氢能时代来临,产业链如何布局?
对于一般的投资者,就不用考虑这个问题!
一个氢产业链至少涉及到以下几个环节:燃料电池系统、电堆、触电极、质子交换膜、催化剂、空压机、储氢瓶、燃料电池车、加氢站……
一般投资者哪有那么大资金量全面覆盖。如果采用“每个公司都买一点”的方式,即使买到牛股,也因为资金分散,实际收益并不高,还不如买个行业指数基金。
所以,最好集中使用。优先考虑:
电池、电堆——氢能源核心部件;
交换膜、催化剂——公司规模不大,技术上一点革新,就是行业大变化;
加氢站——不用多分析了吧!
因氢能具有安全、高效、可再生、清洁、低碳等特点,世界终将走向以氢能源为主的时代。
对于我国而言,发展氢能,一方面可以丰富绿色低碳能源体系,助力解决风、光、核等新能源的消纳难题;另一方面,可以作为煤炭清洁化利用的极佳途径,推动化石能源清洁转化和替代,这对于我国这个煤炭大国来说尤具现实意义。
“氢气应用较为广泛,在石化领域,它是用量最大的化工原料之一,可用于合成氨、合成甲醇、石油炼制等;在交通领域,随着我国油品质量升级步伐不断加快,多数炼厂采用全加氢方式制油;新能源 汽车 蓄势待发,对氢燃料的需求稳步提升。”
“另外,氢能在农业、 健康 医疗等领域的应用也越来越广泛、深入。”中国国际经济交流中心信息部副部长景春梅表示,随着时代的进步,氢气的应用场景将越来越多,对氢气的需求越来越大,用氢缺口也逐渐加大。
实现大规模制氢需求迫切,那么,哪种制氢路径堪当大任?通常而言,工业化制氢路线主要包括水电解制氢、煤炭气化制氢、天然气制氢、生物质气化制氢、可再生能源制氢等。
从我国能源禀赋及能源利用现状等因素出发,煤炭气化制氢、可再生能源制氢前景广阔。其中,又以煤炭气化制氢最受青睐。
氢能源是全世界都在努力争取研究开发的迄今最为高效,环保及持久的新能源,相比电动车优势很明显,电动车虽然节省了石油资源,但是废旧电池对环境的破坏很大,但是氢能源是真正的零污染,李克强总理去年专门去日本丰田公司考察,显示出国家最高层对此新能源的高度重视,并于今年写入了政府工作报告,坚持看好该产业的未来,产业资本已经大规模进去这个行业,预计五到十年实现量产
先上答案: 氢能目前在交通领域应用较多,尤其是氢燃料电池 汽车 ,除了 汽车 ,氢能在多种交通方式都有应用,在作为交通动力来源之外,氢能作为一种重要的二次能源形式,在储能、应急电源、分布式供能等领域也有很多应用 。
先看交通领域 ,氢燃料电池 汽车 其实是一个很宽泛的概念,氢燃料电池 汽车 除了 乘用车 ,还包括 公交车/大巴、物流车、叉车、重型卡车 等多种车型。国外目前乘用车应用较多,约30000辆,而我国选择了公交车/大巴以及物流车等车型作为前期的推广车辆,一是因为其行驶路线和范围较为固定,有利于加氢站的建设规划,二是因为与乘用车相比车型空间较大,技术难度有所降低,有利于我国的技术起步,截至2019年底,我国氢燃料电池车辆约6000辆,加氢站60座, 今年加氢站已超100座 。
氢能叉车 是氢能在交通领域的一个亮点,目前国外的应用已超过25000辆,氢能叉车比锂电池叉车的优势在于燃料加注时间段、燃料电池比锂电池占用空间小、重量轻、续航时间长,与叉车工况匹配度很好,具有显著优势。
说完了氢能在车辆领域的应用,下面介绍一下氢能在其他交通领域的应用,如 氢燃料电池列车、氢能船舶、氢能飞机 等。
氢燃料电池列车 最早在2002年由美国公司研制开发,为质子交换膜燃料电池驱动,净功率达17KW,随后日本德国西班牙等国家均推出了原型车辆,促进了产业发展。2016 年,法国阿尔斯通基于柴油列车Coradia Lint 54 研发成功氢能列车CoradiaiLint,2018 年在德国正式投入商业运营,这也是世界上第一次正式投入商业运营的氢能列车。我佛山市高明区有轨电车示范线是国内首条采用氢能源燃料电池的线路,目前已实现示范运行。
氢能船舶 在世界上已有多个应用。“Alsterwasser”内河游船2009年完成建造,总长25.5m、总宽5.36m、吃水1.33m、最大速度8kn,载客量超过100人,配备2 50kWPEMFC燃料电池和120Ah胶体铅酸电池。欧盟资助的Methapu项目以瓦锡兰(Wärtsilä)制造的250kWSOFC燃料电池作为船舶辅助动力和推进动力,项目应用的滚装船于2003年建造。2017年7月,由双体豪华赛艇“FormuleTag”改建的完全依靠可再生能源驱动的氢燃料电池船“EnergyObserver”投入航行,该船总长30.5m、总宽12.8m、总重28t,由太阳能光伏、风能和燃料电池构成混合动力系统,采用推进/发电一体化电机推进。
氢能飞机 是氢能在交通领域的另一项重要应用。氢能飞机可有效解决目前航空燃油的污染问题和碳排放问题。目前有两种技术路线,一是氢作为燃料直接燃烧,与目前的飞机系统类似,改动工作小;另一种技术路线类似燃料电池 汽车 ,先通过氢燃料电池系统发电,在用电驱动飞机发动机做功推动飞行。今年10月,一架经过改装的 Piper M 级六座飞机从位于英国克兰菲尔德的公司研发机构起飞,并完成了全图案的环形飞行并成功降落。ZeroAvia 称该飞机是目前世界上最大的氢动力飞机。
以上是氢能在交通领域的主要应用,可以看出不仅局限于 汽车 领域,氢能在多个领域中都发挥着重要作用。
另一方面, 氢是一种能量密度很高的二次能源,具有储能的功能 ,比常规的化学储能的储存时间周期长,可跨日、跨周甚至跨月、跨季度进行能量储存, 实现能量的生产端和消费端相匹配 。利用氢能的能源特性,氢能在 储能、应急电源、分布式供能等领域 也发挥着重要作用。
就在前几天,美国能源部(DOE)发布了储能大挑战路线图Energy Storage Grand Challenge Roadmap,这是美国发布的首个关于储能的综合性战略。 氢储能作为一种重要的储能技术被提及 ,主要形式为电氢双向转化储能和盐穴存储两种,其中电氢双向转化储能为主要利用方式。
在应急电源和分布式供能领域 ,氢能也已有多项应用。近日,全球第一个兆瓦级大型燃气发电系统在德国汉堡的热电联产厂开始现场测试,该技术最吸引人的是,可以将现有机组转换为使用100%氢气运行,为30栋住宅楼、一个 体育 中心、一个日托中心和公园休闲综合体供暖,产生的电能可供电动 汽车 充电及当地电网。英国能源监管机构Ofgem日前宣布,将为苏格兰地区一个可再生能源制氢供热项目提供2412万美元的资金支持。这是该项目继获得苏格兰政府支持后,再度获得英国监管方的“首肯”。
综上所述,氢能不仅应用于 汽车 领域,在交通其他领域也发挥着重要作用,同时氢的能源特性,也是其在储能、分布式供能等领域取得了许多应用。在未来低碳排放、碳中和的趋势下,氢能将发挥更多的作用。
产业链,我觉得自己也只是纸上谈兵。但我可以说一下观点以及看法:氢能源的战略制高点国家已经提出。包括总理在会议上也多次提及。可见已经上升到国家层面。在当下环境改善乏力,作为清洁能源的氢会逐步走上 历史 的舞台。氢作为燃烧能源当然是动力系统。所以第一布局应该在 汽车 方向:发动机,以及附属产业。如果你想要打通产业,那么要围绕这个点,像上游,以及下游延伸。以及未来的发电厂,热力公司。
当然当下最好的选择,就是和氢能源的科研团队展开合作,核心价值才是最重要的。
国名: 大不列颠及北爱尔兰联合王国( The United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland)
国旗:呈横长方形,长与宽之比为2∶1。为“米”字旗,由深蓝底色和红、白色“米”字组成。旗中带白边的红色正十字代表英格兰守护神圣乔治,白色交叉十字代表苏格兰守护神圣安德鲁,红色交叉十字代表爱尔兰守护神圣帕特里克。此旗产生于1801年,是由原英格兰的白地红色正十旗、苏格兰的蓝地白色交叉十字旗和爱尔兰的白地红色交叉十字旗重叠而成。
国徽:即英王徽。中心图案为一枚盾徽,盾面上左上角和右下角为红地上三只金狮,象征英格兰;右上角为金地上半站立的红狮,象征苏格兰;左下角为蓝地上金黄色竖琴,象征爱尔兰。盾徽两侧各由一只头戴王冠、代表英格兰的狮子和一只代表苏格兰的独角兽支扶着。盾徽周围用法文写着一句格言,意为“恶有恶报”;下端悬挂着嘉德勋章,饰带上写着“天有上帝,我有权利”。盾徽上端为镶有珠宝的金银色头盔、帝国王冠和头戴王冠的狮子。
国歌:《上帝保佑女王》 "god save the queen"(如在位的是男性君主,国歌改为"god save the king")
国花:玫瑰花
国鸟:红胸鸽
国石:钻石
科学节:1831年开始,一年举办一次
科学周:1994年开始,在每年的3月举办
国家政要:女王伊丽莎白二世(Queen Elizabeth II) ,1952年2月6日即位,1953年6月2日加冕;首相托尼·布莱尔(Tony Blair) ,1997年5月任职,2001年6月连任,2005年5月5日的工党在英国大选中再次获得胜利,布莱尔也成为工党历史上第一位三次蝉联首相职务的领导人 。
