物理知識在農業新能源領域的應用

劉海

摘要 ? ?國家經濟的高速發展導致對能源的需求量日益增加，目前我國的可利用能源已日趨減少，因而開發新能源具有重要意義。農業新能源主要包括太陽能、水能、風能等，加大農業新能源的開發利用、發揮新能源的優勢可以在很大程度上緩解目前能源匱乏的問題，同時還能減少環境污染，推進可持續發展。這些新能源的開發應用均與物理學密切相關，本文分析了物理知識在農業新能源方面的應用，以期為明確農業新能源未來發展方向提供參考。

關鍵詞 ? ?物理知識;農業;新能源;應用

中圖分類號 ? ?S181 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0168-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

能源是經濟發展的關鍵。我國是能源消費大國，但我國的能源利用效率還比較低，甚至比發達國家低約20%，產值能耗卻是發達國家的2倍[1]，這導致我國經濟增長受到限制并且產生一系列的環境問題。新能源的開發利用是基于更好地滿足人們需求、進一步提升人們生活質量提出的，其在傳統能源的基本功能上，可以達到減輕污染、節能減排的要求。我國是農業大國，農業生產能耗占有重要地位，傳統的農業不可再生能源造成嚴重的環境污染問題。因此，發展農業新能源技術，走低能耗、低排放的可持續發展道路成為關鍵。

1 ? ?農業新能源應用形式

1.1 ? ?生物質能

生物質能是指以生物質材料為來源的各種形式的可再生能源，主要包括動植物及其排泄物等[2]。生物質能轉換技術可以將生物質能轉變成燃料物質，最終產物主要形式包括發電如沼氣發電、秸稈直燃發電和供氣如沼氣供氣、生物質集中供氣等2種形式。沼氣利用在生物質能利用中發揮重要作用，以農作物秸稈、牲畜糞便和有機生活垃圾為原料放入沼氣池中進行發酵，產生的沼氣可用于農戶生產生活、發電，同時沼液、沼渣可作為肥料用于農田和溫室種植，以減少化學肥料的使用。歐美現階段已將沼氣并入天然氣網，用于沼氣燃料電池、車用燃料等。農業秸稈是農業生產的重要產物，每年秸稈焚燒都會對環境造成惡劣影響。雖然國家已限制農村秸稈焚燒，但仍然存在一些問題，建造沼氣池可以有效地解決該問題，緩解環境污染。

1.2 ? ?太陽能

太陽能是農業上最常見的一種可利用能源，太陽能發電可以結合現代農業種植、灌溉、病蟲害、農業機械等，且應用形式趨于多樣化。最常見的應用模式是光伏農業大棚，即通過設置不同透光率太陽能電池板或光伏薄膜解決大棚的光照問題，具有滿足不同采光需求、節約土地資源等優點。

1.3 ? ?其他形式

其他形式的應用主要包括風能、水能、地熱能等，風能主要應用于發電，用現代科技改進傳統風車，替代傳統的人力處理以實現風車現代化應用。此外，還有一種形式是采用離網型小型風力發電機，促進風能在農業上的應用[3]。水能的應用主要包括潮汐、河流水能、海流能、波浪能等能量資源，其中最常見且最成熟的是河流水能。地熱能主要是應用于農業溫室中，但目前該技術應用還存在一些問題并未形成產業化模式。

2 ? ?物理學知識在農業新能源中的應用

2.1 ? ?太陽能開發

可再生能源是一種新興產業，具有巨大的開發利用潛力，但目前在我國該技術仍處于起步階段，許多問題需要進一步研究。再生能源的開發利用，均以物理學知識作為基礎理論背景，目前太陽能已應用在各個方面，如通過光—熱、光—電、光—化學進行太陽能轉化，根據轉換形式的不同，可以將太陽能充分應用于各個方面[4]。其中太陽能利用光—熱形式是最常見的一種轉換形式，即通過傳播、對流、輻射等基本方式進行傳熱并取得所需能量，然后再加以利用。這些傳播過程中遵循最基本的物理學定理，即傅立葉定律、牛頓冷卻定律及斯特藩-玻爾茲曼定律。例如，集熱器直接將太陽輻射能轉換為熱能，任何不同的集熱器在本質上都可以直接對太陽的輻射進行吸收，接著使傳熱介質能夠在短時間內升溫將水燒至人們需要的溫度，減少煤炭等不可再生資源的利用;太陽能光—電轉換主要利用光生伏打效應，直接將太陽輻射能轉為電能;太陽能光—化學的轉換主要是通過對光化學反應的研究來研制光化學電池。這里光化學電池的主要組成部分是半導體材料和電解液。太陽能的開發和利用還需要加大技術投入，以提高太陽能的利用效率，推進太陽能產業的發展。

2.2 ? ?生物質能開發

中國的生物質能資源量較大，其可以固化成型為高效燃料。在生物質能產業鏈中，許多物理問題至關重要，例如生物質燃燒過程中鍋爐受熱面會腐蝕，帶來巨大安全隱患，研究腐蝕性機理及防治措施具有重要意義。此外，在垃圾燃燒發電過程中，不可燃燒物及燃燒生成有害氣體的排放問題也亟待解決，燃燒前的物理處理成為減少有害氣體、提升燃燒效率的關鍵問題。

2.3 ? ?資源勘探與開發

物理學知識在資源勘探、開發過程中發揮了重要作用，物探方法是利用地球表面的引力場、電磁場及彈性波場等進行測量與計算以獲得地下地質結構信息的一種有效方法。

3 ? ?結語

能源問題是世界各國的焦點問題，我國面臨能源約束等一系列問題，尤其在農業新能源的開發利用上。在農業領域推廣新能源可以減少環境污染，推進農業可持續發展，但要使農業新能源利用形成一定市場規模，仍然面臨諸多問題。物理學的進一步研究和發展會推進農業新能源的開發利用，而對能源的迫切需求也會促進物理學研究領域的發展，兩者相輔相成。

4 ? ?參考文獻

[1] 俞衛東.新能源在農業上的應用研究[J].農業裝備技術，2014，40（5）：7-10.

[2] 唐維.發展農村新能源：一場節能的攻堅之戰[J].節能與環保，2011（9）：30.

[3] 方玉強.淺論新能源產業經濟在農業領域中的應用[J].農村經濟與科技，2017，28（16）：159-160.

[4] 陳曉棟，褚慶全.基于健康農業理念的光伏生態農業園區規劃研究[J].中國農業科技導報，2014，19（10）：45-51.