常規能源

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常規能源(Conventional source of energy)

目錄

什麼是常規能源[1]

  常規能源是指技術上已經成熟、已大量生產並廣泛利用的能源,如化石燃料,水力等。

常規能源的開發和利用[2]

  1、煤炭

  煤炭是埋在地殼中億萬年以上的樹木等植物。由於地殼變動等原因。經過物理和化學作用而形成的含碳量很高的可燃物質。又稱作原煤。按煤炭的揮發物含量的不同。將其分為泥煤褐煤煙煤無煙煤等類型。

  煤炭既是重要的燃料。又是珍貴的化工原料。在國民經濟的發展中起著重要作用。煤炭在電源結構中約占72%。在化工生產原料用量中約占50%。在工業鍋爐燃料中約占90%。在生活民用燃料中約占40%。自20世紀以來。煤炭主要用於電力生產和在鋼鐵工業煉焦。某些國家蒸汽機車用煤的比例也很大。電力工業多用劣質煤(灰分大於30%);蒸汽機車對用煤質量的要求較高。即灰分應低於25%。揮發分含量要求大於25%。易燃並具有較長的火焰。在煤礦附近建設的坑口發電站。使用了大量的劣質煤作為燃料。直接轉化為電能向各地輸送。另外。由煤轉化的液體和氣體合成燃料對補充石油和天然氣的使用也具有重要意義。

  2、石油

  石油是一種用途極為廣泛的寶貴礦藏。是天然的能源物資。在陸地.海上和空中交通方面。以及在各種工廠的生產過程中。都是使用石油或石油產品來作為動力燃料的。在現代國防方面。新型武器.超音速飛機.導彈和火箭所用的燃料都是從石油中提煉出來的。石油是重要的化工原料。可以製成發展石油化工所需的絕大部分基礎原料。如乙烯.丙烯.苯.甲苯.二甲苯等。石油化工可生產出成百上千種化工產品。如塑料.合成纖維合成橡膠合成洗滌劑.染料.醫葯.農藥.炸葯和化肥等與國民經濟息息相關的產品。因此可以說石油是國民經濟的“血脈”。石油的動蕩對於國民經濟而言是“牽一發而動全身”。

  科學家一直對石油是如何形成的這個問題有爭論。目前大部分的科學家都認同的一個理論是:石油是沉積岩中的有機物質變成的。因為在已經發現的油田中,99%以上都是分佈在沉積岩區。另外。人們還發現現代的海底.湖底的近代沉積物中的有機物。正在向石油慢慢地變化。石油是一種黏稠的液體。顏色深。直接開采出來的未經加工的石油稱為原油。由於所含的膠質和瀝青的比例不同。石油的顏色也不同。石油中含有石蠟。石蠟含量的高低決定了石油的黏稠度的大小。另外。含硫量也是評價原油的指標。含硫量對石油加工和產品性質的影響很大。

  3、天然氣

  天然氣是地下岩層中以碳氫化合物為主要成分的氣體混合物的總稱。它主要由甲烷.乙烷.丙烷和丁烷等烴類綜合組成。其中甲烷占80%~90%。天然氣有兩種不同的類型:一種是伴生氣。由原油中的揮發性組分所組成。約有40%的天然氣與石油一起伴生。稱為油氣田。它溶解在石油中或是形成石油構造中的氣帽。併為石油儲藏提供氣壓。另一種是非伴生氣。即氣田氣。它埋藏更深。很多來源於煤系地層的天然氣稱為煤成氣。它可能附於煤層中或另外聚集。在700萬~1700萬Pa和40~70℃時每噸煤可吸附13~30m3的甲烷。即使是在伴生油氣田中。液體和氣體的來源也不一定相同。它們所經歷的不同的遷徙途徑和遷移過程完全有可能使它們最終來到同一個岩層構造中。這些油氣構造不是一個大岩洞。而是一些多孔岩層。其中含有氣.油和水。這些氣.油和水通常都是分開的。各自聚集在不同的高度水平上。油.氣分離程度與二者的相對比例.石油黏度及岩石的空隙度有關。

  天然氣是一種重要能源。燃燒時有很高的發熱值。對環境的污染也較小。同時也是一種重要的化工原料。以天然氣為原料的化學工業簡稱為天然氣化工。主要有天然氣制炭黑.天然氣提取氦氣.天然氣制氫.天然氣制氨.天然氣制甲醇.天然氣制乙炔.天然氣制氯甲烷.天然氣制四氯化碳.天然氣制硝基甲烷.天然氣制二硫化碳.天然氣制乙烯.天然氣制硫磺等。