自然地理:24.36万平方公里(包括内陆水域),英格兰地区13. 04万平方公里,苏格兰7. 88万平方公里,威尔士2. 08万平方公里,北爱尔兰1. 36万平方公里。位于欧洲西部的岛国。由大不列颠岛(包括英格兰、苏格兰、威尔士)、爱尔兰岛东北部和一些小岛组成。隔北海、多佛尔海峡、英吉利海峡与欧洲大陆相望。它的陆界与爱尔兰共和国接壤。海岸线总长11450公里。全境分为四部分:英格兰东南部平原、中西部山区、苏格兰山区、北爱尔兰高原和山区。主要河流有塞文河(354公里)和泰晤士河(346公里)。北爱尔兰的讷湖(396平方公里)面积居全国之首。属海洋性温带阔叶林气候,终年温和湿润。通常最高气温不超过32℃,最低气温不低于-10℃,平均气温1月4~7℃,7月13~17℃。多雨雾,秋冬尤甚。年平均降水量约1000毫米。北部和西部山区的年降水量超过2000毫米,中部和东部则少于800毫米。每年二月至三月最为干燥,十月至来年一月最为湿润。
人口:约5884万,其中英格兰4918万人,威尔士290万人,苏格兰506万人,北爱尔兰169万人(2001年中)。官方和通用语均为英语。威尔士北部还使用威尔士语,苏格兰西北高地及北爱尔兰部分地区仍使用盖尔语。居民多信奉基督教新教,主要分英格兰教会(亦称英国国教圣公会,其成员约占英成人的60%)和苏格兰教会(亦称长老会,有成年教徒66万)。另有天主教会和佛教、印度教、犹太教及伊斯兰教等较大的宗教社团。
首都:伦敦(london);人口:718.8万(2001年)。最热月份为7月,一般气温在13℃-22℃;最冷月份为1月,一般气温在2℃-6℃。2006年4月,北京与伦敦结为友好城市。
行政区划:分英格兰、威尔士、苏格兰和北爱尔兰四部分。英格兰划分为43个郡,苏格兰下设29个区和3个特别管辖区,北爱尔兰下设26个区,威尔士下设22个区。苏格兰、威尔士议会及其行政机构全面负责地方事务,外交、国防、总体经济和货币政策、就业政策以及社会保障等仍由中央政府控制。伦敦也称“大伦敦”(Greater London),下设独立的32个城区(London boroughs) 和1个“金融城”(City of London)。各区议会负责各区主要事务,但与大伦敦市长及议会协同处理涉及整个伦敦的事务。此外,英国还有12个属地。
简史:公元前地中海伊比利亚人,比克人,凯尔特人,先后来到不列颠。公元1-5世纪大不列颠岛东南部为罗马帝国统治。罗马人撤走后,欧洲北部的盎格鲁人、萨克逊人、朱特人相继入侵并定居。7世纪开始形成封建制度,许多小国并成七个王国,争雄达200年之久,史称“盎格鲁—撒克逊时代”。829年威塞克斯国王爱格伯特统一了英格兰。8世纪末遭丹麦人侵袭,1016年至1042年为丹麦海盗帝国的一部分。其后经英王短期统治,1066年诺曼底公爵渡海征服英格兰。1215年约翰王被迫签署大宪章,王权遭抑制。1338年至1453 年英法进行“百年战争”,英国先胜后败。1588年击败西班牙“无敌舰队”,树立海上霸权。1640年英国在全球第一个爆发资产阶级革命,成为资产阶级革命的先驱。1649年5月19日宣布成立共和国。1660年王朝复辟,1668年发生“光荣革命”,确定了君主立宪制。1707年英格兰与苏格兰合并,1801年又与爱尔兰合并。18世纪后半叶至19世纪上半叶,成为世界上第一个完成工业革命的国家。19世纪是大英帝国的全盛时期,1914年占有的殖民地比本土大111倍,是第一殖民大国,自称“日不落帝国”。第一次世界大战后开始衰败。英国于1920年设立北爱兰郡,并于1921年至1922年允许爱尔兰南部脱离其统治,成立独立国家。1931年颁布威斯敏斯特法案,被迫承认其自治领在内政、外交上独立自主,大英帝国殖民体系从此动摇。第二次世界大战中经济实力大为削弱,政治地位下降。随着1947年印度和巴基斯坦的相继独立,到60年代,英帝国殖民体系瓦解。1973年1月加入欧共体。
政治:英国的宪法不同于绝大多数国家的宪法,并不是一个独立的文件,它是由成文法、习惯法、惯例组成。主要有大宪章(1215年)、人身保护法(1679年)、权利法案(1689年)、议会法(1911、1949年)以及历次修改的选举法、市自治法、郡议会法等。苏格兰另有自己独立的法律体系。政体为君主立宪制。国王是国家元首、最高司法长官、武装部队总司令和英国圣公会的“最高领袖”,形式上有权任免首相、各部大臣、高级法官、军官、各属地的总督、外交官、主教及英国圣公会的高级神职人员等,并有召集、停止和解散议会,批准法律,宣战媾和等权力,但实权在内阁。议会是最高司法和立法机构,由国王、上院和下院组成。上院(贵族院)包括王室后裔、世袭贵族、新封贵族、上诉法院法官和教会大主教及主教组成。1999年11月,上院改革法案通过,除92名留任外,600多名世袭贵族失去上院议员资格,非政治任命的上院议员将由专门的皇家委员会推荐。下院也叫平民院,议员由普选产生,采取最多票当选的小选区选举制度,任期5年。但政府可决定提前大选。政府实行内阁制,由女王任命在议会选举中获多数席位的政党领袖出任首相并组阁,向议会负责。 唐宁街10号 北爱和平路漫漫
政党:(1)工党(Labour Party):执政党。1900年成立,原名劳工代表委员会,1906年改用现名。该党曾于1945-1951年,1964-1970年,1974-1979年上台执政。1997年大选获胜,2001年6月大选后蝉联执政。工党近年来更多倾向于中产阶级的利益,与工会关系有所疏远。布莱尔当选工党领袖后,政治上提出“新工党、新英国”的口号,取消党章中有关公有制的第四条款,经济上主张减少政府干预,严格控制公共开支,保持宏观经济稳定增长,建立现代福利制度。对外主张积极参与国际合作,对欧洲一体化持积极态度,主张加入欧元,主张同美国保持特殊关系。现有党员近40万名,是英国第一大党。(2)保守党(Conservative Party): 主要反对党。前身为1679年成立的托利党,1833年改称现名。该党从1979至1997年4次连续执政,成为20世纪在英国占主导地位的政党。在1997年5月和2001年6月两次大选中惨败于工党。保守党的支持者一般来自企业界和富裕阶层,主张自由市场经济。通过严格控制货币供应量和减少公共开支等措施来压低通货膨胀。主张限制工会权利,加强“法律”和“秩序”。 近年来,提出实行“富有同情心的保守主义”,关注教育、医疗、贫困等社会问题。强调维护英国主权,反对“联邦欧洲”,反对加入欧元,主张建立“大西洋共同体”以加强英美特殊关系。强调北约仍是英国安全与防务的基石。现有党员30多万名。(3)自由民主党(The Liberal Democrat Party):1988年3月由原自由党和社会民主党内支持同自由党合并的多数派组成。主张继续维持与工党的合作关系,推动工党在地方选举及下院选举中实行比例代表制,在公共服务、社会公正、环境保护等问题上采取比工党更“进步”的政策。现有党员约10万名,是英国第三大党。此外,英国其他政党还有:苏格兰民族党 (Scottish National Party)、威尔士民族党 (Plaid Cymru) 以及北爱尔兰一些政党如:北爱尔兰统一党(Ulster Unionist Party)、民主统一党 (Democratic Unionist Party) 、社会民主工党 (Social Democratic and Labour Party)、新芬党 (Sinn Fein) 等。
司法:有三种不同的法律体系:英格兰和威尔士实行普通法系,苏格兰实行民法法系,北爱尔兰实行与英格兰相似的法律制度。司法机构分民事法庭和刑事法庭两个系统。在英格兰和威尔士,民事审理机构按级分为郡法院、高等法院、上诉法院民事庭、上院。刑事审理机构按级分为地方法院、刑事法院、上诉法院刑事庭、上院。英国最高司法机关为上院,它是民、刑案件的最终上诉机关。1986年成立皇家检察院,隶属于国家政府机关,负责受理所有的由英格兰和威尔士警察机关提交的刑事诉讼案。总检察长和副总检察长是英政府的主要法律顾问并在某些国内和国际案件中代表王室。
经济: 英国是世界经济强国之一,其国内生产总值在西方国家中居前列。英国制造业在国民经济中的比重有所下降;服务业和能源所占的比重不断增大,其中商业、金融业和保险业发展较快。 2002年,英经济规模居世界第四,是世界第二大海外投资国。私有企业是英国经济的主体,占国内生产总值的60%以上。服务业是衡量现代国家发达程度的标准之一。英国的服务业从业人口占其就业总人口的77.5%,产值占国内生产总值的63%以上。英是欧盟中能源资源最丰富的国家,也是世界主要生产石油和天然气的国家。主要能源有煤、石油、天然气、核能和水力等。铁矿储量为27亿吨、煤的可采储量达46亿吨、石油储量为70亿吨、天然气储量达12260-38000亿立方米。英国是世界上第一个满足本国2600万电、气用户的国家。
伦敦东部码头区新建的金融中心
