在大多数人的心目中,电力是一种清洁的能源,当使用电灯、电视、电冰箱、空调等电器时,也许我们并没有意识到电力对环境造成的破坏,实际燃煤发电对环境的破坏是很大的。我国现在是世界上第二号温室气体的排放大国,而常规电力生产使用煤、石油、天然气发电,已经成为我国二氧化碳等温室气体的主要排放源之一,而且燃煤还大量排放二氧化硫等有害气体。
当我们使用常规电力时,我们其实是间接的污染者,因为我们对电力的需求才产生了供给,从而间接对环境造成了污染。同时我们又是污染的受害者。
北京作为一个国际化的城市,特别作为一个正在申办奥运会的城市,应该向世界展示北京改善环境的能力和行动。然而非常遗憾的是,北京的用电结构非常不合理,几乎没有使用绿色电力,北京每年的用电量将近300亿度,94%来自于燃煤发电。北京市近郊有九家发电厂,除了两家水力发电厂外,其余均为火力发电厂,新建的三河火电厂距市中心只有50公里。据统计1998年北京发电厂消耗原煤591.62万吨,占全市1998年消耗原煤总量2677.7万吨的20%以上;燃油38.19万吨,燃气21119万立方米,并且每年要排放二氧化碳将近1035万吨,二氧化硫及二氧化氮14.6万吨,几乎占全市工业排放总量的一半;此外,燃煤发电厂需要消耗大量水资源,冲灰水的排放及重金属汞等污染物的排放对水体造成的污染也是殛待解决的问题,这对原本就缺水的北京地区来说,无疑是十分严峻的。
北京地区的外购电基本上来自内蒙古、山西等地的火力发电,这些火力发电自然在当地也造成不可忽视的环境污染。
北京目前正在积极申请2008年奥运会主办权,并提出了响亮的绿色奥运的口号。北京市政府也表示出极大的决心要改善北京环境状况,让奥运的天空变蓝。
众所周知悉尼绿色奥运会的成功举办给我们留下了深刻的印象,他们在环境保护方面所做的努力更为世人所称道。能源保护和可更新能源的利用被他们列为环保的首要目标。在悉尼奥运村,建设者采用了太阳能技术,使奥运村成为真正的绿色村落。沿着奥运大道步向主体育场一侧,一?quot;长"得像长颈鹿的太阳能塔直冲云霄。这是奥运村的供电设备,可以满足全部体育场馆的照明。
绿色北京也需要绿色能源,而且北京周边省份不乏绿色能源的供应。内蒙古地区就有着丰富的风能资源,其风能储量可达10.1 亿千瓦,从1989年到1999年,内蒙古共实施了12个风电项目,总装机容量达45375千瓦,年发电量可达1亿度。因此内蒙古风电公司完全有能力向北京提供优质可靠的绿色电力。内蒙古地区的生态环境的持续恶化是北京近年来沙尘暴加强的原因之一,如果能通过风电带动内蒙经济的发展,对改善内蒙地区的生态环境将大有裨益,无疑也将对北京环境的改善起到重大作用。因此相比悉尼奥运村太阳能的利用意义,绿色电力对北京意义的更为深远。而与北京相邻的内蒙古有着丰富的风能资源,目前其风力发电的年发电量已达到了1亿度,完全有能力向北京提供优质可靠的绿色电力。
绿色电力实际上为消费者提供了一个机会选择对环境有益的绿色能源消费,他们只需要付出比常规电力稍高一点的价格就可保护环境,也间接支持了可再生能源的发展,选择使用绿色电力的行为更是对可持续发展理念的身体力行。 大力提倡使用绿色能源,有效控制北京及周边地区新建燃煤电场,是根治环境的明智选择。
使用常规电力,意味着排放更多的温室气体和污水。
使用绿色电力,意味着享受清新的空气和清洁的水。太阳能
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源,同时也是许多能源的来源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约?3.75×1026W)的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当於500万吨煤。 地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源於太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限於太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它的资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境没有任何污染。但太阳能也有两个主要缺点:一是能流密度低;二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。
地热能
地热能是来自地球深处的可再生热能,它起源於地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变,其利用可分成地热发电和直接利用两大类。 地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍,而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度,那麼地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛,据估计,每年从地球内部传到地面的热能相当於100PW·h。 不过,地热能的分布相对来说比较分散,开发难度较大。
风能
风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有著十分重要的意义。即使在已开发国家,高效洁净的风能也日益受到重视。
海洋能
大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏著巨大的能量,它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水裏,不像在陆地和空中那样容易散失。
