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防止全球变暖的发电技术

时间:2007-1-27栏目:石油能源论文

【摘要】在发电领域减少二氧化碳产生的途径包括:提高发电效率减少燃耗;采用原子能发电;使用再生(天然)能源。每单位发电量二氧化碳的产生,以矿物燃料发电最高,特别是烧煤电厂。再生能源发电虽然设施的建造会产生二氧化碳,但发电本身不会产生二氧化碳。因此,增加使用再生能源发电和有效使用矿物燃料,是抑制产生二氧化碳的有效方法
人口是影响能耗的重要因素,全球人口的增加将造成能耗增加,导致大气层中二氧化碳浓度上升,使气温上升,全球变暖。
  在发电领域减少二氧化碳产生的途径包括:提高发电效率减少燃耗;采用原子能发电;使用再生(天然)能源。每单位发电量二氧化碳的产生,以矿物燃料发电最高,特别是烧煤电厂。再生能源发电虽然设施的建造会产生二氧化碳,但发电本身不会产生二氧化碳。因此,增加使用再生能源发电和有效使用矿物燃料,是抑制产生二氧化碳的有效方法。
  再生能源发电技术可分为水力发电;风力发电;太阳能发电(太阳─热发电和光伏发电);海洋发电(海洋-热能转换、潮汐、洋流、海波);地热发电。

水力发电
  水力发电是目前发电技术中每单位发电量产生二氧化碳最低的。它不会产生破坏环境的物质;在径流式水电站的情况下,也不需要水库,对保护环境最为有利。在水库型和抽水储能型电站情况下,必须考虑水库建造对环境的影响。

风力发电
  欧洲和美洲在风力涡轮的发展上处于领先地位,随着在美国公用事业管理政策条例(PURPA)的制定和加州减免赋税,它们的实际应用迅速取得进展。三菱重工(MHI)已在美国加州安装了660台275千瓦级的风力涡轮。实际应用的这些涡轮机,其输出功率范围从100千瓦到600千瓦,而兆瓦级的风力涡轮目前正处于中试阶段。在日本,迄今输出功率最高为300-400千瓦,但MHI开发的500千瓦级的涡轮在1996年10月已成功运转。

太阳-热发电
  太阳能发电技术可分为太阳-热发电和光伏发电。在前一种情况下,通过搜集的太阳热能,用水或低沸点流体直接或间接产生的蒸汽驱动汽轮发电机;在后一种情况下,通过p-型和n-型半导体的组合,将阳光直接转换为电。太阳-热发电又分为直接和间接(二元循环)型发电系统。在前一种情况下,使用一台冷凝器,通过直接产生的蒸汽驱动汽轮机;而在后一种情况下,是在主系统使用一种沸点高于水的熔盐或液态钠,通过热交换加热辅助系统内的工作流体-水或低沸点流体产生蒸汽。虽然前一种系统简单,但热效率低于后者,难以在高温下取得蒸汽,需要辅助燃料点火。
  在日本已建成输出功率1000千瓦的中试装置,应用了塔型和曲线-直线型冷凝器,用热水蓄热设施予以补充。美国在1982年开始对10兆瓦级的发电机进行研究,随后建成了实际应用输出功率超过30兆瓦的装置。
  再生能源发电尚有一些问题需研究解决:
  (1)由于日光能量密度低(在白天,最高每平方米1千瓦),要放置太阳热能收集器需要巨大的空间。
  (2)太阳辐射的强度变化大,因发电取决于时间和天气,所以不能实现稳定发电。
  (3)由于难以通过热积累把蒸汽的温度提高到一个高水平,所以不能实现高效率的兰金循环(总效率10%~15%)。
  为减少成本,实现电力的稳定供应和提高效率,要解决的问题(1)必须改善抛物面反向镜型和定日镜塔型系统的热收集效率;(2)必须应用一补充锅炉或蓄热系统;(3)需使用一个二元循环提高温度,并通过应用低沸点混合液体改善兰金循环。

光伏发电
  应用光伏发电所产生的二氧化碳量仅次于水力发电技术,也不会产生污染环境的物质,是一种理想的干净发电技术。为发电提供能量的日光是无限的。假定在白天太阳辐射的最高强度是每平方米1千瓦,发电效率为10%,整个地面上每年可能的发电量为1.4亿亿度,大约相当于全世界能耗量的100倍。这意味着如果把太阳电池放置于不到全球陆地面积的1/100,或其沙漠面积的1/ 20,所发电量就足以满足全世界能量的需求。
  这种再生能源每单位面积的输出功率密度低,所需要的面积大约为烧煤电站的20倍。在美国和印度,沙漠面积巨大,目前正在进行的计划是建造188兆瓦(美国)或50兆瓦(印度)的光伏发电厂。由于世界上有许多地区适用于大规模光伏发电,作为新日照计划的一部分,发展一种全球性的干净能源系统,即世界能源网(WENET)正在进行中,该计划的目的是,在这些地区实现中央光伏发电,用所发出的电使水分解产生氢,氢既可用做能源,又可用做蓄能和输能介质。从保护全球环境和能量生产角度看,实现这一计划很重要。

地热发电
  可供发电的地热资源可粗分为蒸汽、蒸汽和热水二相流、热水。地热蒸汽可不加处理直接引入汽轮机;而二相流被分为热水和蒸汽,热水通

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