2001年总发电量达3.32亿千瓦时,其中核电站供应0.90亿千瓦时。英国采煤业完全私有化。森林覆盖面积279万公顷,占英本土面积约11.5%:其中英格兰约8.7%,苏格兰约16.9%,威尔士约14.1%,北爱约6.1%。主要工业有:采矿、冶金、机械、电子仪器、汽车、食品、饮料、烟草、轻纺、造纸、印刷、出版、建筑等。此外,英航空、电子、化工等工业比较先进,海底石油开采、信息工程、卫星通讯、微电子等新兴技术近年有较大发展。英国重视对新能源及可再生能源的研究开发。英非能源资源不丰富,主要工业原料依赖进口。英开发核能有几十年的历史,目前供发电的核电站有14座。2001年制造业约占国内生产总值17.5%,从业人员逾370万,占总就业人口14. 5%。主要农牧渔业有畜牧业、粮食业、园艺、渔业。服务业包括金融保险业、零售业、旅游业和商业服务(提供法律及咨询服务等),近年来发展迅速。旅游业是英最重要的经济部门之一。年产值700多亿英镑,旅游收入占世界旅游收入的5%左右。与以风光旅游为主的国家不同,英国的王室文化和博物馆文化是旅游业的最大看点。主要旅游点有伦敦、爱丁堡、加的夫、布赖顿、格林威治、斯特拉福、牛津、剑桥等。英国是世界第四大贸易国,贸易额占世界贸易总额的5%以上,商品和劳务出口约占国内生产总值的25%。英主要出口机械、汽车、航空设备、电器和电子产品、化工产品和石油,主要进口原材料和食品。英国还是世界第六大海外投资国和第六大对外援助国。伦敦是世界最大的国际外汇市场和国际保险中心,也是世界上最大的金融和贸易中心之一。
军事: 建军时间约在17世纪中期。女王为英军名义上的最高统帅。最高军事决策机构是“国防与海外政策委员会”,首相任主席,成员有国防大臣、外交大臣、内政大臣、财政大臣等;必要时国防参谋长和三军参谋长列席会议。国防部为国防执行机构,既是政府行政部门,又是军事最高司令部。英国是北约集团的创始国和主要成员国,拥有独立的核力量,国家战略的核心是:积极参与世界事务,维护英国的国际地位;依靠和借助北约集体防务力量来保卫欧洲和英国本土的安全,并扩大英在欧洲的影响;积极加强与英联邦国家的联系,保护其广泛的海外利益。1997年5月工党政府上台后,调整国防政策;继续依靠北约集体防务力量作为英国安全的基础;积极推动建立欧洲快速反应部队;保持强大的常规部队;保持核威慑力量;突出强调质量建军和联合快速反应部队的建设,重点提高英军处理各种危机、应付突发事件的快速反应能力,努力维护英在欧洲及海外传统势力范围的战略利益。实行志愿兵役制,服役期3、6、9、12、15年不等,一般最长为22年。英实行正规军与预备役部队相结合的武装力量体制。
2004年7月,英国政府公布了近十几年来规模最大的一次军事调整计划,对陆、海、空三军兵种结构及军事装备进行调整,以增加部队在远程作战中的灵活机动能力,从而更好适应现代战争的需要及有效应对21世纪的全球性威胁。据英国防部提供的数字,英军现有总兵力约为20.56万人,其中陆军10.95万,海军4.24万,空军5.37万。2004-2005财政年度的国防预算约为297亿英镑,2007-2008财政年度有望增长到334亿英镑。
教育: 实行5-16岁义务教育制度。1998/1999财政年度教育经费占国内生产总值的4.9%。公立学校学生免交学费。私立学校师资条件与教学设备都较好,但收费高,学生多为富家子弟。著名的高等学校有牛津大学、剑桥大学、伦敦政治经济学院、爱丁堡大学。 世界首个国家博物馆——大英博物馆 英国博物馆:文化体验“不买票” 英国国立博物馆免费开放有招数。
新闻出版:英国报纸的人均销量比任何发达国家的都多。全国共有约1350种报纸,7000种周刊和杂志:《每日快报》、《每日邮报》、《每日镜报》、《每日星报》、《太阳报》、《金融时报》、《每日电讯报》、《卫报》、《独立报》、《泰晤士报》、《世界新闻》、《星期日快报》、《星期日镜报》、《星期日邮报》、《人民报》、《星期日电讯报》、《观察家报》和《星期日泰晤士报》。通讯社主要有3家:(1)路透社:1850年成立,集体合营,世界重要通讯社之一,总部设在伦敦。(2)新闻联合社:1868年创办,由PA新闻、PA体育、PA检索和PA数据设计4家公司联合经营,专门为英国和加拿大的企业提供公关和投资信息。(3)AFX新闻有限公司:由法新社与金融时报联合经营,向欧洲的金融及企业界提供信息和服务,在欧洲12个国家、美国及日本设立分支机构,总部在伦敦。英国广播公司(无线电广播网)(BBCNetwork Radio)于1922年创办。该公司有5个对内广播电台,1个对外广播电台,用43种语言向全世界各国播放节目。英国广播公司(电视台) ( BBCTelevision)于1936年开始播放电视,有两个台:BBC1主要播放新闻、宗教、体育、歌剧及少儿和娱乐节目,BBC2主要播放音乐、艺术、喜剧、教育及一些特别节目。另有5个数码频道供交费用户使用。广播电台局(the Radio Authority)负责批准及管理所有独立电台的服务,监督节目及广告质量。独立电视委员会(Independent Television Commission)负责批准和规管商业电视台服务,拥有ITV(第三频道)、第四频道和第五频道。ITV节目始播于1955年,24小时全天服务,面向全国,三分之一时间播放新闻,其它时间播放体育、喜剧、游戏和电影等。主要靠广告赞助。第五频道始播于1997年3月。随着因特网的迅猛发展,各主要报刊、电视均有网络版,其中BBC在线是被访问最多的网站。
外交:英国为联合国安理会常任理事国,是世界五个核大国之一,是欧盟、北约、英联邦、西欧联盟等120个国际组织的重要成员国。主张同美国加强关系,重视发展与其他大国的关系,努力改善同中、俄、印、日等大国的关系。努力维系同英联邦国家的传统联系,保持和扩大在发展中国家的影响。积极参与全球事务,保持强大的国防力量、强调自由贸易。加强在环境保护、人权、可持续发展等问题上的国际合作。将人权问题作为其外交政策的核心。
R.Curtis(英)、J.Lund(美)、B.Sanner(德)、L.Rybach(瑞士)、G.Hellström(瑞典)
徐巍(译)郑克棪(校)
摘要:1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上,一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加,以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高,安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升,其中一些国家并没有传统意义上的地热资源,但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外,还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装,各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。
1 介绍
地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一,在过去的10年里,大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度(5~30℃)就可以运行,而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上,人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平,到2005年,地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置,而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到:“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致:热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量,它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来,就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到:生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作,说明正确设计的热泵系统,无论是对单孔安装还是多孔安装,都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近,世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析,对于加热技术,地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低,仅次于木屑。
