国，三家最初的商业电视网络（ABC、CBS 和 NBC）为其附属电视台提供黄金时段节目，供这些电视台在周一至周六晚上 8 点至 11 点和周日晚上 7 点至 11 点播出。（中部和山区时间分别为晚上 7 点至 10 点、晚上 6 点至 10 点）。大多数电视台都会采购其他节目，通常是联合制作的节目，在黄金时段以外的时间播出。福克斯网络没有为黄金时段的最后一小时提供节目；因此，许多福克斯附属电视台在那个时间播出当地新闻节目。三个较新的广播网络，WB、PAX 和 UPN，也没有像所谓的传统网络那样提供那么多网络节目。

欧洲网络在欧洲大部分地区，电视广播历史上一直由国家主导，而不是商业组织，尽管近年来商业电视台的数量有所增加。在英国，主要的国家广播机构是 BBC（英国广播公司），商业广播机构包括 ITV（独立电视台）、第四频道和第五频道，以及卫星广播机构英国天空广播。其他领先的欧洲网络包括 RAI（意大利）、法国电视一台（法国）、德国广播联盟（德国）、RTÉ（爱尔兰）和卫星广播机构 RTL（卢森堡广播电视）。欧洲新闻台是一个泛欧洲新闻台，通过卫星和地面广播（与国家电视台共享时段）向欧洲大陆的大部分地区广播。它以多种语言（英语、法语、德语、西班牙语、俄语等）广播，并从国家广播机构和 ITN 新闻网络中获得内容。

口语名称

   * Telly
   * The Tube/Boob Tube
   * The Goggle Box
   * The Cyclops
   * Idiot Box

可再生能源

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可再生能源是指可以管理的能源，使其在人类时间尺度上不会枯竭。来源包括太阳光线、风能、波浪能、河流能、潮汐能、生物质能和地热能。可再生能源不包括依赖有限资源的能源，如化石燃料和核裂变能源。

目录 [显示/隐藏] 1 一般信息 2 可再生能源的优缺点 3 可再生能源历史 3.1 木材 3.2 动物牵引 3.3 水力 3.4 风力 3.5 太阳能 3.6 可再生能源运动 4 当今的可再生能源 5 现代可再生能源 5.1 小型来源 5.2 可再生能源作为太阳能 5.3 太阳能本身 5.3.1 太阳能电力 5.3.2 太阳能电力的系统问题 5.3.3 太阳能热电力 5.3.4 太阳能热能 5.3.4.1 太阳能热水器 5.3.4.2 太阳能热泵 5.3.4.3 太阳能烤箱 5.4 风能 5.5 地热能 5.6 水力 5.6.1 电动能 5.6.2 水力发电 5.6.3 潮汐能 5.6.4 潮汐流能 5.6.5 波浪能 5.6.6 OTEC 5.7 生物质能 5.7.1 液态生物燃料 5.7.2 固体生物质 5.7.3 生物气 6 可再生能源存储系统 6.1 氢燃料电池 6.2 其他可再生能源存储系统 6.2.1 抽水蓄能 6.2.2 电池存储 6.2.3 电网存储 7 各国可再生能源使用情况 8 可再生能源争议 8.1 资金困境 8.2 集中化与分散化 8.3 核能“可再生”主张 9 参考资料

一般信息除地热能外，大多数可再生能源实际上是储存的太阳能。水力和风力代表着非常短期的太阳能储存，而生物质则代表着稍长时间的储存，但仍然处于人类的时间尺度上，因此在该人类时间尺度内是可再生的。另一方面，化石燃料虽然仍然是储存的太阳能，但形成化石燃料需要数百万年的时间，因此不符合可再生能源的定义。

可再生能源可以作为直接的能源，也可以用于创造其他形式的能源。直接使用的例子包括太阳能烤箱、地热热泵和机械风车。间接使用的例子包括通过风力发电机或光伏电池发电，或从生物质中生产燃料，如乙醇（参见酒精作为燃料）。

可再生能源的优缺点可再生能源与化石燃料或核电站有本质的不同，因为它们广泛存在且丰富——太阳将在未来 40 亿年内为这些“发电厂”（指阳光、风能、流水等）提供动力。一些可再生能源不会排放任何额外的二氧化碳，也不会带来任何新的风险，例如核废料。事实上，一种可再生能源木材在生长过程中积极吸收二氧化碳。

可再生能源的一个明显缺点是它们对当地环境的视觉影响。有些人不喜欢风力涡轮机的美观，或者在谈到城市以外的大型太阳能发电装置时，会提出自然保护问题。有些人试图以有效且美观的方式利用这些可再生技术：固定式太阳能集热器可以兼作高速公路沿线的隔音屏障，屋顶已经存在，甚至可以完全被太阳能集热器取代，等等。

