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人类生产动力、把机械能转化为电能的最常用的机器，电能也已成为当今社
会的“空气”和“水”，是人们须臾不可或缺的必需品了。不过，迄今为止，
所有的火力发电机都是经过从化学能→热能→机械能→电能的三次能量转
化，才把燃料的化学能转变为电能的。即使是核电站，其发电过程也几乎与
此相同。
我们已经知道，在把煤炭、石油或天然气的化学能转换为热能，再把热
能转换为机械能的过程中，绝大部分热被散失而白白浪费掉了，热效率很低，
最高也不过 40％左右。能不能直接把热能转换成电能呢？能，当然能。本世
纪 50 年代后期，人们终于想出了一种计高一筹的新型火力发电技术——磁流
体发电。
它最突出的特点是：没有高速旋转部件，装置本身仅是一个结构非常简
单的静止机械，但却能直接把热能变为电能。它启动快，效率高，污染小，
而且发电容量越大就越好（别的发电机是容量越小越好）。
磁流体发电还有一些技术难关需要进一步攻克。所以，尽管磁流体发电
已处在大规模工业性试验阶段，但真正大规模的工业应用，恐怕要到下个世
纪才能实现。
水力发电
“君不见，黄河之水天上来，奔流到海不复回。”水从高处往低处流，
流动的水包含着能量，急湍的大河包含着巨大的能量，因此，水能是人类利
用很早的一种能源。
早在 3000 年前，我们祖先创造了靠水的力量转动的各种机械装置，如碾
米、舂米的水碾，用来磨粉的水磨，车水灌溉农田的水车，用来纺纱的水轮
等等。
水力发电通常要有两个条件：一是水源必须维持一定的落差；二是水源
必须具有相当的流量。为此，人们在江河干流上建造拦河坝，筑蓄水库，迫
使上游水位抬高，水坝前后的水位落差增大。高高在上的水库里的水，通过
输水管引导，以很大流速冲击到水轮机上，使水轮机旋转带动发电机发电，
产生电能。
水力发电比火力发电经济。因为水力发电的原料——水是免费的，所以，
水电成本只有火电的四分之一。水力发电不污染环境，还可以解决防洪、灌
溉、航运等各种水利问题。
地球上成千上万条奔流不息的江河为人类提供了极其丰富的水能资源。
这是一种流动的再生能源，可以不断地供应，反复使用。尽管人类制造水车
来带动机械碾谷、磨面至少有 2000 年的历史了，但是，水能的大规模开发和
利用只不过是近 100 多年来的事。1882 年，世界上出现了第一台水轮发电机
以后，随着远距离输电技术的不断提高，水力发电便迅速发展起来，水能成
为仅次于石油、天然气和煤炭的主要能源。
构成水力资源的最基本的条件是水流和落差。就自然条件来说，这主要
取决于降水量和地形。只要有较好的精确的地形图和有关河流的流量等资
料，就可以相当准确地估算出水能资源的理论蕴藏量。但由于受到技术和经
济上的种种条件限制，这样算出的理论蕴藏量大部分无法利用。
地球上的水能资源蕴藏量相当丰富。理论上估计，年发电量为 44 亿亿
度，相当于装机容量 51 亿千瓦，足够目前人类 1 年所需全部能量的 70％～
80％。但技术上和经济上可开发的水能资源，每年可发电仅 10 万亿度，也可
以满足当前世界能源总需要量的 1／7。可惜，实际上，人类现在所消费的能
源只有 2％左右来自水电。可喜的是，人们已经充分认识到了水电的优越性
及其重要意义，正在加紧开发这种能源。例如，1991 年 5 月 6 日，世界上最
大的一座水电站在南美州正式运行。它耗资 183 亿美元，建在巴西和巴拉圭
交界处的巴拉那河上。坝长 7．7 千米，高 196 米，共有 18 台发电机组，功率
为 1260 万千瓦，占巴西总发电量的 38％，给这两个国家带来了很大的经济
效益。
我国地域辽阔，水力资源得天独厚，许多地区雨量充沛，河流众多，而
且山区多，地形高差大，水能资源相当丰富，理论蕴藏量为 6．8 亿千瓦，年
发电量为 5．9 万亿度；可开发的水能资源为 3．8 亿千瓦，年发电量为 1．9 万
亿度，其中，近期可开发的为 1．03 亿千瓦，年发电量 4300 亿度，居世界首
位。
至 1983 年，我国已建成了大型水电站 100 多座，还有 9 万多座小型水电
站遍及 1500 多个县。这时的水力发电装机容量已占总装机容量的 27．6％，
发电量占全国总发电量的 16．8％。然而，这些发电量还只占可能开发水力资
源的 2．5％。到 1986 年，我国水电装机容量达到 2754 万千瓦，已跃居世界