海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之中,分述如下:
潮汐与潮流能来源於月球、太阳引力,其他海洋能均来源於太阳辐射,海洋面积占地球总面积的71%,太阳到达地球的能量,大部分落在海洋上空和海水中,部分转化成各种形式的海洋能。
海水温差能是热能,低纬度的海面水温较高,与深层冷水存在温度差,而储存著温差热能,其能量与温差的大小和水量成正比。
潮汐、潮流,海流、波浪能都是机械能,潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的,并由长周期波储存的能量,潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比;潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比;波浪能是一种在风的作用下产生的,并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能,波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
河口水域的海水盐度差能是化学能,入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透可生渗透压力,其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。
生物能
生物质是指由光合作用而产生的各种有机体,生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源於植物的光合作用。在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当於全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林?品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等。
氢能
氢能是一种二次能源,因为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,这种能源总有枯竭的一天,而氢能若能从中生产,则可望能抒解能源危机的警戒。
在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水,一个步骤就可发电,发电较传统方式有效率。商品化后,这样的发电系统不但适合一般家庭使用,其副产品所产生的热水,大约在摄氏40到60度间,相当适合家庭洗澡与厨房利用,一举两得。
如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢,那显然是划不来的。现在看来,高效率的制氢的基本途径,是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢,那就等於把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的乾净能源了,其意义十分重大。
当太阳幅射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2×1016瓦的能量,其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生“风”。
风能非常巨大,理论上仅1%的风能就能满足人类能源需要。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能,其具体用途包括:风力发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。其中,风力发电是风能利用的最重要形式。
风帆与风车
风能利用,已有数千年的历史。最早的利用方式是“风帆行舟”。埃及尼罗河上的风帆船、中国的木帆船,都有两三千年的历史记载。唐代有“乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海”诗句,可见那时风帆船已广泛用于江河航运。最辉煌的风帆时代是中国的明代,14世纪初叶中国航海家郑和七下西洋,庞大的风帆船队功不可没。
1000多年前,中国人首先发明了风车,用它来提水、磨面,替代繁重的人力劳动。12世纪,风车从中东传入欧洲。16世纪,荷兰人利用风车排水、与海争地,在低洼的海滩地上建国立业,逐渐发展成为一个经济发达的国家。今天,荷兰人将风车视为国宝,北欧国家保留的大量荷兰式的大风车,已成为人类文明史的见证。
风力发电
历史上,由于西欧各国燃料缺乏,而且其地理位置在盛行西风带上,故刺激其发展风力发电。
19世纪末,丹麦人首先研制了风力发电机。1891年,丹麦建成了世界第一座风力发电站。现在丹麦已拥有风力发电机3000多座,年发电100亿度。
100多年来,世界各国研制成功了类型各异的风力发电机。1998年,全世界风力发电装机容量达到960万千瓦,全球风力发电量达210亿千瓦时,可供350万户家庭使用。
风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等。其中,水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮将风能转换为机械能,低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,将动力传递给发电机。整个机舱由高大的塔架举起,由于风向经常变化,为了有效地利用风能,还安装有迎风装置,它根据风向传感器测得的风向信号,由控制器控制偏航电机,驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动,使机舱始终对风。
