书城科普读物新能源(科学探究丛书)
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第21章 开发节能新技术造福人类(4)

有“照明新光源”之称的稀土紧凑型荧光灯(节能灯)是一种高科技产品,它可比普通白炽灯发光效率提高6倍。专家们说,我国如全面推广采用节能灯,不但可节约大量的电力,同时每年还可节约数千万吨煤,并减少污染,有利于环境保护。

此外,对路灯也可采取节电办法。如在路灯用电上限期消灭用电不计量;用微机路灯控制仪代替光控开关,节约路灯用电;用单灯补偿来提高路灯的功率因数以达到节电的目的;采用半夜照明以节约电力(在后半夜人车稀少时熄灭部分路灯,也可采用调压或串联电抗器的办法,都可节电24%左右);推广高压钠灯,逐步消灭大功率高压汞灯,严格限制自镇流高压汞灯的使用,等等。

在照明节能方面,我国还研制了一种可使废旧日光灯管(除漏气外)重新发光的新型节能电子产品——“星星牌”DZ系列日光灯高效节能电子镇流器,取代了传统铁芯电感镇流器,无需启辉和电容器补偿,在100伏低压、高低温环境下快速启动。

测试结果表明,使用同功率的灯管,该镇流器节电30%~50%,亮度提高20%,连续工作10000小时无温升,灯管上工作时无频闪,无蜂鸣,荧光粉不脱落,寿命成倍增长,且对无线电、微机、电视信号无任何干扰。

该电子镇流器最大特点是,可使废旧灯管重新发光,填补国内电子镇流器的一项空白,灯管灯丝(一端或两端)烧坏的废旧灯管使用DZ系列电子镇流器,能达到与新灯管同样亮度,亮度降低时,调换灯管位置,直至灯管漏气不能使用为止。

它具有高可靠、强过载、低温升、长寿命、体积小、重量轻等优点,可为我国低压用电区照明带来欢乐,为节电、节资做贡献,是具有较好发展前景的新光源节能电子产品。

4.抽水蓄能发电是节能措施之一

抽水蓄能电站指的是利用有利地形,在原来水力发电站的水库的上方建设一个上水库,在电能多余的时候将下水库的水抽到上水库储存起来,到需要电能时再放水发电。抽水蓄能电站的耗电量与发电量之比为4∶3,从表面看似乎得不偿失,但实际上这是一种有效的节能措施。因为,社会生产和生活规律决定了用电量在一天24小时内是不均衡的,当工厂开足马力生产时,用电量达到峰值;当工厂停开,人们休息时,用电量达到低谷。电力系统就要调峰来解决这种电力盈缺现象。要调峰必须增加费用:一是增加设备后备容量,这要投资,计算表明,抽水蓄能发电要比烧煤发电作为补充电源更为经济。全世界普遍重视发展抽水蓄能发电,1980年全世界抽水蓄能发电站总装机容量达7500万千瓦,比1965年翻了一番,目前正以每年500万千瓦速度增长着。

我国近些年来才开始考虑抽水蓄能发电,我国第一座农村抽水蓄能电站,最近在湖南省慈利县境内建成,已通过国家鉴定。

最近正在拟建的抽水蓄能电站有广州、十三陵、天荒坪等,还召开了“抽水蓄能电站技术讨论会”,国家也正在加大对抽水蓄能电站的投资,并开展相应的科研工作。

潘家口抽水蓄能电站最后一台机组已于1992年12月8日试运完毕,移交生产。潘家口抽水蓄能电站位于河北省迁西县境内滦河干流上。建有上下两个水库,上水库即潘家口水库,为多年调节水库,以供水为主,兼顾发电,总库容29.3亿立方米,正常蓄水位222米,死水位180米,最大水头85.7米,最小水头36米。主坝为混凝土宽缝重力坝,坝高107.5米。下水库总库容3168立方米,为日调节水库,水位变化幅度为4.6米。下库坝为混凝土重力坝,坝高28.5米。电站总装机容量为42万千瓦。电站的运行方式,考虑常规水轮发电机组在下游用水时发电,年利用小时数约1580小时。而3台抽水蓄能机组在每年4~6月的集中用水期,只发电不抽水,采取与常规水轮发电机组同样的运行方式;其余月份则按日调节抽水蓄能方式运行。年发电利用小时数约1300小时。

