书城科普读物求知文库-能源的形势与现状
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第12章 能源是国民经济发展的重要物质基础(3)

若聚光镜的光反射率为80%,那么该装置的发电效率就约为25%。该方案在北京地区可能实现的发电指标约为250kWh.m-2.yr-1。由于高倍聚焦,单位输出功率的电池用量比普通PV发电的要小得多,故该系统的成本比普通PV发电的要低得多。

装置的热能输出是由于从焦点平面上带走高密度能量而引起的。为保证电池的正常高效工作,电池表面应保持一个不高的温度。我们拟用强化冷却措施,维持电池正常的工作温度,从电池表面可能带走的热量约为投射到焦面上能量的70%,系统中输出的该部分热量可供其他使用,如供暖、驱动制冷机及其他生活或工业用热水等。由于塔式系统的聚焦比大,故该部分热量是相当可观的。

由原来的太阳能单独供热,变为热电连供。系统的功能和经济性大大提高。占地面积比其他高温系统缩小一半多,为在城市建筑上的应用提供了可能性。实现模块化,根据用户的要求,系统可大可小。使太阳能发电供热系统无论在大规模集中式,还是在小规模分布式上均具有了较高的商业价值。

3.建筑室内能量平衡是设备能力确定的依据

太阳能供能设备的非定常性,对气象条件和辐照条件的依赖性等特点要求我们必须对建筑用能负荷进行准确的预测才能够在设备与建筑的匹配上做出设备投资和节能效益最佳的选择。

建筑室内温度及气流的预测方法和预测软件CFD/NHT是太阳能与建筑结合的理论和应用基础。也是世界目前建筑空气调节的又一大方面。但我国目前在该方面的水平和从事人数还远落后于世界先进国家。

4.被动与主动相结合是太阳能与建筑结合的发展方向目前建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国,它要占到建筑物总能耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量,带来外界的环境污染,而且并不能给室内人员带来健康的环境(虽然暂时它是舒适的)。在太阳能用于采暖方面,除造价较高的被动式太阳房有一些示范型建筑外,还没有大规模的采用。主动式太阳能供能由于成本更高,与我国的经济发展也是远不相适应。因此,建筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合的思想。按照房间的功能,采用不同方案的配合及交叉,这样可以大大降低太阳能用于建筑供能的一次投资和运行成本,使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。

被动采暖与降温的意义在于使建筑本身能量负荷大大降低(节能率约70%),使其所要求主动供能装置提供的能量大大降低。也就是说,它将对昂贵装置的要求降低。另外,被动供能是巧妙利用自然条件的变化来调节室内温度。我们认为,建筑物内空气温度调节技术发展方向不应当是改变自然环境来满足人的要求,而是应当尽量巧妙地利用并顺应自然界来满足人们对健康和舒适的要求。研究空调的目的应当是尽量减少人工环境,而不是相反。

主动供能的意义在于保障建筑室内的舒适性增加。

在主动与被动供能相互配合组成供能系统的情况下,整套建筑供能系统的设备性能将会提高,而尺寸和造价将会降低。

绿色生态住宅

当人类社会进入21世纪之时,世界各国都在从不同的角度探索21世纪的主题,21世纪的主题是什么?信息化世纪,生命科学世纪,还是经济全球化世纪……各说不一。江泽民总书记在闭幕的“全国人口资源环境工作会议”上说:“人口资源环境工作是强国富民安天下的大事”。应当说,21世纪的主题是将可持续发展战略从提出到走向实施的世纪,可持续发展是21世纪人类共同的主题。

在19世纪末,绿色建筑(GreenBuildings)就在西方国家兴起,进而成立了国际性组织,制定了有关绿色生态建筑的指标体系,开展了不少活动。近来,在我国的住宅建设中也十分关注这一个领域的问题,无论是从可持续发展的总体出发,或者仅仅是一种房地产开发的理念,都值得我们研究。

住宅产业必须成为资源节约型绿色产业——作为新世纪住宅的主旋律,应体现节地、节水、节能、治污。传统的住宅产业是一种资源消耗型产业,但是根据我国的国情,已经到了必须重视住宅建设中节约资源的问题,否则将影响住宅产业的发展。从以下几方面来分析:

1.土地

近几年来,我国平均每年减少750万亩耕地,建国以来人均耕地面积从3.88亩减少到1.58亩。因此,以下有关节地的方针尤为重要:严格控制城乡居民点建设用地是长期方针;延续了10年的住宅小区模式正在发生变化,旧城区改造要有新模式,以便节约土地;小城镇住宅建设将成为重点,节地问题要提前研究;以成套技术、合理设计、先进的建筑结构增加使用面积,节约用地;限期禁止在规定地区使用黏土制品,禁止毁田,鼓励采用绿色建材。

2.水资源

全球性淡水资源短缺已成定局。我国北方城市的资源性缺水、南方一些城市的水质性缺水已经到了对经济和社会亮红灯的程度。城乡居民用水是水资源平衡分配的重要环节,它既包含了水量问题,也包括水质问题。住宅小区的水系统应考虑以下问题:在住宅小区中要建立水的大循环概念,自来水、雨水、地下水、污水等,均要统一列入考虑范围,进行系统优化设计。

由于资源性缺水和水质性缺水同样严重,应针对不同情况制定强制性措施。如:实行分段、梯级提高水价,对耗水量大的设备、器具要强制淘汰并强制推行节水设施等。

随着居民生活水平的提高,管道直接饮用水已经进入小区,形成了第二水厂,它达到了提供优质饮用水和节约用水的双重目的。

住宅小区应考虑污水回用设施,具体方案可以采取就地回用、就近回用或与城市污水处理厂联合,将处理厂的出水经深度处理后回用到住宅小区。

缺水地区应设立住宅小区雨水收集和再利用系统。

太阳能热水器推广应用中的瓶颈

南京日能艾尔电子科技有限公司创建于1992年,是专业开发电子产品的高科技企业。2000年下半年开始关注太阳能热水器的自动控制问题,并同浙江大学合作开发出了RL系列太阳能热水器智能型控制器。现公司已拥有一支强有力的研发团队,其中本科生5名,硕士生3名,博士生1名,无论在控制技术、传感技术,还是在工业造型上都堪称专业,并不断地进行开拓创新。

南京日能艾尔公司通过对太阳能热水器市场的调研及对太阳能热水器产品的研究发现,太阳能热水器与电、燃气热水器相比市场占有率不高,是因为产品本身及其推广应用上存在着瓶颈。问题有二:

1.太阳能热水器如何才能美观地与建筑物结合

由于我国目前太阳能热水器大多为支架承压式水箱,水箱与集热管连为一体,装在房顶总是非常显眼、不协调,破坏了整个建筑的美观。所以太阳能热水器厂家应当考虑在设计上突破目前的惯性构架,想方设法把水箱隐藏起来,使集热管和房顶连为一体,达到和谐美观的效果。

2.太阳能热水器如何才能全天候供应热水

太阳能热水器在阴雨天时加热效果不佳,水箱内水温达不到用水的要求,这时就需要进行辅助电加热,若电加热器无智能控制系统则无法实现自动启闭。

太阳能热水工程

营口经济技术开发区高新技术研究院是营口科学技术方面首家学术机构和地区自然科学与高新技术综合研究发展中心。几年来,研究院一直锐意进取,奋力拼搏,依靠聪明才智,稳居市场潮头。

我院经济基础雄厚,管理先进,具有一批高素质的科技人员。目前,我院开发研制的太阳能产品主要有太阳能供热水系统,照明系统,太阳能供暖系统等。

太阳能供热系统主要有家庭用太阳能热水器和机关、宾馆、厂矿、游泳池、学校等地用太阳能热水器。我院研制的太阳能热水器采用全智能化控制,可实现调温、辅助加热、供水、漏电安全防护,防雷等功能,并设有液晶显示及报警系统。

太阳能供暖系统是利用地下埋设盘管,将地表中的水和设在采光处的太阳能热水阵列中的水通过热泵,换热器输送到供暖系统中,达到冬供暖,夏供冷的装置,此系统运行费用低,无污染,供热系数大,且压缩机可并机冷热调节,全自动控制,多项保护,确保机组运行稳定、可靠。对冬季需采暖供热,夏季需空调供冷的地区、部门、工业企业、高级宾馆、住宅等,该产品是最佳的选择。

太阳能照明系统主要有太阳能草坪灯、庭院灯、路灯、电话亭灯、公路警示灯、夜市灯、宿舍灯等。这些产品造型优美,装饰性强,是道路、庭院、小区、公园、旅游景点等理想的照明设施。