第 6 位，年发电量为 945 亿度，可占到可开发水能资源的 5％。由此可见，
我国开发水能资源的潜力依然很大。所以，自 80 年代以来，我国继续大力发
展水力发电。在黄河上游，除了继续巩固和提高装机容量已达 120 万千瓦的
刘家峡水电站外，又在龙羊峡建立了装机容量为 150 万千瓦的大型水电站。
在长江三峡的出口还兴建了我国最大的水电站—葛洲坝水电站，装机容量为
271．5 万千瓦。它是长江三峡水利枢纽工程的重要组成部分。长江三峡是世
界著名的大峡谷，可开发的水资源占全国 53％，是天下无双的水力资源“富
矿”。在这里筑坝拦洪，兼收防洪、发电、航运之利，以综合治理开发长江，
这是中国几代志士仁人的梦想。1992 年 4 月 3 日，全国七届人民代表大会通
过了经过近一个世纪的风雨历程的三峡工程，从此三峡工程开始走出梦境。
三峡工程的坝址是在三斗坪，大坝全长 1983 米，共装 26 台机组，总装机容
量为 1768 万千瓦，年发电量 840 亿千瓦时，为目前全国发电量的 1／8，相当
于 3 个年产 1500 万吨的矿区，相当于 14 座 120 万千瓦的火电站，输电范围
1000 千米。该工程计划 15 年，每年有 4 台机组投产，相当于每年有一座葛
洲坝电站装机总容量投产。三峡工程是一项十分复杂的工程，在以后整个勘
测设计和施工时间内会遇到许多困难，要付出很大的代价，但三峡工程建成
后，长江可长治久安，可造福于子孙后代。
水力发电还有一些最受欢迎的优点。例如，它是一种最干净、最安全的
能源，它没有火力发电站那样的环境污染，也不存在核电站那样的潜在污染
和危险，又不会产生任何难以处理的有害废料。同时，它还是最廉价的能源，
水电的生产成本只有火电的 1／3，而且其资金积累也比火电快 1 倍。因此，
世界上许多发达的工业国都很注意尽早地开发水能资源，它们的实际开发量
已达到可开发量的 40％～95％。特别是 1973 年西方发生能源危机以来，水
电的身价更是倍增。所以，水能已成为目前世界上唯一实际大规模应用的可
再生能源。
但是，任何事物都不是十全十美的，水力发电也还有一些缺点值得考虑
和克服。譬如，一般来说，水电站的投资较大，建设周期较长；筑坝蓄水—
—建水库，会淹没大片地区，还会限制鱼群的回游，改变河流中淤泥的流动
方式，使水库本身淤塞等等。我们相信，这些问题，随着科学技术的发展和
社会的进步，将来一定能得到妥善的解决，水力发电技术会跃向更高的水平。
捕捉新能源
最干净的能源——氢
虽然现在有了那么多种燃料，但是真正在燃烧时完全没有污染的燃料只
有一种，那就是氢。正如我们在前面讲过的，煤炭石油等燃料都不是单质，
它们燃烧时总会产生许多污染物，这些污染物无论用多么先进的技术处理，
也不可能完全消除得干干净净。然而，氢的燃烧生成物只是水，没有其他物
质生成，对环境没有任何污染。而且氢的热值高，每克液氢燃烧可产生 120
千焦耳的热量，是 1 克汽油燃烧放出的热量的 2．8 倍，其使用安全性也和汽
油差不多。氢的储运性能好，使用也方便。其他各类能源都可以转化成以氢
的方式进行储存、运输或直接燃烧使用。氢可以说是未来最理想的燃料。
氢是这样发现的。18 世纪，瑞典一位名叫卡尔·舍勒的年轻药剂师，对
化学很有兴趣，一天到晚孜孜不倦地实验。有一次，他把铁屑放进瓶子里，
再倒进稀硫酸，结果瓶里冒出了气泡。他赶紧把插有玻璃导管的木塞往瓶口
一塞，让气泡沿着管子往外走。然后，他为了看个仔细，把一支点燃的蜡烛
靠近管口，不料，逃出的气泡居然着了火，舔出细长的浅蓝色火舌。
最初，他只知道这种气体可以燃烧，并不知道它是什么，因此，他把这
种气体叫做可燃空气。后来，人们发现可燃空气是所有气体中最轻的一种。
我国最初把它叫做轻气，后来，统一命名后才叫它为氢气。
当欧洲发现氧气以后，英国科学家亨利·卡文迪许又做了一个实验。他
把氧气与氢气放在容器里混合，然后，一通电，电光一闪，两种气体在容器
里爆炸开了，水珠儿接着一滴滴落了下来。一个重大发现产生了：通过放电
可以使氢气和氧气结合成水，水是由氢、氧组成的。
氢的特点是重量轻、可以燃烧，而且能量大得吓人。1977 年 11 月 19 日，
印度安得拉邦马德里斯海港外狂风怒吼，巨浪翻天，海面突然燃起大火，光
耀几十千米，唬得人们瞠目结舌。后来才知道，那是由于强烈的飓风掠过海
面，摩擦海水，引起高热，使海水分解出氢和氧，同时，飓风中的电荷使氢
发生爆炸、燃烧，才引起一