书城教材教辅青少年科普知识阅读手册——能源科学知识
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第2章

A

安大线

安大线由俄罗斯安加尔斯克油田至中国大庆的石油运输管线,西起俄罗斯伊尔库茨克州的安加尔斯克油田,向南进入布里亚特共和国,绕过贝加尔湖后,一路向东,经过赤塔州,进入中国,直达大庆。

安纳线

2002年底,日本提出修建一条从东西伯利亚经过远东地区到太平洋港口的石油管道,即安纳线(安加尔斯克-纳霍德卡输油管线),以“解渴”日本同样旺盛的原油需求,并通过太平洋港口向北美等国输出。安大线就此出现危机。俄在此后称,由于安大线离贝加尔湖太近,对环保和安全不利,从而倾向日本提出的“安纳线”。

B

波浪能发电

海水受海风的作用和气压变化等影响,促使它离开原来的平衡位置,而发生向上、向下、向前和向后方向运动。这就形成了海上的波浪。波浪是一种有规律的周期性的起伏运动。当波浪涌上岸边时,由于海水深度愈来愈浅,下层水的上下运动受到了阻碍,受物体惯性的作用,海水的波浪一浪叠一浪,越涌越多,一浪高过一浪。与此同时,随着水深的变浅,下层水的运动,所受阻力越来越大,以至于到最后,它的运动速度慢于上层的运动速度,受惯性作用,波浪最高处向前倾倒,摔到海滩上,成为飞溅的浪花。

波涛起伏的大海,一刻也不停息地在运动。在1平方千米的海面上,波浪运动每秒钟就有20万千瓦的能量。因此,波浪能也是一种海洋能源。

波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关,也和风与水相互作用的距离(即风区)有关。水团相对于海平面发生位移时,使波浪具有势能,而水质点的运动,则使波浪具有动能。贮存的能量通过摩擦和湍动而消散,其消散速度的大小取决于波浪特征和水深。深水海区大浪的能量消散速度很慢,从而导致了波浪系统的复杂性,使它常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的影响。波浪可以用波高、波长(相邻的两个波峰间的距离)和波周期(相邻的两个波峰间的时间)等特征来描述。

利用波浪能发电有多种形式,有的利用波的上下波动,有的利用波的横向运动,有的利用由波产生的水中压力变化等。1964年,日本最先制成了使用海浪发电的航标灯。1974年,日本海洋科学技术中心研制出“海明”号波浪发电船,每小时能发电1250千瓦。“海明”号波力发电船有4个浮力室和22个空气室,各自的空气室从底部进入的波可以上下运动,波的上下往复运动使4个阀工作,由于流入的空气方向是单向,所以可以得到连续的输出功率。挪威于1985年在卑尔根附近的海岛建立起了一座装机容量为500千瓦的振荡水柱波力电站和一座装机容量为350千瓦的楔型波道电站。英国于1991年在苏格兰的艾莱岛建成一座波浪能发电站,使用一台韦尔斯气动涡轮机把一个狭窄岩谷的波浪能变成电能,这是目前世界上最先进的波浪发电装置。

波力发电站

1964年,日本制成世界第一盏用海浪发电的航标灯。这台海浪发电机发出的电仅有60瓦,只够一盏灯使用。之后,英国、美国、加拿大、芬兰、法国等国家便投入波浪能发电研究,并提出了300多种发电装置方案。

1978-1979年,日本海洋科技中心建成了一艘世界上最大的海浪发电船“海明”号,并进行海上试验。“海明”号严格地说并不是船,它没有底,只是一个长80米、宽12米的浮动设备。船上装有3台两阀式涡轮机组,额定功率为25千瓦,最大输出功率曾达到过150千瓦。1979年下半年,“海明”号发电船纳入国际能源机构的共同开发计划,由日、英、美、加拿大、爱尔兰5国参加。当时船上装设了8台机组,总装机容量达到2000千瓦,一下子跃居为世界上最大规模的海上波浪发电站。1985年8月,日本又在“海明”号发电船试验海域附近的岸边建造了一座40千瓦的固定波浪发电站,该站在有效波高0.8米时开始发电,有效波高4米时的输出功率达44千瓦。

1985年挪威在卑尔根附近建立了两座波力发电站:一座为装机容量600瓦的振荡水柱波力发电站;另一座是装机容量350千瓦的楔型波力发电站。前者是目前世界正在运转发电的最大波力电站。挪威能源部还计划建立一座1万千瓦的波力发电站。