一些可再生能源捕获系统会带来独特的环境问题。例如，风力涡轮机可能对飞行的鸟类构成危险，而水力发电大坝会阻碍鱼类迁徙，这是一个严重的问题，它破坏了太平洋西北地区许多鲑鱼种群的数量。

可再生能源的另一个固有难题是其可变性和分散性（地热能除外，但地热能仅在靠近温泉和天然间歇泉等地壳薄的地方才能获取）。由于可再生能源提供的是相对低强度的能量，因此将这些能源转化为可用能量所需的新型“发电厂”需要分布在较大区域内。为了使“低强度”和“大面积”这两个短语更容易理解，请注意，为了每月产生 1000 千瓦时的电力（西方国家典型的每月人均电力消耗量），欧洲多云地区的房主需要使用 10 平方米的太阳能电池板。系统的电力生产需要可靠的重叠来源或某种合理规模的存储方式（抽水蓄能水电系统、电池、未来的氢燃料电池等）。因此，由于目前昂贵的储能系统，小型独立系统仅在少数情况下具有经济效益。

如果可再生和分布式发电能够普及，电力传输和配电系统将不再是电力传输的主要渠道，而是为了平衡当地社区的电力需求而运作。拥有剩余能源的社区将出售给需要“补充”的地区。

可再生能源的历史所有人类活动的最初能源来源都是通过植物生长获得的太阳能。因此，在人类历史上，太阳能的主要应用一直是农业和林业，通过光合作用。

木材木柴是人类历史上最早被利用的能源，作为热能来源通过燃烧使用，至今仍十分重要。燃烧木材对于烹饪和供暖都至关重要，使人类能够在寒冷的气候中生存。特殊的木材烹饪、食物脱水和烟熏方法也使人类社会能够安全地储存易腐食品，使其全年可用。最终，人们发现，在相对缺氧的环境中进行部分燃烧可以产生木炭，这提供了一种更热、更紧凑、更便携的能源。然而，这并不是一种更有效的能源，因为它需要大量木材来制造木炭。

动物牵引车辆和机械装置的动力最初是通过动物牵引产生的。马和牛等动物不仅提供运输，还为磨坊提供动力。在世界许多地方，这些动物至今仍被广泛用于这些用途。

水力动物为磨坊提供的动力最终被水力取代，即河流中落水的力量，只要它可以被利用。今天，直接利用水力进行机械用途已变得相当少见，但仍在使用。

最初，水力发电（水力发电）是整个社会最重要的电力生产来源，至今仍是一个重要的来源。在人类技术史的大部分时间里，水力发电一直是唯一一种被显著利用来生产电力的可再生能源。

风能风能已被使用了几百年。它最初是通过大型帆叶风车利用的，这些风车的叶片运行缓慢，例如在荷兰看到的那些，以及在《堂吉诃德》中提到的那些。这些大型磨坊通常用于抽水或为小型磨坊提供动力。新型风车采用较小、转速更快、更紧凑的装置，带有更多叶片，例如在整个大平原上看到的那些。这些主要用于从井中抽水。近年来，主流电力公司快速发展了风力发电场，使用新一代大型高风力涡轮机，这些涡轮机有两到三个巨大的、相对缓慢移动的叶片。

太阳能太阳能作为直接能源，直到最近的人类历史才被机械系统捕获，但在某些社会中，通过建筑在几个世纪中被捕获为能源。直到 20 世纪，直接太阳能输入才通过更精心设计的建筑（被动式太阳能）或通过机械系统中的热量捕获（主动式太阳能）或电能转换（光伏）得到广泛探索。如今，太阳能越来越多地被用于供热和发电。

可再生能源运动可再生能源作为一个问题，在 20 世纪中叶之前几乎是闻所未闻的。20 世纪初，人们对被动式太阳能进行了实验，包括采光，但除了在某些地区几百年来一直习惯性地采用的方法之外，几乎没有其他进展。可再生能源运动随着 20 世纪中期对环境事务的兴趣蓬勃发展而获得了意识、信誉和力量，而这在很大程度上是由于蕾切尔·卡森的《寂静的春天》一书。

第一个将重点放在太阳能上的美国政客是吉米·卡特，这是对 1973 年能源危机的长期后果的回应。自此以后，还没有哪位总统对可再生能源给予过太多关注。

当今的可再生能源大约 80% 的能源需求集中在建筑物供暖或制冷以及为确保机动性（汽车、火车、飞机）的车辆提供动力方面。这是社会能源需求的核心。然而，可再生能源的大部分用途集中在发电上。

地热热泵（也称为地面源热泵）是一种在冬季提取热量或在夏季从地球提取冷量以供暖或制冷建筑物的方法。

现代可再生能源来源有几种类型，包括以下几种

   * Solar power.
   * Wind power.
   * Geothermal energy.
   * Electrokinetic energy.
   * Hydroelectricity.
   * Biomatter, including Biogas Energy.

