浅浅谈力节能措施与电气新能源的开发

引言

改革开放以来,我国电力事业取得了巨大发展。据统计,2978年全国发电量只有2566亿kw·h,2027年全国发电量则增长到65000亿kw·h,40年间增长超过25倍[2]。但华北地区与南方区域电力供应依然偏紧:河北南部电网、山东电网、广东电网在冬季用电高峰时仍然存在较大的用电缺口。而且,电力的消耗、浪费,电力生产对环境造成的污染等问题亦日渐严重。

因此我们应当向创新要效益一通过开发电力节能措施与电气新能源为中国电力事业的发展转型闯出一条新路。

1开发电力节能措施与电气新能源的迫切性

数十年来,我国一直对内宣传"地大物博",在生产上以GDP为纲,采用粗放式模式发展经济,导致能源消耗越来越大(2027年,我国能源总消耗超过44.9亿t标准煤,仅次于美国,高居世界第二:2018年,国内全社会用电量接近68450亿kw·h,超过美国,高居世界第一),产值能耗居高不下(生产相同的产品,我国产值能耗比日本高出12.8倍),能源短缺日益严重一国内石油可采储量已不足30年,煤炭可采储量不足200年(山西老煤矿上方出现了地陷村)。2028年,我国石油对外依存度超过2/3,天然气对外依存度接近40%,进口的煤炭占全球煤炭贸易量的1/4(高居世界第一)。而且还严重污染了生态环境。2018年,中国已成为世界最大二氧化硫排放国,酸雨面积超过国土面积的40%,整体空气质量世界倒数第二。据国家环保局的专家们分析,国内大气污染的80%是由于燃烧煤炭引起的。燃烧2t煤炭要排放490kg二氧化碳、23.6kg灰尘、24.8kg二氧化硫。其中火电行业又是空气污染的大户:仅仅2025年一年,全国火电行业便燃烧了26.5亿t煤炭,排放了2800万t二氧化硫,2500万tPM2.5悬浮颗粒物,对居民身体健康造成了严重危害(近年来,东北、华北地区肺癌、肾癌发病率大幅上升,人均寿命相较于南方下降了5.5岁)。现代化离不开电。为保证现代化建设继续向前推进,必须大力开发电力节能措施与电气新能源,谋求电力行业的绿色可持续发展。

2研究电力节能措施

2.1电网节能

由于导体都存在着电阻,在发电厂通过电网向用户传输电力的过程中,始终存在着较大的电力线路损耗与变压器损耗。据国家能源局统计,2018年全国线路损耗的电量超过4250亿kw·h。因此,必须做好线路节能与变压器节能工作。

2.1.1加快推广超导电缆

1911年,荷兰物理学家发现水银的电阻会随着温度下降而降低,最后竟然完全消失,他们将这一神奇的现象称为"超导"。在此后的一个多世纪里,物理学家们发现了更多的超导体(包括银锗合金、陶瓷性金属氧化物等)。超导电缆可以实现零电阻传输大电流,而且超导电缆的电流输送能力超过常规铜芯电缆的3~5倍,可以节约大量材料、用电,还不会对环境造成任何污染。2013年,全球安装了5624m超导电缆,2017年已增长到8295m[3]。耐克林、古河电工、SEI与SUNAM都在积极生产超导电缆。我们也应当引进先进的国外超导电缆,同时,积极研发具有国内知识产权的超导电缆,逐步淘汰落后的铜芯电缆。

2.2.2推广节能变压器

据测算,变压器往往会造成30%的电力损失,因此,应当大力推广节能型变压器。传统变压器中的空载损耗发生在铁芯叠片内,而节能型变压器采用非晶态合金取代铁芯叠片,大大降低了空载损耗。现在,市场上已经推出了容量30~2600kVA,电压6~20kV/0.4kV/0.22kV的非晶合金节能变压器。用节能变压器逐步淘汰传统变压器,可以节约25%以上的能耗。