1991年英国独出心裁,建造了一座依靠天然海底洞谷发电的波能电站。这座发电站可发电75千瓦。从20世纪70年代中期开始,中国开始研究波力发电技术,现已能生产系列化的小型波能发电装置,以作为航标灯、浮标的电源。1990年12月,中国第一座海浪发电站发电试验成功。

波京太阳能发电厂

波京太阳能发电厂是当今世界上最大的太阳能发电厂,建在德国巴伐利亚州的波京,是由壳牌太阳能公司和马丁·布赫尔项目研发公司共建,并得到德国商业银行的融资安排。这座太阳能发电厂耗资大约4000万欧元,功率为10兆瓦,能够满足大约3300个家庭的用电需求。

不可再生能源

不可再生能源泛指人类开发利用后,在现阶段不可能再生的能源资源。如煤和石油都是古生物的遗体被掩压在地下深层中,经过漫长的地质年代而形成的(故也称为“化石燃料”),一旦被燃烧耗用后,不可能在数百年乃至数万年内再生,因而属于“不可再生能源”。

标准燃料

标准燃料是计算能源总量的一种模拟的综合计算单位。在能源使用中主要利用它的热能,因此,习惯上都采用热量来作为能源的共同换算标准。由于煤、油、气等各种燃料质量不同,所含热值不同,为了便于对各种能源进行计算、对比和分析,必须统一折合成标准燃料。标准燃料可分为标准煤、标准油、标准气等。国际上一般采用标准煤、标准油指标较多。世界各国都按本国的用能特点确定自己的能源标准量。一些经济发达国家以用油为主,采用标准油;西欧有些国家以用电力为主,采用标准电,我国以煤为主,采用标准煤为计算基准,即将各种能源按其发热量折算为标准煤。

C

CAO焚烧炉

垃圾运至储存坑,进入生化处理罐,在微生物作用下脱水,使天然有机物(厨余、叶、草等)分解成粉状物,其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选,未能粉化的废弃物进入焚烧炉的第一燃烧室(温度为600℃),产生的可燃气体再进入第二燃烧室,不可燃和不可热解的成分呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在860℃进行燃烧,高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气,金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化,可在灰渣中分选回收。

COA焚烧炉的特点:可回收垃圾中的有用物质;但单台焚烧炉的处理量小,处理时间长,目前单台炉的日处理量最大达到150吨,由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟,烟气中二恶英的含量高,环保难以达标。

CPE:中国石油集团工程设计有限责任公司

中国石油集团工程设计有限责任公司(英文简称“CPE”)是中国石油天然气集团公司(英文简称“CNPC”)直属的,以石油天然气和炼油化工工程设计为核心业务,大力发展工程总承包和科技产业化,与国际接轨的大型科技企业。

CPE由中国石油天然气集团公司、四川石油管理局、华北石油管理局、吉化集团公司、大连石油化工公司、辽河石油勘探局、抚顺石化公司、青海石油管理局、辽阳化纤公司9家股东共同出资组建,下设西南、东北、北京、抚顺、大连、辽阳、青海、岩土工程8个分公司,中油辽河工程有限公司、迪威尔公司、兴油监理公司、环境工程公司、中油惠通公司5个子公司及离退休中心1个直属单位。

CPE经营范围主要涉及:工程勘察、咨询、设计、总承包、监理,高新技术产品研制、开发、销售,新工艺、新技术开发和成果转让,以及上述业务的技术咨询、技术服务、技术转让、技术培训,计算机技术开发、技术服务、设备维修及销售等。

潮汐能

因月球引力的变化引起潮汐现象,潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。潮汐能是以势能形态出现的海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。

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。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说,与潮差的平方和水库的面积成正比。和水利发电相比,潮汐能的能量密度低,相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13~15米,但一般说来,平均潮差在3米以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的,不同的地区常常有不同的潮汐系统,他们都是从深海潮波获取能量,但具有各自独特的特征。潮汐景观很复杂,但对于任何地方的潮汐都可以进行准确预报。

潮汐能源

潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关。潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动,再由水轮机带动发电机发电。潮汐发电必须选择有利的海岸地形,修建潮汐水库,涨潮时蓄水,落潮时利用其势能发电。由于涨潮、落潮的不连续性,生成发电也不连续。据计算,世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦,若全部转换成电能,每年发电量大约为1.2万亿度。