  天然氣的勘探.開采與石油類似。但採收率較高。可達60%~95%。大型穩定的氣源常用管道輸送至消費地區。每隔80~160km必須設一增壓站。加上天然氣壓力高。故長距離管道輸送投資很大。最近10年液化天然氣技術有了很大發展。液化後的天然氣體積僅為原來體積的1/600。因此可以用冷藏油輪進行運輸。運到使用地後再進行氣化。另外。天然氣液化後。可為汽車提供方便的污染小的天然氣燃料。

  4、水能

  許多世紀以前。人類就開始利用水下落時所產生的能量。最初。人們以機械的形式利用這種能量。在19世紀末期。人們學會將水能轉換為電能。早期的水電站規模非常小。只為電站附近的居民服務。隨著輸電網的發展及輸電能力的不斷提高。

  水力發電逐漸向大型化方向發展。並從這種大規模的發展中獲得益處。水能資源最顯著的特點是可再生。無污染。開發水能對江.河的綜合治理和綜合利用具有積極作用。對促進國民經濟發展。改善能源消費結構。緩解由於消耗煤炭.石油等化石能源所帶來的污染有重要意義。因此。世界各國都把開發水能放在能源發展戰略的優先地位。到1998年。發達國家可開發水能資源已經開發了60%。而發展中國家僅開發了20%。所以今後大規模的水電開發主要集中在發展中國家。中國水能資源的理論蘊藏量.技術可開發量和經濟可開發量均居世界第一位。其次為俄羅斯.巴西和加拿大。

  5、核能

  由於原子核的變化而釋放的巨大能量叫做核能。也叫做原子能。經過科學家們的大量實驗研究和理論分析。發現釋放核能可以有重核的裂變和輕核的聚變兩條途徑。核能發電是一種清潔.高效的能源獲取方式。對於核裂變。核燃料是鈾.鈈等元素。核聚變的燃料則是氘.氚等物質。有一些物質。如釷。其本身並非核燃料。但經過核反應可以轉化為核燃料。

  1)重核的裂變

  科學家們發現。用中子去轟擊質量數為235的鈾核。鈾核會分裂成大小相差不大的兩個部分。這種現象叫做裂變。裂變後的產物以很大的速度向相反方向飛開。與周圍的物體分子碰撞。使分子動能增加。核能轉化成周圍物體的內能。實驗表明。裂變時釋放的核能十分巨大。lkg鈾一235中的鈾核如果全部發生裂變。釋放出的核能相當於2500tce@完全燃燒時放出的能量。是同樣質量煤燃料時放出能量的250萬倍。

  從1932年發現中子到1939年發現裂變。經歷了7年之久才把巨大的裂變能從鈾核中解放出來。僅發生裂變釋放能量還不夠理想。作為核燃料的原子核在中子轟擊下發生分裂。一個原子核吸收一個中子裂變後。除了能釋放巨大的能量。還伴隨產生2~3個中子。即由中子引起裂變。裂變後又產生更多的中子。在一定的條件下。這種反應可以連續不斷地進行下去。稱為鏈式反應。經過科學家的努力。實現了人為控制鏈式反應。使裂變可以進行.可以停止。形成了核反應堆。

  2)輕核的聚變

  科學家們在對核反應的研究中還發現。兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時。也能釋放出核能。這種現象叫做聚變。由於聚變必須在極高的溫度和壓強下進行。所以也叫做熱核反應。例如。把一個氘核(質量數為2的氫核)和一個氚核(質量數為3的氫核)在高溫.高壓的環境下結合成一個氦核時。就會釋放出核能。我們最熟悉的太陽內部就在不斷地進行著大規模的核聚變反應。由此釋放出的巨大核能以電磁波的形式從太陽輻射出來。地球上的人類自古以來。每天都在享用著這種聚變釋放出的核能。

  面對強大的核能。人們總是又愛又怕。第二次世界大戰中使用的原子彈已經給人類的記憶留下了很深的傷痕。核武器的發展是科學家們所忌憚的事情。實現核能的和平利用。就能夠代替化石燃料。人們已經成功地生產出各種規格的核反應堆。它是核潛艇.核動力破冰船.核電站等設施的核心部件。