在电力不足的地区,为节省柴油机发电的燃料,可以采用风力发电与柴油机发电互补,组成风-柴互补发电系统。
风力发电场(简称风电场),是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地,按照地形和主风向排成阵列,组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上,故形象地称为“风力田”。风力发电场于20世纪80年代初在美国的加利福尼亚州兴起,目前世界上最大的风电场是洛杉矶附近的特哈查比风电场,装机容量超过50万千瓦,年发电量为14亿千瓦·时,约占世界风力发电总量的23%。
风力发电的优越性可归纳为三点:第一,建造风力发电场的费用低廉,比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多;第二,不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力,除常规保养外,没有其他任何消耗;第三,风力是一种洁净的自然能源,没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。
中国风能资源丰富,可开发利用的风能资源总量约为2.53亿千瓦。国内最著名的风电场,是新疆乌鲁木齐附近的达坂城风电场,总装机容量1.68万千瓦。世纪之交,中国制定了风力发电的长远发展计划,提出2000年风电装机40兆瓦以上的目标,为21世纪大规模开发风电打下了良好的基础。
“绿色”能源有两层含义:一是利用现代技术开发干净、无污染新能源,如太阳能、风能、潮汐能等;二是化害为利,同改善环境相结合,充分利用城市垃圾淤泥等废物中所蕴藏的能源。与此同时,大量普及自动化控制技术和设备提高能源利用率。1987年以来,工业化国家利用太阳能、水力、风力和植物能源获得的电力相当于900万吨标准煤的能量,而且这种增幅在本世纪内将以平均每年15%~18%的速度增长。从1981~1991年工业化国家仅在风力和太阳能两种发电设备方面的成交额就达120亿美元,其中,美国、德国、日本、瑞典和荷兰等国家进展最快。
绿色能源五种优势
据《柴油机燃料调和用生物柴油》国家标准起草人、石油化工科学研究院燃料油产品及添加剂研究室主任张永光教授介绍,生物柴油可直接以100%的浓度用于柴油发动机,也可以按一定比例与矿物柴油调和使用,是一种真正的绿色能源。
张永光认为,与矿物柴油相比,生物柴油具有以下五个方面的优势:一是生物柴油的硫含量低。标准制定过程中分析我国生物柴油样品的硫含量都小于0.01%,而国家标准规定的轻柴油硫含量为不大于0.2%,车用柴油的硫含量为不大于0.05%。生物柴油国家标准规定的硫含量不大于0.05%,主要是为了与矿物柴油调和使用。按照我国生物柴油硫含量的实际水平,如果完全使用生物柴油,可减少约30%(有催化剂时为70%)的二氧化硫和硫化物的排放。颗粒物的排放也远远小于矿物柴油,大约只有矿物柴油的30%。同时还可以减少10%(有催化剂时为95%)的一氧化碳排放以及50%的二氧化碳排放,且不含有对环境造成污染的芳烃,生物柴油可降低90%的空气毒性,采用生物柴油的发动机废气排放可以满足欧Ⅲ排放标准。二是生物柴油具有较好的润滑性能,可以降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损,这些部件的使用寿命可比普通柴油长。三是生物柴油的闪点高于普通柴油,不属于危险品,在运输、储存、使用等方面的安全性均好于普通柴油。四是生物柴油的十六烷值高,十六烷值是衡量柴油点火性能的重要指标,十六烷值高,说明生物柴油具有良好的燃料性能。五是生物柴油的原料不同于普通柴油原料的矿物质石油,油料作物、油料林木果实、油料水生植物以及动物油脂等都是可再生的原料,生物柴油是一种可再生能源,也是一种降解性较高的能源。
绿色能源
人们常常提到的绿色能源,如太阳能、氢能、风能等,但另一类绿
色能源,就是绿色植物给我们提供的燃料,我们就管它叫做绿色能源,
又叫生物能源或物质能源。
其实,绿色能源是一种古老的能源,千万年来,我们的祖先都是伐
树、砍柴烧饭、取暖、生息繁衍。这样生存的后果是给自然生态平衡带
来了严重的破坏。沉痛的历史教训告诉我们,利用生物能源,维持人类
的生存,甚至造福于人类,必须按照它的自然规律办事,既要利用它,
又要保护它,发展它,使自然生态系统保持良性循环。
但在绿色能源中,另一种资源是草类。据统计资料表明,目前世界
上的草场面积有26亿公顷,绝大部分是天然草场。它既能放牧,又是野
生动物生息繁衍的乐园。还有一部分草场专为牲畜越冬提供饲料,极少
部分的草场才是为人们生活提供燃料的。
近年来,由于广大农民生活水平的提高,电气化程度也在不断地提
高,大多数农民们的燃料结构发生了根本性的变化,许多农民朋友,冬
季取暖不再用柴火烧炕,而是电热毯一插温暖如春,做饭也不再烧柴、
烧秸秆了,而是用上了蜂窝煤炉、液化气灶以及沼气。即使烧秸秆,也
是边远山区极少一部分,或个别农家。而大量的秸秆堆放在田间,成堆
成山,有的甚至侵占了农田。因此,有的农民在田间大量焚烧秸秆,造
成环境污染,甚至影响高速路行车和飞机起降。
怎样才能解决这个问题呢?最有效的是搞综合利用。实践证实,农
作物秸秆既可以作肥料,又可以作饲料,又可当柴烧。如果我们把农作
物秸秆沤制沼气,产生出的沼气可作燃料,也可用沼气灯照明,腐烂了
的秸秆,还可以作肥料。如果把秸秆粉碎后与草混合还可喂牲畜,牲畜
的粪便也可以用来沤制沼气,产生沼气以后剩下的渣子还可以作肥料。
因此,大力发展沼气开发综合利用,是解决农村目前能源短缺的好途径