潮汐发电严格地讲应称为“潮汐能发电”,潮汐能发电仅是海洋能发电的一种,但是它是海洋能利用中发展最早、规模最大、技术较成熟的一种。现代海洋能源开发主要就是指利用海洋能发电。利用海洋能发电的方式很多,其中包括波力发电、潮汐发电、潮流发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等,而国内外已开发利用海洋能发电主要是潮汐发电。由于潮汐发电的开发成本较高和技术上的原因,所以发展不快。

潮汐发电是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的,也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能,再把机械能转变为电能(发电)的过程。

潮汐发电

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。

发展像潮汐能这样的新能源,可以间接使大气中的二氧化碳含量的增加速度减慢。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象,由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用,海平面每昼夜有两次涨落。潮汐作为一种自然现象,为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便。更值得指出的是,它还可以转变成电能,给人带来光明和动力。据估计,世界海洋的潮汐能约有10亿多千瓦,每年可生产12400亿度电能,尤其在浅海中潮汐能量更大,黄海就有5500万瓦。20世纪50年代以来,各国开始兴建潮汐发电站,目前最大的一座每年发电量为5亿多度。

潮汐能的重要应用之一是发电。潮汐发电的原理,和一般水力发电完全相同,就是利用海水涨落及其造成的水位差,来推动水轮机,水轮机再带动发电机发电。

潮汐发电站

1961年,法国在英吉利海峡沿岸的朗斯河河口靠近圣马诺城建了一座潮汐发电站。这是世界上最早建成的潮汐发电站之一,也曾是世界上最大的潮汐发电站。这里的潮差水平为10.9米。最大可达13.5米;水库坝长350米,涨潮时水库的水面能延伸到20千米长。电站坝内安装有直径为5.35米的可逆水轮机24台,每台功率1万千瓦,发电量达24万千瓦,每年可供电530亿瓦/小时。法国还在圣马诺湾兴建了一座巨型潮汐电站。这座电站装机1000万千瓦。相当于朗斯电站的40多倍;年发电量达到25万亿瓦/小时,几乎是朗斯电站的50倍。法国还准备在圣马诺湾2000平方千米的海面上建造三座拦潮坝,装配容量最大的水轮机组,使每年的发电量达35万亿瓦/小时。

中国从20世纪80年代开始,在沿海各地区陆续兴建了一批中小型潮汐发电站并投入运行发电。其中最大的潮汐电站是1980年5月建成的浙江省温岭县江夏潮汐试电站,它也是世界已建成的较大双向潮汐电站之一。它坐落在浙江南部乐清湾北端的江厦港。江厦港为封闭式海港,现在已经在港口筑起一道15.5米的粘土心墙堆石坝,形成一座港湾水库,总库容490万立方米,发电有效库容270万立方米。这里的最大潮差8.39米,平均潮差5.08米;电站功率3200千瓦;1989年发电量6.2亿瓦/小时。双向潮汐电站的特点是在涨潮、落潮两个方向均能发电。江厦电站每昼夜可发电14~15小时,比单向潮汐电站增加发电量30%~40%。江厦电站每年可为温岭、黄岩电力网提供100亿瓦/小时的电能。中国另一座较大规模的潮汐发电站,是福建平潭幸福洋潮汐发电站,潮差平均为4.54米,最大7.16米。该站年发电量可达31.5亿瓦/小时。

磁流体发电

利用磁流体发电是一种将热能转换成电能的新型发电方式。它的工作原理与传统的旋转发电机一样,都是基于法拉第电磁感应定律,即利用导体切割磁力线产生感应电动势。但是磁流体发电机中所用的导体是高温导电气体,而不是普通电机中所用的固体金属导线。从能量转换的角度看,普通火力发电是把燃料中贮藏的化学能经过燃烧或反应变为热能,热能在蒸汽透平机中再变成机械能,最后由透平机带动发电机旋转使机械能转化为电能。而磁流体发电则是将燃料燃烧或原子核反应所产生的热能在发电通道中直接转换成电能。磁流体发电可以分为许多种类。若以一次能源为标准,大致可分为化学燃料磁流体发电和核燃料磁流体发电两大类。此外,太阳能也有希望成为磁流体发电的一次能源。