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常規能源

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常規能源(Conventional source of energy)

目錄

什么是常規能源[1]

  常規能源是指技術(shù)上已經(jīng)成熟、已大量生產(chǎn)并廣泛利用的能源,如化石燃料,水力等。

常規能源的開(kāi)發(fā)和利用[2]

  1、煤炭

  煤炭是埋在地殼中億萬(wàn)年以上的樹(shù)木等植物。由于地殼變動(dòng)等原因。經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)作用而形成的含碳量很高的可燃物質(zhì)。又稱(chēng)作原煤。按煤炭的揮發(fā)物含量的不同。將其分為泥煤褐煤煙煤無(wú)煙煤等類(lèi)型。

  煤炭既是重要的燃料。又是珍貴的化工原料。在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著(zhù)重要作用。煤炭在電源結構中約占72%。在化工生產(chǎn)原料用量中約占50%。在工業(yè)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(lái)。煤炭主要用于電力生產(chǎn)和在鋼鐵工業(yè)煉焦。某些國家蒸汽機車(chē)用煤的比例也很大。電力工業(yè)多用劣質(zhì)煤(灰分大于30%);蒸汽機車(chē)對用煤質(zhì)量的要求較高。即灰分應低于25%。揮發(fā)分含量要求大于25%。易燃并具有較長(cháng)的火焰。在煤礦附近建設的坑口發(fā)電站。使用了大量的劣質(zhì)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(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中。都是使用石油或石油產(chǎn)品來(lái)作為動(dòng)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(lái)的。石油是重要的化工原料??梢灾瞥砂l(fā)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(chǎn)出成百上千種化工產(chǎn)品。如塑料.合成纖維合成橡膠合成洗滌劑.染料.醫藥.農藥.炸藥和化肥等與國民經(jīng)濟息息相關(guān)的產(chǎn)品。因此可以說(shuō)石油是國民經(jīng)濟的“血脈”。石油的動(dòng)蕩對于國民經(jīng)濟而言是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

  科學(xué)家一直對石油是如何形成的這個(gè)問(wèn)題有爭論。目前大部分的科學(xué)家都認同的一個(gè)理論是:石油是沉積巖中的有機物質(zhì)變成的。因為在已經(jīng)發(fā)現的油田中,99%以上都是分布在沉積巖區。另外。人們還發(fā)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(kāi)采出來(lái)的未經(jīng)加工的石油稱(chēng)為原油。由于所含的膠質(zhì)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(jià)原油的指標。含硫量對石油加工和產(chǎn)品性質(zhì)的影響很大。

  3、天然氣

  天然氣是地下巖層中以碳氫化合物為主要成分的氣體混合物的總稱(chēng)。它主要由甲烷.乙烷.丙烷和丁烷等烴類(lèi)綜合組成。其中甲烷占80%~90%。天然氣有兩種不同的類(lèi)型:一種是伴生氣。由原油中的揮發(fā)性組分所組成。約有40%的天然氣與石油一起伴生。稱(chēng)為油氣田。它溶解在石油中或是形成石油構造中的氣帽。并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(lái)源于煤系地層的天然氣稱(chēng)為煤成氣。它可能附于煤層中或另外聚集。在700萬(wàn)~1700萬(wàn)Pa和40~70℃時(shí)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(lái)源也不一定相同。它們所經(jīng)歷的不同的遷徙途徑和遷移過(guò)程完全有可能使它們最終來(lái)到同一個(gè)巖層構造中。這些油氣構造不是一個(gè)大巖洞。而是一些多孔巖層。其中含有氣.油和水。這些氣.油和水通常都是分開(kāi)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.石油黏度及巖石的空隙度有關(guān)。