在这篇文章里,我们简短介绍了地热热泵技术,提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文,反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力,但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵,而且显示了不断增长的趋势,有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国,尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利,法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。
2 装机
尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣,但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计,目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt,年均利用的能量大约59000TJ(16470GWh)。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。
表1 利用地热热泵领先的国家
3 地热热泵系统
热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后,可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区,实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功,温差称为“抬升”,抬升越大,输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术,1852年Lord Kelvin提出了这个概念,20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵,60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛,但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。
热泵有两种基本的配置:土壤偶极系统(闭路系统)和地下水系统(开路系统),地下系统可以水平或垂直安装,取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型,能否经济施工水井或现场已有水井,还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示,对于热水加热系统,家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量,冬天利用输出的热量来加热生活用水,水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式,将输出温度提高到最大来加热生活热水。
图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵
图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵
图2a 密闭环路热泵系统
图2b 开放环路热泵系统
在土壤偶极系统里,一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下,防冻液通过塑料管循环,或者在冬天从地下获得热量,或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井(或者河渠、湖里,或者直接用于灌溉),主要按照当地法规执行。
其他种类的热泵系统正在兴起,如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高,但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。
热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示,在制冷模式下用能量效率比(EER)来表示,它是输出能量与输入能量(电能)之比,目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比,空气源热泵的COP大约为2,取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲,这个比率有时候作为“季节性运行参数”,即供暖季和制冷季的平均COP,同时要考虑系统特性。
4 地热热泵的可再生讨论
随着热泵装机的稳定增加,使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识,因为它们只涉及了供暖和制冷的表面,所以没有可再生电能的考虑。然而,这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题,一个是基于空气源热泵的问题,在能量输出时没有纯能量的增加,所以它们仅仅是一种能量效率技术。
20世纪50、60年代,当空气源热泵风靡的时候,在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在1.5~2.5之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况,60%的能量来自于空气,而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样,从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能,但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过3.5。这导致了140%的效率,其中最终能量的71%来自地下。更重要的是,超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。
表2 能量和效率对比表
水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。
如果从一开始就用可再生能源发电,则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多,建议应该尽快使可再生电能变得经济,并与地源热泵结合起来。
能量讨论可能是有争议的,但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子,当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少,所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电,建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。
如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量,则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ(7800GWh),将此量与30%效率的燃油发电相比,则会节约15.4百万桶石油,或者2.3百万吨石油当量,减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷,则这个数字会翻倍。
5 美国的经验