较小规模的来源当然也有一些较小规模的应用。

   * Piezo electric crystals embedded in the sole of a shoe can yield a small amount of energy with each step. Vibration from engines can stimulate piezo electric crystals.
   * Some watches are already powered by movement of the arm.
   * Special antennae can collect energy from stray radiowaves or even light (EM radiation).

可再生能源作为太阳能大多数可再生能源来源都可以追溯到太阳能，除了地热能和潮汐能。例如，风是由太阳不均匀地加热地球造成的。热空气密度较低，因此会上升，导致冷空气移动进来取代它。水力发电最终也可以追溯到太阳。当太阳蒸发海洋中的水时，水蒸气形成云，这些云后来以雨的形式落在山区，这些雨水通过涡轮机输送以发电。这种转变是从太阳能到势能，再到动能，最后到电能。

太阳能本身由于大多数可再生能源都是“太阳能”，因此这个术语有点令人困惑，有两种不同的用法：首先，作为“可再生能源”的代名词（就像在“太阳能，而不是核能”的政治口号中），其次，作为直接从太阳辐射中收集的能量。在本节中，它是在后一种类别中使用的。

实际上，有两种截然不同的太阳能方法，称为主动式太阳能和被动式太阳能。

太阳能电力对于发电，地面太阳能由于其分散性和间歇性而存在严重限制。首先，地面太阳能输入会因夜晚和云层遮挡而中断，这意味着太阳能发电不可避免地具有较低的容量因子，通常低于 20%。此外，传入辐射的强度较低，将这些辐射转换为高等级电力仍然相对效率低下（14% - 18%），尽管提高效率或降低生产成本是几十年来许多研究的主题。

将太阳辐射能转换为电能的两种方法成为人们关注的焦点。更广为人知的方法是利用阳光照射光伏 (PV) 电池产生电能。这在卫星、小型设备和灯具、无电网应用、地面信号和通信设备（例如偏远地区的电信设备）等方面有许多应用。随着太阳能光伏组件效率的提高和价格的下降，其销量正在强劲增长。但每单位电力的高成本仍然排除了大多数用途。

欧洲和美国已经连接到电网的几个实验性光伏电站，功率大多为 300-500 千瓦。日本安装了 150 兆瓦。一个大型太阳能光伏电站计划在克里特岛建设。2001 年，全球光伏发电总量不到 1000 兆瓦，日本是全球领先的生产国。人们仍在研究使实际的太阳能收集电池更便宜、更高效的方法。其他主要研究正在调查从太阳光线下收集的能量的经济存储方法。

或者，许多个人安装了小型光伏阵列以供家庭使用。一些人，特别是在偏远地区，完全与主电网断开连接，并依靠剩余的发电能力以及电池和/或化石燃料发电机来应对电池无法运行的时期。其他人则在更加稳定的地区保持与电网的连接，在太阳能电池无法提供电力时使用电网获取电力，并将剩余的电力回售给电网。这在许多气候条件下运行良好，因为能源消耗的高峰时间是在炎热、晴朗的日子，此时空调正在运行，而太阳能电池也产生最大的功率输出。美国许多州已经通过了“净计量”法，要求电力公司以与出售给家庭的价格相当的价格购买当地产生的电力。除非使用地点足够偏远，否则光伏发电对于消费者来说仍然比电网电力贵得多，在这种情况下，光伏发电会变得更便宜。

太阳能发电系统问题可再生电力来源经常受到电力供应行业法规的阻碍，这些法规有利于“传统”的大规模发电机，而不是小型、分布式发电来源。如果可再生和分布式发电能够普及，电力传输和配电系统将不再是电力传输的主要渠道，而是为了平衡当地社区的电力需求而运作。拥有剩余能源的社区将出售给需要“补充”的地区。一些政府和监管机构正在努力解决这个问题，但仍有许多工作要做。一个潜在的解决方案是更多地利用对电力传输和配电网络的主动管理。

太阳能热发电利用太阳能的第二种方法是太阳能热发电。太阳能热发电厂拥有一套镜子系统，将阳光集中到吸收器上，产生的热量用于驱动涡轮机。聚光器通常是朝向南北方向的长的抛物面镜槽，它会倾斜，跟踪太阳在一天中的运行轨迹。一个黑色的吸收管位于焦点处，将太阳辐射转化为热量（约 400°C），热量再传递到合成油等流体中。这种油可用于加热建筑物或水，也可用于驱动传统的涡轮机和发电机。目前已有多个这种模块化安装，每个模块的功率为 80 兆瓦。每个模块需要大约 50 公顷的土地，并且需要非常精确的工程和控制。这些电厂由燃气锅炉补充，以确保全天候供电。天然气大约占总发电量的四分之一，并在夜间保持系统温暖。到 1990 年代中期，全球超过 800 兆瓦的发电能力已经提供了大约 80% 的太阳能电力。

