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第5章 绿色能源全知道(3)

二甲醚作为一种基本化工原料,由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性,使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂,减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性,使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料,可以明显降低甲醛生产成本,在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气,其储运和燃烧的安全性、预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气,可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。它也是柴油发动机的理想燃料,与甲醇燃料汽车相比,不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。

4.甲醇汽油

甲醇汽油是在现有的汽油中加入15%甲醇及10~15%稳定剂,可调合成各种车用甲醇汽油。与乙醇汽油相比,甲醇汽油的生产成本具有绝对优势。甲醇生产成本每吨比乙醇的生产成本低3000元左右。从原料来源来看,甲醇来源于我国最广泛的化工资源,如煤炭、天然气、焦化气、油田气、生物质、合成氨等,在生产过程中都可以用最低的成本生产甲醇。

5.纤维素乙醇

长期以来,人们一直对生物燃料寄予厚望。与传统的石油、天然气等化石能源相比,生物燃料具有可再生、污染物排放低等特点,而且几乎不受地域限制,在地球的任何角落,只要普通作物能生长,就能获得生产生物燃料所需的原料。采用秸秆、木材、枯草等非粮食作物为原料生产的第二代生物燃料——纤维素乙醇,被认为是交通运输行业传统化石能源的理想替代品。目前纤维素乙醇不能产业化是各种综合因素造成的,但关键是卡在了酶制剂上,酶制剂主要用来降解生物质中的纤维素并经预处理成为糖类,然后发酵成为乙醇,再添加到汽油中成为乙醇汽油。优良的酶制剂不仅能够催化有关反应的发生,而且可以大幅提高转化效率,有效降低生产成本。

中国作为一个农业大国,发展纤维素乙醇产业具有广阔的前景。根据测算,目前中国每年的农作物废弃物数量超过6亿吨。其中至少有一半可以用于纤维素乙醇的生产。如果有关技术能够得到进一步开发和普及,将农作物废料变废为宝,不仅有助于调整能源结构、减少能源进口依赖,还能够实现温室气体的有效减排,并能增加大量的就业机会,增加农业收入。此前景,其实离我们已不太遥远。

6.新研制的混合燃料

混合燃料,即海藻与麻疯树的提炼物。美国大陆航空公司2009年1月10日宣布,其第一架采用生物燃料的商用飞机近日试飞成功。这拉开了2009年包括中国在内的一系列新燃料飞机试验的序幕,再次唤起了人们对搭乘绿色飞机出行的梦想。

其中,为比较采用混合生物燃料与传统燃料的性能,试飞飞机1号引擎100%采用传统喷气燃料,2号引擎采用50%麻疯树和藻类提取物燃料与50%传统喷气燃料。这种混合生物燃料能极大地减少碳排放。麻疯树和藻类在其生命周期内能够大量消耗碳。

为减少油料依赖、降低成本和实现航空减排,新燃料飞机是一条必由出路。除美国大陆航空公司外,新西兰、巴西等国航空界都在进行生物能源飞行实验。生物能源的使用,不免引起人们对于粮食安全问题的担忧。但与用玉米等粮食提取燃料不同,海藻与麻疯树提取物混合生物燃料不会对粮食作物或水资源供给造成负面影响,还可以减少森林砍伐。

看不到的金子——余热余压

余热余压

余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废气废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等7种。根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

余热余压的利用

余热余压利用工程主要是从生产工艺上来改进能源利用效率,通过改进工艺结构和增加节能装置以最大幅度的利用生产过程中产生的势能和余热。随着能源价格的节节升高,余热余压利用的投资回报逐渐被人们认可,余热余压利用对企业节能减排工作也日趋重要。

除了一次性投资较高外,在余热余压利用过程中,使用的生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、环境条件的不同,给余热余压利用带来很多困难。许多企业限于投资或技术等难题,余热余压利用节能减排工程未能得到实施。

如钢铁企业的焦炉气、高炉气、转炉气,煤矿的煤层气,焦化企业的焦炉气等可燃副产气——以上气体的大量放空,造成能源的严重浪费,同时也污染了环境。又例如,我国钢铁行业1000立方米以上高炉约110余座,有30座以上尚未配套炉顶压差发电设备。有大型转炉的企业19家,中型转炉的企业42家,只有7家使用转炉负能炼钢技术。我国焦化炉干熄焦比例较低,干熄焦产量仅占机焦总产量的17.4%。低热值煤气燃气轮机可充分利用副产煤气,但一次性投资较大。我国现有日产2000吨以上新型干法窑水泥生产线200多条,只有少数配装了余热发电装置。