在美国,大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的,它高于供暖负荷(主要是北方地区),这样,估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲,绝大多数系统是根据供暖负荷设计的,所以经常据基础荷载设计,另加化石燃料调峰。结果,欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时,平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下,它不是地热,但它仍然节省能量,有利于清洁环境。在美国,地热热泵装机容量能稳定在12%,大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前,每年接近安装50000个热泵机组,其中46%是垂直闭路循环系统,38%是水平闭路循环系统,15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷,尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点,热泵按照吨(1吨冰产生的制冷量)来分等级,这个吨相当于12000Btu/hr或3.51kW(Kavanaugh和Rafferty,1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。
美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000m2的办公区(整个宾馆161650m2)提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井,提供15.8MW的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%,每月节约25000美元。
6 欧洲的状况
地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷,可以满足任何的需求,具有很大的灵活性。在西欧和中欧,直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下,通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的,在欧洲各个国家,热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延,从事该项工作的商业公司也在增长,他们的产品已经进入“黄页”。
欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念,还解决了噪音问题,制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵(BHE)。这个系统每输出1kWh的热或冷需要0.22~0.35kWh的电能,它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%~50%的能量。
图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用,典型的BHE长度大于100m
根据欧洲许多国家的天气条件来看,目前大多数的需求是供暖,空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加,制冷的需要以及这项技术推广到南欧,将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。
在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的,尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵,然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家(见表1)。总的情况,除了瑞典和瑞士,地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。
7 德国的经验
1996年之后,根据热泵的销售统计,德国各种热源的热泵销售情况各不相同(图5)。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后,热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%,2002年达到82%。而且从2001年到2002年,当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候,地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会,因为有较好技术前景做保证。
图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图
图5 每年德国热泵的销售数量对比图
德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的,许多小型系统安装在独立的房子里,而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿,例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能,不需要冷却器,它们显示了非常高的制冷效率,COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的,同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。
在德国,地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段,当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者,避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。
8 瑞士地热热泵的繁荣
地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前,有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统:浅层水平管(占所有安装热泵的比例小于5%)、井下换热器系统(100~400m深,占65%)、地下水水源热泵(占30%)。仅仅在2002年,就施工钻孔600000m,并安装了井下换热器系统。
地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于3.5。
各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上,热泵系统的安装在1980年从零开始,经过快速发展,现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。
地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快,这种印象深刻的增长可见图6和图7。
图6 1980~2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图
图7 1980~2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图
每年的增长非常显著:新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统(<20kW)显示了最高的增长速度(大于15%,见图1)。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt,产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔(几千个),并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150~200m;超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右,包括钻井、下入U型管和回填。2002年,井下换热器的进尺达到600000m。
热泵快速进入瑞士市场的原因
热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外,在地壳浅层没有其他地热能资源。另外,也有许多其他的原因,包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。
技术原因
大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件:大气温度在0℃附近,冬天日照很少,
地下浅层温度在10~12℃之间,长供暖期。
恒定的地下温度通过正确选型尺寸,可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。