  天然氣是一種重要能源。燃燒時(shí)有很高的發(fā)熱值。對環(huán)境的污染也較小。同時(shí)也是一種重要的化工原料。以天然氣為原料的化學(xué)工業(yè)簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)采與石油類(lèi)似。但采收率較高??蛇_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(cháng)距離管道輸送投資很大。最近10年液化天然氣技術(shù)有了很大發(fā)展。液化后的天然氣體積僅為原來(lái)體積的1/600。因此可以用冷藏油輪進(jìn)行運輸。運到使用地后再進(jìn)行氣化。另外。天然氣液化后??蔀槠?chē)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(lèi)就開(kāi)始利用水下落時(shí)所產(chǎn)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(xué)會(huì )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(wù)。隨著(zhù)輸電網(wǎng)的發(fā)展及輸電能力的不斷提高。

  水力發(fā)電逐漸向大型化方向發(fā)展。并從這種大規模的發(fā)展中獲得益處。水能資源最顯著(zhù)的特點(diǎn)是可再生。無(wú)污染。開(kāi)發(fā)水能對江.河的綜合治理和綜合利用具有積極作用。對促進(jìn)國民經(jīng)濟發(fā)展。改善能源消費結構。緩解由于消耗煤炭.石油等化石能源所帶來(lái)的污染有重要意義。因此。世界各國都把開(kāi)發(fā)水能放在能源發(fā)展戰略的優(yōu)先地位。到1998年。發(fā)達國家可開(kāi)發(fā)水能資源已經(jīng)開(kāi)發(fā)了60%。而發(fā)展中國家僅開(kāi)發(fā)了20%。所以今后大規模的水電開(kāi)發(fā)主要集中在發(fā)展中國家。中國水能資源的理論蘊藏量.技術(shù)可開(kāi)發(fā)量和經(jīng)濟可開(kāi)發(fā)量均居世界第一位。其次為俄羅斯.巴西和加拿大。

  5、核能

  由于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(jīng)過(guò)科學(xué)家們的大量實(shí)驗研究和理論分析。發(fā)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(fā)電是一種清潔.高效的能源獲取方式。對于核裂變。核燃料是鈾.钚等元素。核聚變的燃料則是氘.氚等物質(zhì)。有一些物質(zhì)。如釷。其本身并非核燃料。但經(jīng)過(guò)核反應可以轉化為核燃料。

  1)重核的裂變

  科學(xué)家們發(fā)現。用中子去轟擊質(zhì)量數為235的鈾核。鈾核會(huì )分裂成大小相差不大的兩個(gè)部分。這種現象叫做裂變。裂變后的產(chǎn)物以很大的速度向相反方向飛開(kāi)。與周?chē)奈矬w分子碰撞。使分子動(dòng)能增加。核能轉化成周?chē)矬w的內能。實(shí)驗表明。裂變時(shí)釋放的核能十分巨大。lkg鈾一235中的鈾核如果全部發(fā)生裂變。釋放出的核能相當于2500tce@完全燃燒時(shí)放出的能量。是同樣質(zhì)量煤燃料時(shí)放出能量的250萬(wàn)倍。

  從1932年發(fā)現中子到1939年發(fā)現裂變。經(jīng)歷了7年之久才把巨大的裂變能從鈾核中解放出來(lái)。僅發(fā)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(fā)生分裂。一個(gè)原子核吸收一個(gè)中子裂變后。除了能釋放巨大的能量。還伴隨產(chǎn)生2~3個(gè)中子。即由中子引起裂變。裂變后又產(chǎn)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(jìn)行下去。稱(chēng)為鏈式反應。經(jīng)過(guò)科學(xué)家的努力。實(shí)現了人為控制鏈式反應。使裂變可以進(jìn)行.可以停止。形成了核反應堆。

  2)輕核的聚變

  科學(xué)家們在對核反應的研究中還發(fā)現。兩個(gè)較輕的原子核結合成一個(gè)較重的原子核時(shí)。也能釋放出核能。這種現象叫做聚變。由于聚變必須在極高的溫度和壓強下進(jìn)行。所以也叫做熱核反應。例如。把一個(gè)氘核(質(zhì)量數為2的氫核)和一個(gè)氚核(質(zhì)量數為3的氫核)在高溫.高壓的環(huán)境下結合成一個(gè)氦核時(shí)。就會(huì )釋放出核能。我們最熟悉的太陽(yáng)內部就在不斷地進(jìn)行著(zhù)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(yáng)輻射出來(lái)。地球上的人類(lèi)自古以來(lái)。每天都在享用著(zhù)這種聚變釋放出的核能。