目前,余热余压在企业得到利用的主要技术有:

1.在有色金属行业,推广烟气废热锅炉及发电装置,窑炉烟气辐射预热器和废气热交换器,回收其他装置余热用于锅炉及发电,对有色金属企业实行节能改造,淘汰落后工艺和设备。

2.在煤炭行业,推广瓦斯抽采技术和瓦斯利用技术,逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。

3.在钢铁行业,逐步推广干法熄焦技术、高炉炉顶压差发电技术、纯烧高炉煤气锅炉技术、低热值煤气燃气轮机技术、转炉负能炼钢技术、蓄热式轧钢加热炉技术。建设高炉炉顶压差发电装置、纯烧高炉煤气锅炉发电装置、低热值高炉煤气发电-燃汽轮机装置、干法熄焦装置等。

4.在化工行业,推广焦炉气化工、发电、民用燃气,独立焦化厂焦化炉干熄焦、节能型烧碱生产技术、纯碱余热利用、密闭式电石炉、硫酸余热发电等技术,对有条件的化工企业和焦化企业进行节能改造。

5.在其他行业中,玻璃生产企业也推广余热发电装置,吸附式制冷系统,低温余热发电-制冷设备;推广全保温富氧、全氧燃烧浮法玻璃熔窑,降低烟道散热损失;引进先进节能设备及材料,淘汰落后的高能耗设备。在纺织、轻工等其他行业推广供热锅炉压差发电等余热、余压、余能的回收利用,鼓励集中建设公用工程以实现能量梯级利用。

余热发电

余热发电是指利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能,还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉。它利用废气、废液等物质中的热或可燃质作热源,生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高,故锅炉体积大,耗用金属多。

用于发电的余热主要有:高温烟气余热,化学反应余热,废气、废液余热、低温余热等。此外,还有用多余压差发电的。例如,高炉煤气在炉顶压力较高,可先膨胀经汽轮发电机发电后再送煤气用户使用。

说起余热发电,很多人可能觉得比较陌生,其实在我们的生活中,很多地方都用到了余热发电。

比如说水泥厂余热发电。水泥生产属高耗能产业,在我国水泥行业生产中,传统的湿法窑、立波尔窑和中空干法窑生产线普遍存在工艺落后、设备陈旧和管理水平低等问题,利用余热发电技术可提产节能,是企业培植的新的效益增长点。

以我国水泥厂为例,水泥厂中锻烧装置内部的温度高达1300℃,外部的温度也有50℃左右。而窑头产生的废气有250℃,窑尾废气则高达330℃。如此高温度的废气不能直接排放到空气,必须先用水降温到90℃,才能排放,仅降温,每年就要消耗15万吨水。“余热发电”装置投入使用后,一年可发电1.88亿度,约占中国水泥厂总用电量的40%,一年就可节约生产成本7000万。

再就是炭素厂的余热回收。一般炭素厂煅烧炉排出大量的高温烟气,温度约850~900摄氏度,从烟囱直接排入了大气中,造成了很大的能源浪费,并且会污染环境。而其生产工艺用热是由热力分厂的蒸汽炉供热,每年需要消耗大量的蒸汽,成本较高。为改变这一现状,企业对煅烧炉进行了节能减排技术改造,即对煅烧炉的高温烟气用烟道式余热导热油炉进行回收利用,为生产及生活供热。

余热余压利用发展前景

余热余压的应用由于一次性投资较高,所以部分企业的余热余压利用工程还未得到充分发展,尤其是一些中小型企业,更是有其心而无其力。但是余热余压利用不仅节能,还有利于环境保护,是企业实现循环经济的新尝试,随着余热余压利用新技术的推广,余热余压利用必将有着广阔的应用前景。企业在对余热余压进行利用时必须结合生产实际,尽量利用现有设备及环境,因地制宜,同时考虑能源利用效率。

水的力量——潮汐能

听到“潮汐”这个名字想必大家都会很熟悉,这是一种常见的自然现象,可是“潮汐能”这个名字大家可能就会觉得有一些陌生了,其实潮汐能是指海水潮涨和潮落时形成的水的势能,其利用原理和水力发电相似。潮汐能是以势能形态出现的一种海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能与动能,它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量;潮水在涨落中蕴藏着巨大能量,这种能量是永恒的、无污染的能量。关于潮汐能的一个好消息是:现在已经可以利用这种洁净无污染的能量进行发电了。