地热热泵以分散方式进行安装,适合于独立用户需要,避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。
安装位置在建筑物附近(或建筑物地下),相对自由,在建筑物内对空间的要求也不高。
至少对小型系统来说,不需要进行回灌,因为在系统闲置期(夏天)地下的热能可以自动恢复。
环境原因
没有交通运输、储藏和运行的危险(与石油相比);
没有地下水污染的危险(与石油相比);
系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。
经济原因
环境友好的地源热泵安装成本比得上传统(燃油)系统的安装(赖贝奇,2001);
比较低的运行成本(与利用化石燃料供暖进行比较,不需购买石油或天然气,和燃烧器控制);
对环境友好的热泵,当地给予对用电费用优惠。
二氧化碳的排放税预计要实施。
进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵,同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。
尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖(生活热水),但一些新的利用方式正在出现(包括各种井下换热器系统,联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷,“能量堆”)。对于每2km2一台机组,它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的(在世界上前五个国家中人均装机容量)。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。
9 英国的地热热泵
在英国,路特·开尔文努力发展了热泵理论,但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。
在20世纪90年代中期,通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训,英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料,以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。
过去的两年时间里,热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色,例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。
在英国,很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%~60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁,长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。
从非常小的起步,目前地热热泵系统已经出现在整个英国,从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到2.5kW之间,主要选择各种水对水和水对空气的热泵,安装在几种不同地质条件的地区。
最近宣称有拨款计划(清洁天空项目)会帮助建立该项技术的部门鉴定,会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动,希望对于该项技术的兴趣能够快速增长,同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。
另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究,对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究(IEA,2002)。其中第一个就是在英国展开的,研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW,是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展,设备尺寸和型号目前已经达到300kW。
热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型,有简单利用地板供暖的,反循环热泵供暖和制冷的,也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用,包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。
10 瑞典的地热热泵
20世纪80年代初期,地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年,已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩,在接下来的10年里,平均每年安装2000个热泵机组。1995年,由于瑞典政府的支持和补贴,公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构(SVEP)统计的销售数据显示,2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装(见图8)。因此,安装的机组数量估计达到200000台。
目前,热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式,由于当前的油价,它替代了烧油;由于电费高昂,它又替代了电;由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面,还有一些大型的系统安装(包括闭路和开路循环)用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。
瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%,即每年大约3500~4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷,有将热泵负荷增加到80%~90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型(钻孔类型)。在住宅里,钻孔的平均深度大约125m,水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管(树脂管,直径40mm,压力正常6.3bar)几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时,双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂(砾石)的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。
图8 每年瑞典热泵销售数量对比图
用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场,但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。
热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势,它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣,例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机,夏天,生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C,但有向R410A转变的趋势,还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体,或者热泵闲置时灌入地下。
在大型钻孔型热泵系统里,为了确保系统长期运行,不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷,则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源,如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园,在建筑物下面安装了一套系统,施工了48个200m深的钻孔,利用400kW的一个热泵基本提供热负荷,每年运行6000个小时。夏天,从附近的湖引来的地表温水(15~20℃)通过钻孔灌入地下。