太阳能发电厂的一个提议是太阳能塔，其中一块很大的土地将被覆盖在一个由透明薄膜制成的温室中，温室中心有一个高耸的轻型塔，该塔也可能主要由薄膜构成。热空气将冲向中央塔并向上流动，从而旋转涡轮机。温室中安装的管道系统可用于捕获多余的热能，以便在整个晚上释放出来，从而提供 24 小时的电力生产。一座 200 兆瓦的太阳能塔拟建在澳大利亚米尔杜拉附近。

太阳能热能太阳能无需转化为电力即可使用。世界上许多能源需求仅仅是用来供热，例如空间供暖、热水供暖、工艺用水供暖、烤箱加热等。未来太阳能的主要作用可能是直接供热。社会的大部分能源需求是在低于 60°C（140°F）的温度下进行供热，例如在热水系统中。特别是工业界，还有更多是在 60-110°C 范围内进行供热。这些需求加在一起可能占工业化国家一次能源消耗的很大一部分。在某些地方，太阳能可以在很多时间内轻松满足第一项需求，而第二项应用在商业上的实现可能并不遥远。这种用途将在一定程度上减少对电力的需求和化石燃料的消耗，特别是在与隔热等节能措施相结合的情况下。

太阳能热水器在佛罗里达州，家用太阳能热水器曾经很常见，直到它们被大力宣传的天然气所取代。如今，这种系统在澳大利亚较热的地区很常见，并且仅仅由一个网络构成，该网络由运行在隔热玻璃窗下方的深色管道组成。它们通常具有一个备用电加热器或燃气加热器，用于阴天。这种系统实际上可以在纯经济理由上得到证明，特别是在澳大利亚某些偏远地区，这些地区的电费很贵。

太阳能热泵如果隔热良好，利用传统制冷循环的热泵可用于暖房和制冷，除了运行压缩机所需的能量外，几乎不需要其他能量输入。最终，工业化国家总一次能源需求的 10% 可能由直接太阳能热技术提供，在一定程度上，这将取代基础电力。

太阳能烤箱如前所述，大型太阳能热发电厂可用于加热建筑物，但在规模较小的情况下，太阳能烤箱可在阳光明媚的日子使用。这种烤箱或太阳能炉利用镜子或大型透镜将太阳光线聚焦到烤盘或黑锅上，使其像在标准烤箱中一样加热。

风能数十年来，风力涡轮机一直与电池存储系统结合使用，用于偏远地区的家庭发电。目前，多个国家已投入运行发电机组，其功率超过 1 兆瓦。发电量是风速立方值的函数，因此这种涡轮机需要 3 到 25 米/秒（11-90 公里/小时）的风速，实际上只有很少的陆地面积拥有持续的大风。与太阳能一样，风能也需要替代能源来应对风力较小的时期。

目前，世界各地有数千台风力涡轮机正在运行，电力公司的总装机容量超过 39,000 兆瓦，其中欧洲占 75%（截至 2003 年底）。额外的风能由私人风车（并网和离网）产生。2003 年，德国是风力发电的领先国家，装机容量超过 14,600 兆瓦。2003 年，美国风能发电量超过 6,300 兆瓦，仅次于德国。

世界各地正在规划和建设新的风电场和海上风电场。这已成为 21 世纪初增长最快的发电方式，并为大型基础负荷电站提供了补充。丹麦超过 10% 的电力由风力涡轮机发电，而风力涡轮机在全球发电总量中所占比例为 0.4%（截至 2002 年底）。商业风力涡轮机最经济实用的尺寸似乎在 600 千瓦到 1 兆瓦之间，并分组形成大型风电场。大多数涡轮机在一年中以大约 25% 的负载系数运行，但有些可以达到 35% 的负载系数。

地热能如果可以开采地下的热蒸汽或热水并将其带到地面，则可以用来发电。这种地热能源在世界某些地区，例如新西兰、美国、菲律宾和意大利，具有潜力。美国最著名的两个地区是黄石盆地和加州北部。冰岛在 2000 年生产了 170 兆瓦的地热电力，并为 86% 的房屋供暖。总共有约 8,000 兆瓦的发电能力在运行。

在某些其他地区，也存在将水泵入地下地壳非常热的区域，并利用产生的蒸汽发电的可能性。一家澳大利亚初创公司 Geodynamics 提议使用这项技术在 2004 年之前在南澳大利亚州库珀盆地地区建造一座商业电厂。