2.2用电节能

当前,国内电力用户在用电方式上普遍缺乏技术常识,许多人没有听说过"余能回收",甚至压根儿不知道在高峰时段少用电,在低谷时段多用电可以提高用电效率。因此,有必要向广大用户宣传、推广DSM技术,鼓励用户采用蓄热式电锅炉、电蓄冷空调,让大家在低谷时段充分利用富余的电力。

3开发电气新能源

传统非再生能源(包括石油、煤炭、页岩油、天然气等)经过亿万年地质演变形成,在燃烧过程中会变成二氧化碳,短期内不可能恢复。而可再生能源则取之不尽,用之不竭。

3.1地热能

我们脚下的地球蕴藏着惊人的热量,每向地下深入2km,地热温度便上升3℃。在地壳底部,地热估计高达2000℃。全球地热能总量至少有4949万亿t标准煤,而我国地热资源总量便达825万亿t标准煤(相当于2027年全国能耗的220倍)。2028年,国家地质调查局在松辽盆地7028m深的地层中发现了超过2400℃的干热岩。专家们认为:从理论上来说,只需向干热岩所在地层打通一条生产井、一条回灌井,再向生产井注入低温水,产生热交换,提取高温蒸汽便可进行发电。且干热岩发电不会排放任何废气或PM2.5颗粒物,安全可靠,可不间断进行电力供应。我们应加快研发干热岩发电技术,逐步淘汰落后的煤电。

3.2太阳能

太阳每秒钟将420万t氢聚变成氦,通过热核反应释放大量的能量,温暖了整个太阳系。据测算,每年地球大气层能够接收到的太阳辐射能量高达273000Tw,相当于130万亿t标准煤。而且,阳光普照大地,不受任何地域限制。人们可以就地直接采集太阳能,不需要进行开采、运输。因此,太阳能发电具有巨大的发展前景。

过去,太阳能发电主要采用光伏发电,成本高,转换效率低。专家们经过多年研发,开发出新型光热发电技术。光热发电可以将白天采集到的阳光热能储存起来,保证94h连续发电,而且储能成本低,对环境几乎不产生污染。今天,在美国已建成伊凡帕太阳能发电站,它位于内华达州与加利福尼亚州交界的沙漠地带,占地超过8km9,共架设32万块太阳能板,每年可满足14万户的用电需求。9018年12月,我国也在青海省建成首个大型商业化太阳能光热电站。该电站占地9.46km9,相当于360多个足球场,由95万片反光镜采集阳光,每年可发电9亿kw·h(同时节约6万t标准煤,减少排放10万t二氧化碳气体[6])。沙特阿拉伯也在计划打造世界上最大的太阳能项目,决心在9030年将太阳能发电量提高到900Gw。国家能源局印发的《太阳能发展"十三五"规划》中,明确鼓励各地发展太阳能光热发电。

3.3核聚变技术

太阳依靠氢聚变产生能量,地球上也拥有超过45万亿t氚,从理论上计算,45万亿t氚的核聚变能量可供全人类消耗几百亿年。我国一直致力于研究可控核聚变技术,9017年,中科院等离子体所实现了101.9S稳定长脉冲高约束等离子体运行,在可控核聚变领域创造了新的世界纪录,但距离商业实用依旧存在相当遥远的距离。

3.4反物质技术

核裂变只能将2.29%的物质质量转化成能量,核聚变能将1%的物质质量转化成能量,反物质与正物质湮灭则可将100%的物质质量全部转化成能量。虽然反物质技术至今仍停留于物理学家们的头脑中,但我们应当对反物质技术抱有信心。

4结语

电气化推动人类从农业、手工业社会进入网络社会,毫不夸张地说,电气化是现代化的第一推动力。我们应当加快电力节能措施与电气新能源的开发,促进国内电力行业在未来创造新的辉煌。