11 挪威的例子
在奥斯陆的Nydalen,180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。
一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井,热能既可以从地下采集,也可以将能量储存地下。夏天,但有制冷需要时,热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天,热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW,而制冷是7.5MW。与电、石油和天然气供暖相比,每年供暖的成本可以减少60%~70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。
这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井,每个都深200m,可以提供4~10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3,主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路,用来传递热能。
该项目总投资是6千万挪威克朗(相当于750万欧元)。这比起传统方式(即没有能量井和收集装置)多投资1700万挪威克朗。然而,每年购买的能量减少约400万挪威克朗,项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。
能量站按计划在2003年4月开始建设,包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。
该项目的细节可以在项目组www.avantor.no和热能储存www.geoenergi.no两个网站上查询。
结论
地热热泵是一个刚兴起的技术,有能力利用地下巨大的可再生贮存能量,提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择,在许多国家,它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。
参考文献(略)
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。
是全球军事最强大的国家。但“盛者必衰”的道理千古不变。缺乏道义力量的支撑,空有强大的军事力量,则军力越强,其败亡的速度越快。希望喜欢充当“世界警察”的美国可以从自己的历史中汲取教训,不要再发起一场类似于朝鲜战争或越南战争那样的吞噬了无数生命的非正义战争。
经系、文化
世界经济最强大的国家,具有高度发达的市场经济。劳动生产力、国内生产总值和对外贸易额均居世界首位。工业门类齐全,拥有巨大的生产能力、设备和生产规模。主要工业部门有:动力工业(包括石油、大然气、采煤、电力)、钢铁工业、有色冶金工业、机械制造工业、纺织工业、军火工业、建筑业等。其中钢铁工业、汽车工业和建筑业长期被称为美因经济的“三大支柱”。制造业地带最集中的地区是大西洋沿岸中部和五大湖沿岸,号称“钢都”匹兹堡、“汽车城”底特律都在这一地区。太平洋沿岸造船、飞机、导弹、原子、电子、汽车装配等工业规模巨大。南部得克萨斯等地石油蕴藏丰富,是重要的石油和化工中心。
农业高度发达,实现了区域化,专业化、机械化、对会化和商品化。小麦、玉米、大豆、棉花、肉类、乳制品等主要农畜产品的产量均占世界前列,其他农作物有烟草、马铃善、燕麦、水稻、柑橘、甜菜等。粮食总产量约占世界的1/5。旅游业和服务业高度发达。
一直是世界对外贸易额最大的国家。主要贸易对象为加拿人、U本、墨西哥、英国、德国、中国和中国台湾等。主要出口化学制品、机械、车辆、飞机、电子设备、武器,大豆、小麦、谷类、棉花等农产品;主要进口食品、服装、汽车、电子器材、机械、钢材、纺织品以及天然橡胶、铂、锡、铬、锰、镍、锌、铅、钨、石油等。
交通运输完整便捷,有庞大的铁路网、公路网、航空网、内河航运网和管道运输网。除商船队外,铁路、公路、航空、管道等运输业均占世界第一位。货物运输以铁路为主,铁路全长318 000多千米,其中电气化铁路约309O千米。内河航运以密西西比河为主干连成四通八达的内河航运网,全国内河通航用程约41 000千米。水运货运量以五大湖最盛。
海运发达,有千万吨级以上的商船600多艘。主要海港有纽约、诺福克、巴尔的摩、休斯敦、阿瑟港、圣弗朗西斯科(旧金山)、洛杉矾、西雅图等。管道运输先进发达,主要运输石油、天然气和煤。客运以公路为主,有公路6 300 000千米,公路以五大湖区南部和大西洋沿岸最为稠密。有航空线联系全国各大城市。
教育先进。多数州实行十年义务教育。世界级的高等学府很多,以哈佛大学、麻省理工学院、哥伦比亚大学、加利福尼亚大学伯克莱分校、斯坦福大学、芝加哥大学、华盛顿大学、耶鲁大学、加州理工学院等最为著名。报业系统庞大,最有影响的报刊是《纽约时报》、《洛杉矾时报》、《华盛顿邮报》美联社是最大的通讯社。广播电视业高度发达,全国广播公司(NBC)最为著名。
军事:总统兼任武装部队总司令,掌握最高指挥权。进攻性战略武器和核武器的使用权集中控制在总统手中。国家军事指挥系统由国家安全委员会、国防部及参谋长联席会议组成。国家安全委员会是最高决策机构,由总统、副总统、国务卿、国防部长组成,参谋长联席会议主席、中央情报局局长列席。国防部是总统指挥全军的办事机构。参联会既是总统、国防部长和国家安全委员会的军事咨询机构,又是向各联合司令部发布总统和国防部长命令的军事指挥机关。参联会和三军参谋部负责拟定作战计划并具体实施作战指挥。
英国:
经济: 英国是世界经济强国之一,其国内生产总值在西方国家中居前列。英国制造业在国民经济中的比重有所下降;服务业和能源所占的比重不断增大,其中商业、金融业和保险业发展较快。 2002年,英经济规模居世界第四,是世界第二大海外投资国。私有企业是英国经济的主体,占国内生产总值的60%以上。服务业是衡量现代国家发达程度的标准之一。英国的服务业从业人口占其就业总人口的77.5%,产值占国内生产总值的63%以上。英是欧盟中能源资源最丰富的国家,也是世界主要生产石油和天然气的国家。主要能源有煤、石油、天然气、核能和水力等。铁矿储量为27亿吨、煤的可采储量达46亿吨、石油储量为70亿吨、天然气储量达12260-38000亿立方米。英国是世界上第一个满足本国2600万电、气用户的国家。
伦敦东部码头区新建的金融中心
2001年总发电量达3.32亿千瓦时,其中核电站供应0.90亿千瓦时。英国采煤业完全私有化。森林覆盖面积279万公顷,占英本土面积约11.5%:其中英格兰约8.7%,苏格兰约16.9%,威尔士约14.1%,北爱约6.1%。主要工业有:采矿、冶金、机械、电子仪器、汽车、食品、饮料、烟草、轻纺、造纸、印刷、出版、建筑等。此外,英航空、电子、化工等工业比较先进,海底石油开采、信息工程、卫星通讯、微电子等新兴技术近年有较大发展。英国重视对新能源及可再生能源的研究开发。英非能源资源不丰富,主要工业原料依赖进口。英开发核能有几十年的历史,目前供发电的核电站有14座。2001年制造业约占国内生产总值17.5%,从业人员逾370万,占总就业人口14. 5%。主要农牧渔业有畜牧业、粮食业、园艺、渔业。服务业包括金融保险业、零售业、旅游业和商业服务(提供法律及咨询服务等),近年来发展迅速。旅游业是英最重要的经济部门之一。年产值700多亿英镑,旅游收入占世界旅游收入的5%左右。与以风光旅游为主的国家不同,英国的王室文化和博物馆文化是旅游业的最大看点。主要旅游点有伦敦、爱丁堡、加的夫、布赖顿、格林威治、斯特拉福、牛津、剑桥等。英国是世界第四大贸易国,贸易额占世界贸易总额的5%以上,商品和劳务出口约占国内生产总值的25%。英主要出口机械、汽车、航空设备、电器和电子产品、化工产品和石油,主要进口原材料和食品。英国还是世界第六大海外投资国和第六大对外援助国。伦敦是世界最大的国际外汇市场和国际保险中心,也是世界上最大的金融和贸易中心之一。 英国货币>>>
行 进 在 摩 尔 大 街 上 的 英 国 皇 家 炮 兵 团