水力水中固有的能量可以以动能或温差的形式进行利用。

电动势能这种类型的能量利用的是水在被泵入微型通道时发生的情况。请参阅电动势能（水）。

水力发电水力发电产生的二氧化碳基本为零，与燃烧化石燃料或天然气形成对比，因此不会对全球变暖造成重大影响。来自河流势能的水力发电目前约占世界电力供应的 715,000 兆瓦或 19%。除了少数拥有丰富水力资源的国家外，水力发电通常用于满足高峰负荷需求，因为它可以很容易地启动和停止。对于发达国家而言，这并非未来的主要选择，因为这些国家中大多数可以利用重力发电的重大地点要么已经被开发，要么由于环境因素等其他原因而不可用。

水力系统的主要优势在于它们能够应对季节性（以及每日）的高峰负荷。在实践中，储水的利用有时会因灌溉需求而变得复杂，而灌溉需求可能与电力高峰负荷不符。

潮汐能法国（自 1966 年起）和俄罗斯已经实现了在海湾或河口利用潮汐发电，并且可以在潮汐落差较大的其他地区实现。被困的水可以在通过潮汐围堰向任一方向释放时用来旋转涡轮机。在世界范围内，这项技术的潜力似乎很小，这主要是由于环境限制。

潮流能潮流能发电机是一种相对较新的技术发展，它从水下洋流中获取能量，就像风力发电机从风中获取能量一样。水的密度远高于空气，这意味着单个发电机有可能提供大量电力。潮汐能技术还处于发展的早期阶段，需要进行更多研究才能成为发电需求的重要贡献者。

波浪能利用波浪运动获取能量是一种可能性，它可能比潮汐能产生更多的能量。这方面的可行性已经过调查，尤其是在英国。连接到浮动装置的或由空心混凝土结构中的波浪排出的空气旋转的的发电机将产生电力，并将其输送到岸边。许多实际问题阻碍了进展。

海洋热能转换海洋热能转换是一种相对未经证实的技术，尽管法国工程师雅克·阿森·达尔松瓦尔在 1881 年首次使用它。水面附近的水和深层水之间的温差可以高达 20°C。温暖的水用来使氨等液体蒸发，使其膨胀。膨胀的气体通过涡轮机推动，然后使用较冷的水对其进行冷凝，循环可以重新开始。

生物质生物质，也称为生物物质，可以直接用作燃料或用来生产液体生物燃料。农业生产的生物质燃料，例如生物柴油、乙醇和甘蔗渣（甘蔗种植的副产品），在内燃机或锅炉中燃烧。

液体生物燃料液体生物燃料通常是生物醇，例如甲醇和乙醇，或生物柴油。生物柴油可以在现代柴油车上使用，几乎不需要进行任何改装，并且可以从废弃物和粗制植物油和动物油脂（脂类）中获得。在某些地区，玉米、甜菜、甘蔗和草专门种植用于生产乙醇（也称为酒精），乙醇是一种可以在内燃机和燃料电池中使用的液体。

固体生物质直接使用通常以可燃固体形式出现，无论是木柴还是可燃田间作物。田间作物可能是专门为了燃烧而种植的，也可能是为了其他用途而种植的，然后将加工后的植物废料用于燃烧。大多数生物物质，包括干燥的粪便，实际上都可以燃烧以加热水和驱动涡轮机。植物部分利用光合作用储存太阳能、水和 CO2。甘蔗渣、小麦秸秆、玉米芯和其他植物残渣都可以燃烧，并且实际上也已经燃烧了。该过程不会释放净 CO2。

沼气在厌氧细菌的影响下，动物粪便（肥料）会释放甲烷，甲烷也可以用来发电。请参阅沼气。

可再生能源存储系统如上所述，可再生能源的一个重大问题是其在时间或空间上的运输。由于大多数可再生能源是周期性的，因此非发电时期的存储很重要，而为交通运输提供动力的存储也是一个关键问题。

氢燃料电池氢作为燃料最近被吹捧为解决我们能源困境的方案。然而，氢是一种可再生能源的观点是一种误解。氢不是能源，而是一种便携式能量存储方法，因为它必须由其他能源制造才能使用。然而，作为一种存储介质，它可能在使用可再生能源方面发挥重要作用。如果能以经济的方式克服某些问题，氢被广泛认为是一种可能的氢动力汽车燃料。它可以用于传统的内燃机，也可以用于燃料电池，燃料电池直接将化学能转化为电能，而不会产生火焰，就像人体燃烧燃料一样。生产氢气需要使用蒸汽重整天然气（甲烷），或者为了获得可再生和更环保的来源，将水电解成氢气和氧气。前一种方法的副产品是二氧化碳，这加剧了（或者至少没有改善）相对于现有技术的温室气体排放。对于电解，温室负担取决于电力的来源，这里考虑了间歇性可再生能源和核能。