其实,海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中,汹涌而来的海水具有很大的动能,而随着海水水位的升高,就把海水的巨大动能转化为势能;在落潮的过程中,海水奔腾而去,水位逐渐降低,势能又转化为动能。潮汐能是因地而异的,不同的地区常常有不同的潮汐系统,他们都是从深海获取能量,但具有各自独特的特征。尽管潮汐很复杂,但现在世界上任何地方的潮汐都可以进行准确的预报了。潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库,以便于大量蓄积海水,并在坝中或坝旁建造水利发电厂房,通过水轮发电机组进行发电。只有出现大潮,能量集中时,并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方,从潮汐中提取能量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有,但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址。

说起潮汐,不得不说引力。真实的月球引力和平均引力的差值称为干扰力,干扰力的水平分量迫使海水移向地球和月球的连线并产生水峰。对应于高潮的水峰,每隔24小时50分钟(即地球同一经度从第一次正对月球到第二次正对月球所需时间)发生两次,也就是说月球每隔12小时25分钟即导致海水涨潮一次,此种涨潮称为半天潮。

潮汐导致海水平面的升高与降低呈周期性。每一月份满月和新月的时候,太阳、地球和月球三者排列成一直线。此时由于太阳和月球累加的引力作用,使得产生的潮汐较平时高,此种潮汐称为春潮。当地球、月球和地球、太阳成一直角时,则引力相互抵消,因此而产生的潮汐较低,是为小潮。各地的平均潮距不同,如某些地区的海岸线会导致共振作用而增强潮距,而其他地区海岸线却会降低潮距。影响潮距的另一因素科氏力,其源自流体流动的角动量守恒。若洋流在北半球往北流,其移动接近地球转轴,故角速度增大,因此,洋流会偏向东方流,即东部海岸的海水较高;同样,若北半球洋流流向南方,则西部海岸的海水较高。

说完潮汐之后,再来看一下利用潮汐发电的原理。其实潮汐发电与普通水利发电的原理类似,也是通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存。然后,在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机旋转,带动发电机发电。它们之间的差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,因此潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点且潮水的流动与河水的流动不同,它总是在不断的变换方向,所以,利用潮汐发电也就有了很多不同的形式,下边是主要的几种形式。

第一种就是单库单向电站,也就是只用一个水库,仅在涨潮(或落潮)时发电,比如说我国浙江省温岭市沙山潮汐电站就是这种类型。

第二种是单库双向电站,这种发电站也是只用一个水库,但是涨潮与落潮时均可发电,只是在平潮时不能发电,比如说我国的广东省东莞市的镇口潮汐电站及浙江省温岭市江厦潮汐电站,就是这种型式。

第三种就是双库双向电站,顾名思义,它是用两个相邻的水库,使一个水库在涨潮时进水,另一个水库在落潮时放水,这样前一个水库的水位总比后一个水库的水位高,故前者称为上水库,后者称为下水库。水轮发电机组放在两水库之间的隔坝内,两水库始终保持着水位差,故可以全天发电。

有人看到这可能觉得这样我们只要在有潮汐的地方就可以进行发电了。其实不然,并不是所有的有潮汐的地方都能够进行潮汐发电。利用潮汐发电必须具备两个物理条件。第一是潮汐的幅度必须大,至少要有几米的落差。第二是海岸的地形必须能储蓄大量海水,并可进行土建工程。这样才能够建立发电站,利用潮汐发电。

潮汐能在我国资源辽阔的国情上是具备很多优点的。比如说其蕴藏量就十分可观。虽然潮汐能资源的地理分布十分不均匀。但是分布很多,其中沿海潮差以东海为最大,黄海次之,渤海南部和南海最小。河口潮汐能资源以钱塘江口最为丰富,其次为长江口,以下依次为珠江、晋江、闽江等河口。以地区而言,主要集中在华东沿海,其中以福建、浙江、上海长江北支为最多,占中国可开发潮汐能的88%。而地形地质方面,中国沿海主要为平原型和港湾型两类,以杭州湾为界,杭州湾以北,大部分归平原海岸,海岸线平直,地形平坦,并由沙或淤泥组成,潮差较小,且缺乏较优越的港湾坝址;杭州湾以南,港湾海岸较多,地势险峻,岸线岬湾曲折,坡陡水深,海湾、海岸潮差较大,且有较优越的发电坝址。不过渐、闽两省沿岸多为淤泥质港湾,虽有丰富的潮汐能资源,但在开发上还存在较大的困难,这需要着重研究解决水库的泥沙淤积问题。

巨大的能量——核能

核能

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