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第14章

绘制能源地图常用符号法。专业性能源地图要反映有关能源的不同地质勘探程度及其开采条件,能源资源结构地图和能源生产结构地图则要注意不同能源数量上的换算关系。

能源植物

能源植物是指可以用做能源的植物。随着化石能源的不断面临枯竭,人们开始在世界范围内寻找替代能源。可作为能源的植物种类很多,主要是某些农作物及有机残留物,林木、森林工业残留物,藻类、水生植物也是有待开发的能源植物。

使用植物作为能源,可以作为固体燃料,或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。林业能源方面,培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强的数目在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究,列出60余种能源植物。森林能源的利用方法有两种:通过干馏来提取煤气、焦油和炭;直接进行燃烧,石油植物也是近年来开辟的一个新领域。

“能源林场”的种类

“能源林场”有2种:

(1)栽种的木本植物产生碳氢化合物,提取后即可制成燃料。

(2)木本植物直接产生近乎石油的燃料。

产油植物大体有3类。

(1)大戟科植物,含油大戟可制成类似石油的燃料,大戟科的巴豆属制成的液体燃料可供柴油机使用。

(2)豆科植物,苦配巴是其中一种。美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文在巴西发现,只要在苦配巴树干上钻个孔,就能流出油来。油可以直接在柴油机上使用。一辆丰田式小卡车用这种油已运行了12个月。据估计,104平方米的苦配巴植物每年可生产油50桶。在树干上钻一个小洞,每个洞流油3小时,就能得油20升。

(3)其他木本植物,如油棕榈树、南洋油桐树、澳大利亚的阔叶木棉等。美国科学家通过试种,种植104平方米含油大戟,1年至少可收获25桶生物石油,经改进,甚至可能收获125桶,成本低于天然石油。巴西试种油棕榈树,3年后开始结果产油,每公顷产油1万千克。

能源消费弹性系数

能源消费弹性系数是反映能源消费增长速度与国民经济增长速度之间比例关系的指标。通常用两者年平均增长率间的比值表示。

计算公式为:能源消费弹性系数=能源消费量年平均增长速度/国民经济年平均增长速度

式中的分子项为能源总消费量的增长率,但一般只计算商品能源消费量的增长率。分母项为国民经济发展增长率。

在西方国家,一般用国民生产总值来表示,前苏联与东欧国家用国民经济总产值来表示。在中国,过去一直以工农业总产值来表示国民经济的发展。计算与分析能源消费弹性系数的目的,主要为了研究国民经济发展与能源消费间的关系,预测今后能源消费与国民经济的增长速度。能源消费弹性系数的发展变化与国民经济结构、技术装备、生产工艺、能源利用效率、管理水平乃至人民生活等因素密切相关。当国民经济中耗能高的部门(如重工业)比重大,科学技术水平还很低的情况下,能源消费增长速度总是比国民生产总值的增长速度快,即能源消费弹性系数>1。随着科学技术的进步,能源利用效率的提高,国民经济结构的变化和耗能工业的迅速发展,能源消费弹性系数会普遍下降。

能源之星

能源之星是一项由美国政府所主导,主要针对消费性电子产品的能源节约计划。能源之星计划于1992年由美国环保署(EPA)所启动,目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。此计划并不具强迫性,自发配合此计划的厂商,就可以在其合格产品上贴上能源之星的标签。

最早配合此计划的产品主要是电脑等资讯电器,之后逐渐延伸到电机、办公室设备、照明、家电,等等。后来还扩展到建筑,美国环保署于1996年起积极推动能源之星建筑物计划,由环保署协助自愿参与业者评估其建筑物能源使用状况(包括照明、空调、办公室设备等)、规划该建筑物之能源效率改善行动计划以及后续追踪作业,所以有些导入环保新概念的住家或工商大楼中也能发现能源之星的标志。

全球计有7个国家与地区参与美国环保署推动的能源之星计划,分别为美国、加拿大、日本、台湾、澳洲、新西兰、欧盟,并自2001年起每年一度召开国际能源之星计划会议。

能流密度

能流密度是在一定空间范围内,单位面积(如平方米)所能取得的或单位重量(如千克)能源所能产生的某种能源的能量或功率,是评价能源的主要指标之一。如能流密度很小,即很难作为主要能源。按目前技术水平,太阳能和风能的能流密度很小,每平方米约100瓦左右。各种常规能源的能流密度都较大,如1千克标准煤发热量为7000千卡(1卡=4.1868焦耳),1千克石油发热量为10000千卡。核能的能流密度最大,1千克铀235裂变时可释放出164亿千卡的热量。