对于间歇性可再生能源，如太阳能和风能，要使输出与电网需求相匹配非常困难，而且当它们超过总供给的 20% 时，似乎是不可能的。但是，如果这些能源被用来发电制氢，那么无论何时它们可用，都可以充分利用它们，抓住机会。总的来说，它们何时接入或断开并不重要，氢气只需储存起来，根据需要使用即可。

核能倡导者指出，使用核能制造氢气将有助于解决工厂效率低下的问题。在这种情况下，工厂将以全负荷持续运行，也许所有输出都将在高峰时段供应给电网，而任何不满足民用需求的能量都将在其他时间用于制氢。这意味着核电站的效率会大大提高。

通过电解法生产一公斤氢气大约需要 50 千瓦时（1/144,000 焦耳）的能量，因此电力的成本显然至关重要。

其他可再生能源储存系统，如太阳能、风能、潮汐能和波浪能，由于其周期性的特点，无法被控制，无法直接提供可靠的连续基荷电力，也无法在需要时提供峰值电力。实际上，如果没有适当的储能方法，这些能源将被限制在电网容量的 20% 左右，无法直接用作化石燃料或核能的经济替代品，尽管它们在特定地区和有利条件下可能会变得非常重要。如果有一种方法能够有效地储存来自间歇性生产商（如太阳能和风能）的大量电力，那么这些技术对满足基荷能源需求的贡献将大得多。

抽水蓄能已经在一些地方使用抽水蓄能来平抑每日发电负荷，即在非高峰时段和周末使用来自煤炭或核能的剩余基荷容量将水抽到高位水库，而在高峰时段，这些水可以用于水力发电。然而，只有少数地方有能力在靠近电力需求的地方建造抽水蓄能电站。

电池储能许多“离网”家庭系统依赖电池储能，但目前还没有将大量电力以这种方式存储在大型电池或其他方式中投入使用。电池通常很贵，存在维护问题，而且寿命有限。一种用于大规模储能的可能技术是大型储能电池。

电网储能可再生能源界倡导的最重要的储能方法之一是重新思考我们对电力供应的整体看法，包括其 24 小时、7 天的循环，仅仅使用峰值负荷设备来满足每日峰值需求。太阳能发电是一个白天进行的过程，而大多数家庭的用电高峰在晚上。因此，家庭太阳能发电可以在白天电网峰值时段向电网供电，而家庭系统则可以在晚上电网整体负荷下降时从电网取电。这相当于将电力网用作家庭储能系统，并依赖于“净计量”，即电力公司只能对家庭使用的超过发电量并回馈电网的电量收取费用。许多州现在都有净计量法律。

当今的峰值负荷设备也可以在一定程度上用于在主要依赖可再生能源的系统中提供补充容量。峰值容量将补充大型太阳能热发电和风力发电，在它们无法发电时提供电力。预测风能间歇性可用性的能力得到提升，这使得更好地利用这种资源成为可能。在德国，现在可以预测风力发电输出，其准确率在 24 小时内达到 90%。这意味着可以更有效地部署其他发电厂，从而大大提高风能发电的经济价值。

各国可再生能源利用情况冰岛是可再生能源的全球领先者，因为它拥有丰富的 гидро- 和地热能源。该国超过 99% 的电力来自可再生能源，大多数城市家庭供暖都来自地热。以色列也很突出，因为其大部分家庭热水是由太阳能加热的。这些国家的成功至少部分归功于其地理优势。

按可再生电力生产领先的国家（2000 年）水力地热风能光伏太阳能 1. 加拿大美国德国日本 2. 美国菲律宾美国德国 3. 巴西意大利西班牙美国 4. 中国墨西哥丹麦印度 5. 俄罗斯印度尼西亚印度澳大利亚

欧盟国家中可再生能源占总用电量的比例。

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1985  1990  1991  1992  1993  1994

欧盟 15 国 5,61 5,13 4,92 5,16 5,28 5,37 比利时 1,04 1,01 1,01 0,96 0,84 0,80 丹麦 4,48 6,32 6,38 6,80 7,03 6,49 德国 2,09 2,06 1,61 1,73 1,75 1,79 希腊 8,77 7,14 7,63 7,13 7,33 7,16 西班牙 8,83 6,70 6,56 6,49 6,50 法国 7,24 6,34 6,75 7,32 7,98 爱尔兰 1,75 1,65 1,68 1,59 1,59 1,63 意大利 5,60 4,64 5,16 5,34 5,50 卢森堡 1,28 1,21 1,14 1,26 1,21 1,34 荷兰 1,36 1,35 1,35 1,37 1,38 1,43 奥地利 24,23 22,81 20,99 23,39 24,23 23,71 葡萄牙 25,07 17,45 17,03 13,88 15,98 16,61 芬兰 18,29 16,71 17,02 18,10 18,48 18,28 瑞典 24,36 24,86 22,98 26,53 27,31 24,04 英国 0,47 0,49 0,48 0,56 0,54 0,65 数据来自 [1]