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

常規能源利用技術(shù)的類(lèi)型

  火電機組技術(shù)

  超超臨界火電機組具有顯著(zhù)的節能和改善環(huán)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(yōu)質(zhì)煤。未來(lái)火電建設將主要是發(fā)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(fā)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(chǎng)每生產(chǎn)1 kW?h電能平均耗用的標準煤量,它是衡量發(fā)電效率的一個(gè)主要指標。日本、德國等發(fā)達國家每生產(chǎn)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(shù)國際領(lǐng)先。循環(huán)流化床干法煙氣脫硫工藝是一種煙氣脫硫除塵一體化的工藝技術(shù)。福建龍凈環(huán)保股份有限公司在引進(jìn)消化吸收國外技術(shù)基礎上進(jìn)行了再創(chuàng )新,解決了大型火電機組采用煙氣循環(huán)流化床單塔工藝存在的塔內煙氣分布不均、再循環(huán)物料流動(dòng)不暢、除塵器無(wú)法實(shí)現正常工作等多項技術(shù)難題。

  遠距離輸電

  我國遠距離輸電世界領(lǐng)先,在國際上首次成功實(shí)施了具有國際領(lǐng)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(lián)合試驗,有效解決了點(diǎn)對網(wǎng)輸電易引發(fā)次同步諧振,從而危及電廠(chǎng)安全的難題,填補了中國電力史在大型火電廠(chǎng)遠距離安全輸電技術(shù)上的一項空白。

  SSR-DS為國內首創(chuàng ),世界唯一應用無(wú)功調制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(wèn)題開(kāi)創(chuàng )了新的方向,推動(dòng)了串補技術(shù)的應用和發(fā)展,填補了國際空白。

  SSR-DS實(shí)現了控制策略、控制方式、設備技術(shù)、連接方式等四大創(chuàng )新。經(jīng)比較,SSR-DS抑制次同步諧振效果優(yōu)于阻塞濾波器、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(wèn)題最先進(jìn)的技術(shù)水平。

常規能源的環(huán)境影響[3]

  能源與環(huán)境問(wèn)題任何一種能源的開(kāi)發(fā)利用都會(huì )給環(huán)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(huán)境問(wèn)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(guò)程會(huì )產(chǎn)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(tài)系統的破壞,還會(huì )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(jīng)相當嚴重,如歐盟每年超過(guò)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,地球表面的平均溫度將上升1.5~3℃,在極地可能會(huì )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(jīng)濟和社會(huì )影響。由于大量化石能源的燃燒,大氣中C02濃度不斷增加,每100萬(wàn)大氣單位中的C02數量,在工業(yè)革命前為280個(gè)單位,到1988年為349個(gè)單位,現在還要更高。

  3.酸雨

  化石能源燃燒產(chǎn)生的大量S02、NOx等污染物,通過(guò)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(zhì),危害農作物和森林生態(tài)系統,改變湖泊水庫的酸度,破壞水生生態(tài)系統,腐蝕材料,造成重大經(jīng)濟損失。酸雨還導致地區氣候改變,造成難以估量的后果。

  若再考慮能源開(kāi)采、運輸和加工過(guò)程中的不良影響,則損失將更為嚴重。平均每開(kāi)采1萬(wàn)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(huì )產(chǎn)生上述污染物,但也存在核廢料問(wèn)題。世界范圍內的核能利用,將產(chǎn)生成千上萬(wàn)噸的核廢料。如果不能妥善處理,放射性的危害或風(fēng)險將持續幾百年。

相關(guān)條目

參考文獻

  1. 翁史烈主編. 熱能與動(dòng)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(zhù).能源-環(huán)境調控.科學(xué)出版社,2008.4.
  3. 朱永強主編.新能源與分布式發(fā)電技術(shù).北京大學(xué)出版社,2010.09.
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