这一工程完成后,潘家口水库平均每年将引滦河水19.5亿立方米,供应天津、唐山等城市生活和工农业用水的要求;在洪水期还有削减洪峰的作用。电站年发电量5.9亿千瓦时左右,承担京津唐电网的调峰、调相任务。

5.正在发展中的储能技术

(1)压缩空气储能技术

高峰用电时,发电不足,但高峰过后,发电又过多。若能将高峰过后多余的电能储存起来,待到高峰用电时再使用,即可降低电厂设备投资及发电成本。

美国在亚拉巴马州的麦克英托什建成了美国第一座压缩空气蓄能电站。该电站投资6500万美元,功率为10万千瓦。这座电站在工作过程中,在非用电高峰期把空气压缩进入57万立方米的地下岩洞;而在用电高峰时,在压缩空气中加入气体或液体燃料,经过燃烧器产生的燃气用来驱动气轮机发电。该电站的运行时间,平均每天10小时,周末为35小时。在平时高峰用电期内,每天可提供100万千瓦时的电力。储存压缩空气的地下岩洞是泵入淡水使岩盐层溶解后形成的。

(2)高温超导储能飞轮研究取得新进展

日本的国际超导技术中心高级研究员村上说,当非超导元素分散在一种超导材料里时,它们就“钉住”磁体的磁通量。这就是说,磁体能悬浮在这个超导体上面。此外,由于这两层之间有空气,所以磁体能自由旋转。这些特性有朝一日可使人们制造带有接近于无摩擦轴承的装置。村上和他的同事们认为,一种理想的应用场合可能是储能系统。他们已研制出一种原型装置,来显示这种想法的可行性。这个原型装置包括一个30公斤重的盘形旋转体,是用铝中嵌入铁-钕-硼磁体制成,在一个静止超导盘上方0.76厘米处飘浮。这个静止超导圆盘装有33个以钇为基础的庞大超导体,由液氮冷却。这两个圆盘的直径都是0.3米左右。

研究人员用一台小型电动机使这个磁体旋转。为了收回能量,他们把旋转的圆盘同一个由一台小型发电机和灯光组成装置连接,类似自行车灯所用的那种装置。飞轮储存约100瓦时能量。

在美国,阿贡国立实验所和设在康涅狄格州东哈特福德的联合技术研究中心的研究人员一直在真空里共同试验一种类似装置。他们报告说,一种超导磁性轴承的摩擦力大约只是目前最好的磁性轴承的1/25。这些科学家声称,装有这种轴承的飞轮每小时损失的能量,将不到它储存能量1‰。这两个研究小组都认为,这样一种系统可用做应急电源。在正常情况下,利用电来使飞轮旋转和用液氮冷却。如果供电中断,则储存在飞轮里的能量就可驱动发电机。据村上的研究小组计算,一个直径3米的圆盘可储存10千瓦时能量。

从更大规模来说,这样一种飞轮可能帮助供电公司平衡它们的电力需求。在用电量较少的时候,飞轮可把能量储存起来,然后再发电来满足用电高峰时的需要。研究人员认为,这样一套系统可由安装在地下隧道中的巨大环形装置组成。

日本东北电力公司和日立制作所研制成功用超导的能源贮藏装置。这是世界上首次采用“热函保护方式”的装置,作为万一超导状态破坏的情况下的安全对策。装置用液氦使线圈冷却到-269℃,呈超导状态。它在1千安培的电流通过的情况下,可蓄存100瓦灯泡使用约3小时的电能。

美国正在准备建造一种巨型超导贮电装置,该装置造价10亿美元,外形像汽车轮胎,可贮电500万千瓦时。如果该装置能够建成,就可将夜间剩余电能贮存起来,到白天用电高峰时,向电网供电。

巨型超导贮电装置实际上是一块巨大的电磁铁,因此又称这种贮电方法为超导磁铁贮电法(SMES)。它的一个优点是可提供脉冲电能,可以在0.3秒的瞬间脉冲放电,普通发电机却需要15分钟。它的另一个优点是损耗较少,与其他贮能方法比较,抽水蓄能法只能回收70%电能。而SMES则可收回98%的电能。

此外,这种超导磁铁电能贮存法没有活动部件,所以十分安全可靠。