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第2章

集光器

集光器位于美国新墨西哥州的中聚光器测试场,它的集光能力远远超过最大型现代望远镜。聚光器是由220片直径超过7米的镜片所组成,而这些镜片共同聚焦在中央的高塔。聚光器主要用来研究如何收集和运用太阳能。它虽然用非常大的面积来集光,但并不像一般的天文望远镜会形成会聚的影像。

最近,天文学家已经开始利用聚光器来收集高能伽玛射线撞到大气分子时所产生的次级辐射。量测这个能量范围的光子,我们未来可能可以用来探索神秘的伽玛射线爆发。除此之外,源自超新星爆炸的宇宙射线和星际物质相撞,可能也会发出这个能量范围的辐射,也可以用聚光器来进行这方面的研究。

集热器的分类

集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。

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。

聚光式太阳灶

聚光式太阳灶是利用抛物面形的反射镜聚光获得较高温度,直径1~2米的聚光太阳灶。由于能量集中,因而热效率较高,可获得约500℃高温,适合农村家庭用来做饭、炒菜、煮饲料、烧水。制造聚光灶可就地取材,利用水泥、纸板、菱苫土做灶的衬底,用玻璃、反光材料做反射镜面。目前尚待进一步改进的是提高反射镜面的使用寿命和降低反射镜面的生产成本。

甲烷水合物

甲烷水合物作为替代能源的行动。甲烷水合物也称“可燃冰”,是甲烷气体和水分子形成的笼状结晶,将两者分离,就能获得普通的天然气。这种外面看起来像冰一样的物质是在高压低温条件下形成的,也就是说,它通常存在于大陆架海底地层以及地球两极的永久冻结带。

“可燃冰”是未来洁净的新能源。它的主要成分是甲烷分子与水分子。它的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿,而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中,厌气性细菌把有机质分解,最后形成石油和天然气(石油气)。其中许多天然气又被包进水分子中,在海底的低温与压力下又形成“可燃冰”。这是因为天然气有个特殊性能,它和水可以在温度2~5℃内结晶,这个结晶就是“可燃冰”。因为主要成分是甲烷,因此也常称为“甲烷水合物”。在常温常压下它会分解成水与甲烷,“可燃冰”可以看成是高度压缩的固态天然气。“可燃冰”外表上看它像冰霜,从微观上看其分子结构就像一个一个“笼子”,由若干水分子组成一个笼子,每个笼子里“关”一个气体分子。

目前,可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘,是一种极具发展潜力的新能源,但由于开采困难,海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。

节能措施

美国的人口仅占世界的5%,而消耗的能量却占世界的30%。在能源消费结构中,民用、商用占第一位,具有巨大的节能潜力。因此,美国近年来一直推行“节约是最好的增产”的政策。

主要措施有:宣传节能的意义、介绍节能的措施和采取一些具体规定来实现。为缩短通宵营业时间,晚上10点熄灭霓虹灯,降低暖气温度,缩短冷气使用时间。将全国家庭或大厦的室内温度降低1度,可节约将近200万吨石油。在4~9月的半年内,实行提早1小时的夏令时间,可节约100万吨石油。通过上述措施,取得了较好的节能效果。1979年节约石油消费5%,1980年节约石油消费7%。

节能监测

节能监测是政府推动能源合理利用的一项重要手段。节能监测通过设备测试,能质检验等技术手段,能够对用能单位的能源利用状况进行定量分析,依据国家有关能源法规和技术标准对用能单位的能源利用状况作出评价。对浪费能源的行为提出处理意见,加强了政府对用能单位合理利用能源的监督。

节能监测的作用

(1)节能监测是一种技术监督手段,节能监测机构的职责之一是定期向节能主管部门和上级节能监测机构报告监测情况,提出有关建议,为节能主管部门提供用能单位能源利用状况的科学分析。大量的数据更科学地反映主要用能设备的装备水平和用能水平,大量的科学数据能够使节能主管部门更深层次地部署、协调、服务、监督节能工作,以达到逐步缩小我国能源利用率与国际先进水平的差距,降低能耗,保护环境,保证中国经济的可持续发展。