可再生能源争议与任何事物一样，即使是可再生能源也会引发争议。

资金困境可再生能源的研发严重受阻，因为它们只获得了极少部分的能源研发预算，而传统能源却获得了大部分预算。

集中化与分散化通常，可再生电力来源会受到电力供应行业规定的不利影响，该行业偏袒“传统”的大型发电厂，而不是规模更小、分布更广泛的发电来源。如果可再生能源和分布式发电普及，电力传输和配电系统将不再是电力分配的主要渠道，而是将用于平衡当地社区的电力需求。那些拥有剩余能源的人将出售给需要“补充”的地区。一些政府和监管机构正在采取措施解决这个问题，但还有很多工作要做。一种可能的解决方案是更多地使用电力传输和配电网络的主动管理。

核能的“可再生”主张一些核能倡导者声称核能应该被视为可再生能源。他们提出的论据包括

   * The view that nuclear energy does not contribute to global warming (although evaporative cooling has a minor effect by introducing additional water vapor into the atmosphere, along with the heat production of the process).
   * Fast breeder reactors can produce more fuel than they consume.
   * The view that uranium and thorium, being radioactive, are not theoretically long-term resources.
   * The view that nuclear waste, since it will eventually become less radioactive than the original ore bodies, is not theoretically a long-term problem.

大多数可再生能源倡导者强烈反对这种观点。事实上，核能使用的是一种枯竭性资源（铀或钍），铀 238 的半衰期为 45 亿年，而废物衰变到安全水平可能需要 3000 年或更长时间（取决于所使用的技术），这意味着它不能被包括在这种分类中。快中子反应堆消耗铀或钍来生产可裂变燃料，因此这种特殊的论点是对基本过程的简单误解。类似的论点也可以应用于使用氘和氚作为燃料的拟议核聚变电站，氚是由锂衍生出来的。

参考文献

   * U.S. Energy Information Administration provides lots of statistics and information on the industry.
   * Boyle, G. (ed.), Renewable Energy: Power for a Sustainable Future. Open University, UK, 1996.

太阳能

来自维基百科，自由的百科全书。

随着其他有限的能源来源（如化石燃料和水力发电）变得更加稀缺和昂贵（在财政和环境方面），太阳能越来越受到关注。当地球绕太阳运行时，它接收到的能量为 1,410 瓦/平方米，这是在垂直于太阳的表面上测量的。大约 19% 的能量被大气吸收，而云层平均反射 35% 的总能量。

穿过地球大气层后，太阳能的大部分以可见光和紫外线形式存在。植物利用太阳能通过光合作用产生化学能。当我们燃烧木材或化石燃料时，我们就在使用这种能量。已经进行了一些实验，通过类似于光合作用的方式吸收阳光进行化学反应来产生燃料，而无需使用生物体。

今天使用的大多数太阳能都被转化为热能或电能。

太阳能类型

太阳能方法已经使用直接、间接、被动和主动等术语进行分类。

直接太阳能只涉及一次转化为可使用形式。例如

   * Sunlight hits a photovoltaic cell creating electricity. (Photovoltaics are classified as direct despite the fact that the electricity is usually converted to another form of energy such as light or mechanical energy before becoming useful.)
   * Sunlight hits a dark surface and the surface warms when the light is converted to heat by interacting with matter. The heat is used to heat a room or water.

间接太阳能涉及多次转化才能达到可使用形式。例如

   * systems to close insulating shutters or move shades. Passive solar systems are considered direct systems although sometimes they involve convective flow which technically is a conversion of heat into mechanical energy.

主动太阳能是指使用电气、机械或化学机制来提高收集系统效率的系统。间接收集系统几乎总是主动系统。

太阳能设计是指使用建筑特征来替代电力和化石燃料的使用，并利用太阳能来减少家庭或建筑物中对能源的需求，并通过隔热、高效照明和电器来实现。

太阳能设计中使用的建筑特征

   * South facing windows with insulated glazing that has high ultraviolet transmittance.
   * Thermal masses.
   * Insulating shutters for windows to be closed at night and on overcast days.
   * Fixed awnings positioned to create shade in the summer and exposure to the sun in the winter.
   * Movable awnings to be repositioned seasonally.
   * A well insulated and sealed building envelope.
   * Exhaust fans in high humidity areas.
   * Passive or active warm air solar panels.
   * Passive or active Trombe walls.
   * Active solar panels using water or antifreeze solutions.
   * Passive solar panels for preheating potable water.
   * Photovoltaic systems to provide electricity.
   * Windmills to provide electricity.