能源转换

能源转换是一种改变能源物理形态的能源生产。一般指化石燃料、水能等一次能源直接或间接转变为电能、热能、汽油、煤油、柴油、煤气等二次能源。例如,水的势能使水轮机运转,水轮机带动发电机而转变为电能;煤通过燃烧转换为热能,热能产生蒸汽驱动汽轮机转换为机械能,再带动发电机转换为电能。转换后的二次能源比一次能源具有更高的终端利用效率,使用时更方便、更清洁。

在有热转换的过程中,不可避免地会伴有转换损失。例如,用一定量的煤来发电时,煤的有些能量将残存在未燃尽的煤粒中,有些将以热的形式从烟囱中损失掉或成为锅炉或蒸汽管道的辐射热而散发掉,有些以废热的形态失去,有些成为摩擦损失,剩下的部分转变为电能。所有这些能量加在一起等于煤完全燃烧所应释放的能量。在研究能源转换的问题时,不仅要注意能量的数量,还应注意能量的质量。

农村能源

农村能源是指农村地区因地制宜,就近开发利用的能源。在中国有薪柴、作物秸秆、人畜粪便(制沼气或直接燃烧)、小水电、小窑煤、太阳能、风能和地热能等,多属于可再生能源。随着农村经济的发展,农村能源还包括国家供应给农村地区的煤炭、燃料油、电力等商品能源。

农村能源所包含的内容主要是合理开发农村当地各种能量资源,研究农村各种能量资源在输入、转换、分配、最终消费过程中的技术、经济及管理等问题,以提高能量利用效率,缓解能源短缺现象,保持农业生态环境,促进农村经济长期稳定地发展。中国农村能源建设的指导方针是:因地制宜,多能互补,综合利用,讲求效益。

农业资源

农业资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

牛粪发电

为了获得高效、清洁的电力能源,人们想出了各种招数,既有土的,也有洋的。1989年,美国加利福尼亚州建立一个燃烧牛粪的发电厂。电厂附近有一个巨型的养牛场,每天排泄的牛粪堆积如山,美国能源公司于是想到利用牛粪燃烧发电。

这家牛粪发电厂每小时燃烧40吨牛粪,可发电1.6万千瓦。每年可获得800万美元,5年多就能回收4600万美元的投资。用牛粪发电,每千瓦小时的成本才7美分。除生产电力外,每天排出的约160吨灰渣,可卖给公路建设部门用于铺设路基,有的用做农田的肥料,有的还可做污水吸附剂。用牛粪做燃料发电,每年相当于节省了约30万桶石油。牛粪发电厂的工人们先把收集来的牛粪堆积自然风干达到脱水标准后,直接送到炉膛内燃烧。炉膛内有多层炉床干燥器和搅拌器,以利于牛粪完全燃烧。为了消除牛粪燃烧时产生的臭味,在燃烧炉内有一个处理残存挥发物和臭气的“后燃器”。后燃器中放有石灰石来吸收二氧化硫等有害气体,使排出的废气净化,不致严重污染空气。牛粪电厂每天用牛粪近千吨,输送带每天不停地开动,把牛粪送到焚烧炉内燃烧,它产生的热能使锅炉内的水每小时产生68吨蒸汽,推动一部涡轮发电机发电。其电力足够供应2万户家庭使用。

P

贫煤

贫煤是对煤化度最高的烟煤的称谓。贫煤的干燥无灰基挥发分Vdaf10%~20%,不黏结或微具黏结性,黏结指数G5。贫煤在加热时,不软化,不熔融;在层状炼焦炉中不结焦。单独炼焦时,不能结成焦块,为非炼焦煤。贫煤燃烧时火焰短,耐烧,通常作为工业和民用燃料。在瘦煤供应严重不足,而炼焦配合煤中又有足够黏结组分时,可少量配入贫煤作为瘦化剂。当配入贫煤时,宜将贫煤进行细粉碎,以防止在焦炭中形成裂纹中心。