(2)节能监测是一项执法活动,国家为了制止低水平重复建设,促进生产工艺、装备和产品的升级换代,根据国家的有关法律、法规,已公布了多批淘汰产品目录。节能监测的一项重要任务就是贯彻政府法令,加强节能监测,能够使落后生产能力、落后工艺装备、落后产品的淘汰工作落到实处。《节能法》第十三条规定,“禁止新建技术落后、耗能过高、严重浪费能源的工业项目”,第二十五条规定,“生产、销售用能产品和使用用能设备的单位和个人,必须在政府相关部门规定的期限内,停止生产、销售国家明令淘汰的用能产品,停止使用国家明令淘汰的用能设备,并不得将淘汰的设备转让给他人使用”。

(3)节能监测在节能技术监督中还体现政府的服务,这种服务通过对用能单位的能源利用状况的定量分析,能为用能单位提出节能潜力和措施,为用能单位改进能源管理和开展节能技术改造提供科学依据。节能监测中,节能监测机构对监测结果的评价结论中,不仅仅是合格或不合格的结论,还必须对浪费能源的原因和技改提出分析意见。节能监测促进了企业自身的节能自觉性的提高,促进了企业节能技术改造,提高了企业的经济效益。

节能样板楼

北京电力公司的分公司大楼被称为“节能样板楼”。这幢节能型建筑采用了近40种技术措施和设备,以节省热、光、水、气、电等能源和资源。大楼地下1层,地上4层,呈正方体,这是为了尽量缩小表面积,防止室内热量散出。它的窗户面积小,只有一般窗户的1/2,玻璃窗是双层的,使用高性能的热线反射玻璃。墙壁的内外壁之间夹着一层绝热材料,从而使从窗户中跑出去的热量就减少了60%,从墙壁中跑出去的热量减少了75%。窗上还安装了自动控制百叶帘,叶片可随阳光的移动而自动改变角度,最大限度地遮住阳光,减少空调设备的耗电量。

在节能大楼楼顶,安装着有效利用面积共为126平方米的两种太阳能集热器,一种叫平板式,一种叫真空玻璃管式。这个太阳能利用系统可供大楼的浴池和洗脸间所用热水的70%。

电灯、复印机和其他电动器具,在使用时都会散发出热量。在这幢大楼中,这些废热通过蓄热式热泵回收后,被储存在蓄热槽里再加以利用。

会议室的电灯开关安在门外,电灯线路和空调线路连在一起,插头一拔出来,室内电灯和空调器都关掉了,便于节约用电。建筑物内使用自动点灭灯装置,并合理减少电灯数,节省照明用电。

“中水利用系统”通过管道把洗脸、洗澡等用过的废水集中起来,经过设在地下室的加压式快速过滤装置过滤、消毒,连同接收的雨水一起注入中水槽里,再引导到厕所的水箱中,冲洗粪便。在一般建筑物中,空调用的电力约占全部电力消耗的25%,而这幢节能建筑则比一般建筑少用12%的电力。

巨能电池

美国核工程师罗杰·布姆设计了一种新奇的储存电能的装置,将用于地面激光器和其他武器。该电池直径约为1000米,厚度为18米,形状像炸面包圈。电流在环形超导线圈中无休止地流动,电能毫无损失。该装置可储存5000千瓦电,既可缓缓地用来给一个城市照明,又可把放电速度调节到千分之三十秒,以迅猛强大之势将电能一下子释放出来。美国军方投入1400万美元进行这种巨能电池的实验。

绝热材料

绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。绝热材料一方面满足了建筑空间或热工设备的热环境,另一方面也节约了能源。因此,有些国家将绝热材料看做是继煤炭、石油、天然气、核能之后的“第五大能源”。

洁净煤技术

为了减少直接烧煤产生的环境污染,世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。我国是烧煤大国,70%以上的能源依靠煤炭,大力发展洁净煤技术有更重要意义。洁净煤技术包括两个方面,一是直接烧煤洁净技术,二是煤转化为洁净燃料技术。