新型能源——微生物电池

煤炭、石油、天然气,是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高,需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的,数量虽大,但毕竟有限。因此,人们终将面临能源危机的一天。

当然,人们可以从许多方面获取能源。例如太阳能就是一个巨大的能源。此外像地热、水力、原子核裂变都可以放出大量的热能。在这方面,微生物也不甘落后。试验研究表明,利用微生物发电,向人们展示出美好的前景。

电池有很多种类,燃料电池是这个家族中的后起之秀。一般电池是由正极、负极、电解质三部分构成,燃料电池也是这样:让燃料在负极的一头发生化学反应,失去电子;让氧化剂在正极的一头发生反应,得到从负极经过导线跑过来的电子。同普通电池一样,这时候导线里就有电流通过。

燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料,以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。现在我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓“电极活性物质”作为电池燃料,然后通过类似于燃料电池的办法,把化学能转换成电能,成为微生物电池。

从目前情况看,作为微生物电池的电极活性物质,主要是氢、甲酸、氨等等。例如,人们已经发现不少能够产氢的细菌,其中属于化能异养菌的有30多种,它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物,吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要,同时把另一部分的能量以氢气的形式释放出来。有了这种氢作燃料,就可以制造出氢氧型的微生物电池来。

在密闭的宇宙飞船里,宇航员排出的尿怎么办?美国宇航局设计了一种巧妙的方案:用微生物中的芽孢杆菌来处理尿,生产出氨气,以氨作电极活性物质,就得到了微生物电池,这样既处理了尿,又得到了电能。同样的道理,也可以让微生物从废水的有机物当中取得营养物质和能源,生产出电池所需要的燃料。

尽管微生物电池还处在试验研究的阶段,但它预示着不久的将来,将给人类提供更多的能源。

从历史看中国油气发展

40岁以上的人不会忘记,建国初期,北京和一些其他城市里本来就不多的汽车车顶上,都背着个大气包,后来知道那里面是天然气——汽车的燃料。当时中国的石油天然气都非常少,那是由于中国的科学技术落后造成的。外国人曾评价“中国无油气”,其实中国人很早就发现了天然气,早在公元前就曾于陕西鸿门(神木县)、中川临邛(邛崃县)开始打井采气,南北朝周闵帝在邛崃设火井县,1620年开发了天然气熬盐技术,1835年到1840年在四川自流井地区用手工加竹竿打井探气,深度超过千米,开采出了三叠纪嘉陵江灰岩主气层,并发生喷气,是个世界奇迹。1939年四川石油沟气田1号喷井,日产天然气6000立方米。

早在公元977年-978年,陕北延长县就曾进行人工钻井探测石油的尝试,1907年投入开发,成立延长石油官厂。1878年台湾苗栗油田开发,1938年台湾锦水气田32号井钻深3500米,在当时算世界一流。

1938年地质学家孙健初在玉门老君庙定位一号钻井,1939年8月打到井深115.5米处,在第三系白杨河组油层喷发,日产原油10吨。后来,中国地质学家李四光、谢家荣、孙健初等在国际地质大会上发表论文,向世人告知中国油气工业有了新进展。1941年,李四光、潘钟祥提出“陆相生油”理论,指的是在大陆盆地沉积地层中能够生成油气。

新中国成立后,石油天然气工业加快了发展,1955年李四光提出“加快中国石油勘探的建议”,选定了八个重点区。1959年大庆油田发现,1976年保持年产5000万吨原油;1959年制定了克拉玛依油田开发方案;1961年胜利油田发现,1964年投产,坨11号井日产原油1134吨。1975年任丘四号井喷油,1977年塔里木盆地钻柯参1号井出油,日产1647吨,天然气277万立方米。1966年渤海湾发现海四、呈北油田。从此在中国东海、南黄海、珠江口、莺歌海、北部湾等海域建设了海上钻井平台,并发现大型油气藏。近年又在鄂尔多斯盆地,吐哈盆地,柴达木盆地,四川盆地,松辽盆地发现油田502个。已探明石油地质储量190.6×108吨。发现天然气田155个,总储量16978×108m3。油田伴生气9477×108m3。

改革开放进一步促进了石油天然气工业的发展,中国已昂首进入世界产油气国家的先进行列。