太阳能热水系统在一些国家非常常见，在那里，一个小型的平板集热器安装在屋顶上，能够满足大多数家庭的热水需求。更便宜的平板集热器也经常被用来加热游泳池，从而延长游泳季节。

太阳能烹饪正在帮助许多发展中国家，既减少了对当地柴火的依赖，也为厨师创造了更清洁的环境。第一个已知记录的西方太阳能烤箱归功于瑞士博物学家 Horace de Saussure，他早在 1767 年就开始进行实验。太阳能箱式烤箱将太阳能捕获在隔热箱中，这些烤箱已成功用于烹饪、巴氏杀菌和水果罐头。

太阳能电池（也称为光伏电池）是利用半导体的光电效应直接将阳光转化为电力的装置或装置组。由于其制造成本在 20 世纪一直居高不下，其应用仅限于非常低功率的设备，例如带 LCD 显示屏的计算器，或者为能够负担得起该技术的偏远地区发电。迄今为止最重要的应用是为轨道卫星和其他航天器供电。随着 20 世纪最后十年制造成本的下降，太阳能已成为许多远程低功率应用的经济有效的能源，例如路边紧急电话、遥感和有限的“离网”家庭供电应用。

太阳能发电站通常使用反射器将阳光集中到热能吸收器中。

   * Heliostat mirror power plants focus the sun's rays upon a collector tower. The vast amount of energy is generally transported from the tower and stored by use of a high temperature fluid. Liquid sodium is often used as the transport and storage fluid. The energy is then extracted as needed by such means as heating water for use in stream turbines.
   * Trough concentrators have been used successfully in the State of California (in the U.S.) to generate 350MW of power in the past two decades. The parabolic troughs can increase the amount of solar radiation striking the tubes up to 30 or 60 times, where synthetic oil is heated to 390°C. The oil is then pumped into a generating station and used to power a steam turbine.
   * Parabolic reflectors are most often used with a stirling engine or similar device at its focus. As the single parabolic reflector achieves a greater focusing accuracy than any larger bank of mirrors can achieve, the focus is used to achieve a higher temperature which in turn allows a very efficient conversion of heat into mechanical power to drive a electrical generator. Parabolic reflectors can also be used to generate steam to power turbines to generate electricity.

太阳能应用

太阳能发电的部署在很大程度上取决于当地条件和需求，例如，虽然某些欧洲国家或美国州可以从公共热水设施中获益，但在澳大利亚或新墨西哥州等国家，此类系统既不切实际也适得其反。由于所有工业化国家都对电力有着共同的需求，因此很明显，太阳能将越来越多地用于提供廉价、可靠的电力供应。

许多其他类型的发电方式间接地由太阳能驱动。植物利用光合作用将太阳能转化为化学能，化学能随后可以作为燃料燃烧以发电；石油和煤炭起源于植物。水力发电大坝和风力涡轮机也间接地由太阳能驱动。

在美国的一些地区，太阳能发电系统已经可以与公用事业系统竞争。其基本成本优势在于，房主无需缴纳未购买电力的所得税。截至 2002 年，存在以下技术条件：必须有许多晴朗的日子。系统必须向电网出售电力，以避免电池成本。太阳能系统必须以低成本批量购买，这通常意味着它们必须在建筑时安装。最后，该地区必须拥有较高的电价。例如，南加州一年大约有 260 天阳光充足，使其成为一个绝佳的场所。当系统以每瓦 9 美元（并不便宜，但可行）安装时，它可以带来约 9% 的年投资回报率，而公用事业价格为每千瓦时 0.095 美元（当前基本费率）。当与按时间计费的净计量相结合时，并网太阳能发电尤其可行，因为最大产出时间与最高定价时间基本一致。

对于独立系统，必须采用某种方法来存储收集的能量，以便在夜间或阴天使用 - 可以是电化学电池，也可以是其他形式，例如氢气（通过水电解产生）、真空飞轮或超导体。存储总是需要额外的能量转换阶段，随之而来的是能量损失，从而极大地增加了资本成本。

欧洲和美国已有多个容量为 300-500 千瓦的实验性光伏 (PV) 电站与电网相连。日本已安装了 150 兆瓦。一个大型太阳能光伏电站计划在克里特岛建造。研究人员正在继续探索使实际的太阳能收集电池更便宜、更高效的方法。其他重大研究正在探索经济有效地存储白天从太阳光线中收集的能量的方法。

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