平板集热器

平板集热器一般用于太阳能热水器等。聚光集热器可使阳光聚焦获得高温,焦点可以是点状或线状,用于太阳能电站、房屋的采暖(暖气)和空调(冷气)、太阳炉等。按聚光镜构造有“菲涅尔”透镜、抛物面镜和定日镜。

平面反射镜

平面反射镜用于塔式太阳能电站,有跟踪设备,一般和抛物面镜联合使用。平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上,抛物面镜使其聚焦。

Q

禽畜粪便

禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外,禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。

中国主要的禽畜是鸡、猪和牛,根据这些禽畜品种、体重、粪便排泄量等因素,可以估算出粪便资源量。根据计算,目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨,折合7840多万吨标煤,其中牛粪5.78亿吨,4890万吨标煤,猪粪2.59亿吨,2230万吨标煤,鸡粪0.14亿吨,717万吨标煤。

在禽畜粪便资源中,大中型养殖场的粪便更便于集中开发、规模化利用。我国目前大中型牛、猪、鸡场约6000多家,每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨,全国每年粪便污水资源量1.6亿吨,折合1157.5万吨标煤。

清洁能源

清洁能源是指不排放污染物的能源,包括核电站和“可再生能源”,可再生能源是指原材料可以再生的能源,如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、海潮能等,可再生能源不存在能源耗竭的可能,因此日益受到许多国家的重视,尤其是能源短缺的国家。

核能虽然属于清洁能源,但消耗铀燃料,不是可再生能源,投资较高,而且几乎所有的国家,包括技术和管理最先进的国家,都不能保证核电站的绝对安全。可再生能源是最理想的能源,可以不受能源短缺的影响,但也受自然条件的影响,如需要有水力、风力、太阳能资源,而且最主要的是投资和维护费用高,效率低,所以发出的电成本高,现在许多科学家在积极寻找提高利用可再生能源效率的方法,相信随着地球资源的短缺,可再生能源将发挥越来越大的作用。

清洁柴油车

清洁柴油车,以其油耗低,二氧化碳排放量小的特点,正在欧洲日益普及。这种现象的背后,是其发动机、过滤器以及新型燃料等技术的开发和利用。

柴油车能够比相同排量的汽油车节省20%~30%的燃料费,二氧化碳的排放量也要低20%,这对防止地球变暖具有相当重要的意义,因此柴油车可望成为未来的“生态车”。

“清洁柴油车”不但减少了噪音和振动,就连乘坐也变得相当舒适。虽然目前柴油车的尾气比以前更加清洁了,但柴油车排出的主要污染物质——固体颗粒物和氮氧化物,却仍比汽油车多。

清洁煤

随着煤价的持续飙升,研究人员加快了对清洁能源的研究步伐,努力寻找将黑色的脏能源——煤转化为绿色清洁燃料的方法。

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体,被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能,实现二氧化碳零排放。

然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中的硫、铁、石英、硅以及其它一些物质分离出来。近年来,研究人员在这方面取得了很多进展。例如,现在技术能够将燃煤排放物脱硫98%,这已经不是什么困难,问题是即使提取出这些矿物质,燃煤仍然会产生大量的二氧化碳。因此,要实现煤炭向绿色能源的转化,研究人员还需要解决零碳排放技术问题,这是清洁煤的一个长期目标。

纤维素

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%,为天然的最纯纤维素来源。一般木材中,纤维素占40%~50%,还有10%~30%的半纤维素和20%~30%的木质素。此外,麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等,都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外,以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素(即膳食纤维)对人体的健康也有着重要的作用。

氢是一种化学元素,化学符号为H,原子序数是1,在元素周期表中位于第一位。它的原子是所有原子中最小的。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭,极易燃烧的由双原子分子组成的气体,氢气是最轻的气体。它是宇宙中含量最高的物质。氢原子存在于水,所有有机化合物和活生物中,导热能力特别强,跟氧化合成水。在0℃和一个大气压下,每升氢气只有0.09克重——仅相当于同体积空气重量的1/14.5。

氢能源的开发与利用

氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其他能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料消耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时,人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。

氢的用途很广,适用性强。它不仅能用做燃料,而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如,储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领,可将热量储存起来,作为房间内取暖和空调使用。

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