洁净能源

洁净能源是指大气污染物和温室气体零排放或排放很少的能源。主要有3类:可再生能源、氢能和先进核电。

秸秆煤

秸秆煤是用人工的方法使废弃的植物,如秸秆、野草、锯末等,在短时间内迅速变成在自然界需要经过数百万年乃至几亿年才能形成的煤。

众所周知,煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。在距今2亿多年前的古生代时期,由于地壳运动使得树木等植被沉落沼底,被土石覆盖,在承受漫长压力和地热作用下逐渐变化成现今的煤炭。

国际能源机构的有关研究表明,秸秆是一种很好的清洁可再生能源,其平均含硫量只有3.8‰,而煤的平均含硫量达10‰以上。经测定:秸秆热值约为15000kj/kg,相当于标准煤的50%,相当于民用煤炭的70%(原煤折算标准煤系数0.714)。

秸秆气化工程

随着经济发展,农民的生活方式也随着改变,过去直接燃烧的农作物秸秆变得难以处理,采用秸秆气化工程成为必要,该工程是在生物质原料在缺氧状态下加热反应的能量转换过程,采取措施控制其反应过程,使碳、氢元素变成一氧化碳、甲烷等可燃气体,供农户使用。

秸秆生产蜂窝煤技术

秸秆生产蜂窝煤技术是以秸秆粉和劣质煤相配合为基本原料,再添加脱硫剂消石灰,成形后再经以石蜡和重油配制成的表面处理剂进行表面处理而制得,是可使作物秸秆得到充分有效利用的成形煤。特点如下:

(1)以作物秸秆和劣质煤为基本原料,基本上都是废料利用,价廉易得,变废为宝。

(2)燃烧性好,发烟少,放出的二氧化硫少,堪与一般燃料媲美。

(3)成形时不加热、不用黏结剂,既节能,又有利于降低成本。

(4)制得的成形煤具有耐水性,贮运方便。

(5)点燃性好,使用方便。用途和普通煤球、蜂窝煤一样,用做家庭燃料。

节能发动机

1996年,一位澳大利亚发明家里克·梅恩采用许多小活塞代替大活塞,发明一种节能发动机,可以将常规发动机的能源消耗和磨损减少到最低限度。这种发动机准备在美国的一些大学中进行独立试验。由于这种新发动机能确保燃料充分燃烧,因此可不产生有毒废气。它可以用低档燃料来运转,例如椰子油和蒸汽占体积60%的混合燃料。

里克·梅恩希望美国的三大汽车制造公司——福特、克莱斯勒和通用汽车公司——考虑把它应用在“未来汽车”上。梅恩6年来一直在研制这种样机。他更换了一个两冲程的发动机,以便它由若干同时点火的活塞来驱动,而不像在常规的发动机中那样,少数较大的活塞一次有一个在工作。通过这样分布工作负荷,每个活塞把燃料烧得更加充分,而且这些活塞可以低速运转,从而减少了磨损。

97汽油

我国车用汽油分90、93、97等多个标号,即按研究法辛炕值为90、93、97的汽油。在国内部分地区还有使用老标号的70号汽油(即按马达法辛烷值为70的汽油),老的标号现在已经不再使用。

碱性燃料电池(AFC)

碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池,主要为空间任务,包括航天飞机提供动力和饮用水。使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质,且电化学反应也与羟基(OH)从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这些电子是用来为外部电路提供能量,然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。

阳极反应:2H?+4OH?→4H?O+4e?

阴极反应:O?+2H?O+4e?→4OH?

碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此,它们的启动也很快,但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低10来倍,在汽车中使用显得相当笨拙。不过,它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池,因此可用于小型的固定发电装置。如同质子交换膜燃料电池一样,碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其他杂质也非常铭感。此外,其原料不能含有一氧化碳,因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾,降低电池的性能。

机械炉排焚烧炉

垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时,起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处理后排出。炉排的材质要求和加工精度要求高,要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂,损坏率高,维护量大。炉排焚烧炉造价及维护费用高,使其在中国的推广应用困难重重。

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