常規能源利用技術的類型

  火電機組技術

  超超臨界火電機組具有顯著的節能和改善環境的效果,超超臨界機組與超臨界機組相比,熱效率要提高1.2%,一年就可節約6000噸優質煤。未來火電建設將主要是發展高效率高參數的超臨界(SC)和超超臨界(USC)火電機組,它們在發達國家已得到廣泛的研究和應用。

  供電煤耗指標

  供電標準煤耗率是指火電廠每生產1 kW?h電能平均耗用的標準煤量,它是衡量發電效率的一個主要指標。日本、德國等發達國家每生產1 kW?h電能平均耗用的標準煤量不足300g。

  煙氣脫硫工藝

  我國大型火電機組煙氣脫硫工藝部分技術國際領先。迴圈流化床乾法煙氣脫硫工藝是一種煙氣脫硫除塵一體化的工藝技術。福建龍凈環保股份有限公司在引進消化吸收國外技術基礎上進行了再創新,解決了大型火電機組採用煙氣迴圈流化床單塔工藝存在的塔內煙氣分佈不均、再迴圈物料流動不暢、除塵器無法實現正常工作等多項技術難題。

  遠距離輸電

  我國遠距離輸電世界領先,在國際上首次成功實施了具有國際領先水平的500千伏系統串補投運與附加勵磁阻尼控制裝置抑制效果的聯合試驗,有效解決了點對網輸電易引發次同步諧振,從而危及電廠安全的難題,填補了中國電力史在大型火電廠遠距離安全輸電技術上的一項空白。

  SSR-DS為國內首創,世界唯一應用無功調製方式抑制次同步諧振的在運行裝置,為解決串補輸電次同步諧振問題開創了新的方向,推動了串補技術的應用和發展,填補了國際空白。

  SSR-DS實現了控制策略、控制方式、設備技術、連接方式等四大創新。經比較,SSR-DS抑制次同步諧振效果優於阻塞濾波器、勵磁系統附加控制(SEDC)、可控串補等方案,代表了當前世界上解決次同步諧振問題最先進的技術水平。

常規能源的環境影響[3]

  能源與環境問題任何一種能源的開發利用都會給環境造成一定的影響。以化石燃料為代表的常規能源造成的環境問題尤為嚴重,主要表現在以下方面。

  1.大氣污染

  化石燃料的利用過程會產生一氧化碳(CO)、二氧化硫(S02)、氮的氧化物(Nq)等有害氣體,不僅導致生態系統的破壞,還會直接損害人體健康。在很多國家和地區,因大氣污染造成的直接和間接損失已經相當嚴重,如歐盟每年超過100億美元,我國也高達120億元人民幣。

  2.溫星效應

  大氣中二氧化碳(c02)的濃度增加一倍,地球錶面的平均溫度將上升1.5~3℃,在極地可能會上升6~8℃,結果可能導致海平面上升20~140cm,將給許多國家造成嚴重的經濟和社會影響。由於大量化石能源的燃燒,大氣中C02濃度不斷增加,每100萬大氣單位中的C02數量,在工業革命前為280個單位,到1988年為349個單位,現在還要更高。

  3.酸雨

  化石能源燃燒產生的大量S02、NOx等污染物,通過大氣傳輸,在一定條件下形成大面積酸雨,改變酸雨覆蓋區的土壤性質,危害農作物和森林生態系統,改變湖泊水庫的酸度,破壞水生生態系統,腐蝕材料,造成重大經濟損失。酸雨還導致地區氣候改變,造成難以估量的後果。

  若再考慮能源開采、運輸和加工過程中的不良影響,則損失將更為嚴重。平均每開采1萬噸煤,受傷人數為15~30人,可能造成2000平方米土地塌陷。全球平均每年塌陷的:土地有200多平方千米。

  核能的利用雖然不會產生上述污染物,但也存在核廢料問題。世界範圍內的核能利用,將產生成千上萬噸的核廢料。如果不能妥善處理,放射性的危害或風險將持續幾百年。

相關條目

參考文獻

  1. 翁史烈主編. 熱能與動力工程基礎.高等教育出版社,2004年11月第1版.
  2. 左玉輝,孫平,柏益堯著.能源-環境調控.科學出版社,2008.4.
  3. 朱永強主編.新能源與分散式發電技術.北京大學出版社,2010.09.
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