军事: 建军时间约在17世纪中期。女王为英军名义上的最高统帅。最高军事决策机构是“国防与海外政策委员会”,首相任主席,成员有国防大臣、外交大臣、内政大臣、财政大臣等;必要时国防参谋长和三军参谋长列席会议。国防部为国防执行机构,既是政府行政部门,又是军事最高司令部。英国是北约集团的创始国和主要成员国,拥有独立的核力量,国家战略的核心是:积极参与世界事务,维护英国的国际地位;依靠和借助北约集体防务力量来保卫欧洲和英国本土的安全,并扩大英在欧洲的影响;积极加强与英联邦国家的联系,保护其广泛的海外利益。1997年5月工党政府上台后,调整国防政策;继续依靠北约集体防务力量作为英国安全的基础;积极推动建立欧洲快速反应部队;保持强大的常规部队;保持核威慑力量;突出强调质量建军和联合快速反应部队的建设,重点提高英军处理各种危机、应付突发事件的快速反应能力,努力维护英在欧洲及海外传统势力范围的战略利益。实行志愿兵役制,服役期3、6、9、12、15年不等,一般最长为22年。英实行正规军与预备役部队相结合的武装力量体制。2004年7月,英国政府公布了近十几年来规模最大的一次军事调整计划,对陆、海、空三军兵种结构及军事装备进行调整,以增加部队在远程作战中的灵活机动能力,从而更好适应现代战争的需要及有效应对21世纪的全球性威胁。据英国防部提供的数字,英军现有总兵力约为20.56万人,其中陆军10.95万,海军4.24万,空军5.37万。2004-2005财政年度的国防预算约为297亿英镑,2007-2008财政年度有望增长到334亿英镑
日本:
经济:日本是一个经济强国。矿产资源贫乏,除煤、锌有一定储量外,绝大部分依赖进口。主要资源依赖进口的程度为:煤95.2%,石油99.7%,天然气96.4%,铁矿石100%,铜99.8%,铝矾土100%,铅矿石94.9%,镍矿石100%,磷矿石100%,锌矿石85.2%。森林面积2526万公顷,占国土总面积的66.6%,但木材55.1%依赖进口,是世界上进口木材最多的国家。水力资源丰富,水力发电量约占总发电量的12%左右。近海渔业资源丰富。工业高度发达,是国民经济的主要支柱,工业总产值约占国内生产总值的40%,主要集中在太平洋沿岸地区,京浜、阪神、中京和北九州为四大传统工业区,后又出现北关东、千叶、濑户内海及骏河湾等新兴工业地带。日本从二十世纪五十年代开始确立了贸易立国的发展方针。"入关"后,日本开始取得和其他缔约方同样的平等地位。按照关贸总协定最惠国待遇的基本原则,同大多数国家和地区进行自由贸易,为日本对外贸易规模的不断扩大创造了有利的国际市场条件。此后,日本对外贸易迅速增长,主要贸易对象为美国、亚洲国家和欧盟国家。日本财政年度从当年4月1日至次年3月31日。2002年国内生产总值约4. 2万亿美元,人均国内生产总值约32900美元。 日本货币
军事:二战后,美军对日实行单独军事占领,日本旧军队全部解散。朝鲜战争爆发后,美国支持日本发展军事力量。日本防卫的基本政策是:在和平宪法下,实行专守防卫,坚持日美安保体制,确保文官统治,遵守非核三原则,有节制地增强防卫力量。1976年制订《防卫计划大纲》,提出防卫总体设想和扩军方针:保持均衡发展的防卫态势,坚持重视质量的建军原则,使之能独立应付有限的小规模战争。至1990年已基本达到大纲所定指标。1990年12月,日本内阁会议批准了新“中期防卫力量整备计划”(1991-1995年),规定5年军费总额为22.75万亿日元,计划的重点是注重质量,提高武器装备水平,加强后勤、情报、通信建设,更多地承担驻日美军费用等。1995年11月日本政府又批准总额约25.1万亿日元为期五年的新《防卫计划大纲》。2000年12月,日本政府制订了新一期防卫力量整备计划(2001-2005年),总经费高达25.16万亿日元。1954年颁布《防卫厅设置法》和《自卫队法》,正式建立陆、海、空力量组成的自卫队,并成立防卫厅。内阁首相对自卫队拥有最高指挥监督权。1956年成立国防会议。1986年7月“安全保障会议”取代原“国防会议”,负责处理各种突发事件和一切与国家安全有关的重大事宜,由首相任主席。防卫厅隶属总理府,长官由文职人员担任,受首相之命,通过陆、海、空军幕僚长(参谋长)统帅陆海空自卫队。统合幕僚会议(参谋长联席会议)是防卫厅长官的辅助机构,负责拟定和调整三军的作战、训练和后勤补给计划,搜集分析军事情报。自卫队实行志愿兵役制。陆上自卫队服役期为2至3年,海、空自卫队为3年。根据本人希望可延期服役期一次(2年)。2003年度军费预算约48000亿日元,约占当年预算总额817891亿日元的6%。
俄罗斯:
经济:自然资源十分丰富,种类多,储量大,自给程度高。石油探明储量65亿吨,占世界探明储量的12-13%。森林覆盖面积8. 67亿公顷,占国土面积50. 7%,居世界第一位。木材蓄积量807亿立方米。天然气已探明蕴藏量为48万亿立方米,占世界探明储量的1/3强,居世界第一位。水力资源4270立方千米/年,居世界第二位。2000年核能发电量为1310亿千瓦/小时。核电占俄电力的10%。煤蕴藏量2000亿吨,居世界第二位。铝蕴藏量居世界第二位,铁蕴藏量居世界第一位,铀蕴藏量居世界第七位,黄金储藏量居世界第四至第五位。工业基础雄厚,部门齐全,以机械、钢铁、冶金、石油、天然气、煤炭、森林工业及化工等为主,纺织、食品、木材和木材加工业也较发达。农牧业并重,主要农作物有小麦、大麦、燕麦、玉米、水稻和豆类。经济作物以亚麻、向日葵和甜菜为主。畜牧业主要为养牛、养羊、养猪业。出口商品主要有石油、天然气、电力、煤、机器设备、黑色及有色金属等,进口商品主要有机器设备、食品、化工产品等。 货币:卢布>>>
身穿二战时期苏军军装的俄罗斯士兵
军事:俄罗斯武装力量主要由陆军、空军、海军三大军种和战略导弹兵、太空兵、空降兵三个兵种组成。 武装力量除正规军外,还包括边防、内务、安全、政府通讯、民防和铁道部队。武装力量由议会、总统、政府按宪法规定的权限共同指挥,总统是武装力量的最高统帅;军队的任务是抵抗外来侵略和履行俄罗斯承担的国际义务;军队人数不得超过全国人口总数的1%;实行义务兵与合同兵两种兵役制度,服役期限分别为:舰队水兵2年,其它士兵1年半,受过高等教育的1年等。俄海军拥有太平洋舰队、北方舰队、波罗的海舰队、黑海舰队和里海独立区舰队。
德国:
经济:高度发达的工业国家,经济实力居欧洲首位。属世界第三大经济强国。德国是商品出口大国,工业产品的一半销往国外。德国的出口额现居世界第二位。德国近1/3的就业人员为出口行业工作。主要出口产品有汽车、机械产品、电气、运输设备、化学品和钢铁。进口产品主要有机械、电器、运输设备、汽车、石油和服装。主要贸易对象是西方工业国。政府奉行整顿国家财政、减少预算赤字、进行税制改革、刺激个人投资、进一步实行非国有化、减少国家干预、充分发挥市场机制作用的政策,使德国经济持续稳定增长。同时积极采取措施,推动信息技术的发展并调整经济结构。自然资源贫乏,除硬煤、褐煤和盐的储量丰富之外,在原料供应和能源方面很大程度上依赖进口,2/3的初级能源需要进口。德国的工业以重工业为主,汽车、机械制造、化工、电气等占全部工业产值的40%以上。食品、纺织与服装、钢铁加工、采矿、精密仪器、光学以及航空与航天工业也很发达。中小企业多,工业结构布局均衡。农业发达,机械化程度很高。农业用地约占德国国土面积的一半。产品可满足本国需要的80%。旅游业、交通运输业发达(左图:德国商业银行大楼)。德国是啤酒生产大国,其啤酒产量居世界前列。它还是最早研制成功磁悬浮铁路技术的国家。2002年2月28日24时,德国马克正式停止流通,欧元 (EURO)成为德国法定货币。德国是首批使用欧元的11个国家之一。
军事:1956年1月正式建立联邦国防军。最高军事决策机构是联邦安全委员会,主席为联邦总理。军队和平时期由国防部长领导,战时由联邦总理任军队最高统帅。联邦国防军总监为军队最高指挥官。国防政策的最高目标是确保德国的和平、自由和独立,并规定联邦国防军是一支纯粹防御性军队,实施必要的安全预防措施,不掌握和谋求大规模杀伤性武器。建军重点是:组织快速反应部队,制定新军备规划,压缩部队规模,裁减武器装备。实行义务兵役制,服役期为10个月(从2002年1月1日起缩短为9个月)。
沼气是一些有机物质(如秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物)在一定的温度、湿度、酸度条件下,隔绝空气(如用沼气池),经微生物作用(发酵)而产生的可燃性气体。沼气是气体的混合物,其中含甲烷60~70%,此外还含有二氧化碳、硫化氢、氮气和一氧化碳等。它含有少量硫化氢,所以略带臭味。发酵是复杂的生物化学变化,有许多微生物参与。反应大致分两个阶段:(1)微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质,如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。(2)由甲烷菌种的作用,使一些简单的物质变成甲烷。
要正常地产生沼气,必须为微生物创造良好的条件,使它能生存、繁殖。沼气池必须符合多种条件。首先,沼气池要密闭。有机物质发酵成沼气,是多种厌氧菌活动的结果,因此要造成一个厌氧菌活动的缺氧环境。在建造沼气池时要注意隔绝空气,不透气、不渗水。其次,沼气池里要维持20~40℃,因为通常在这种温度下产气率最高。第三,沼气池要有充足的养分。微生物要生存、繁殖,必须从发酵物质中吸取养分。在沼气池的发酵原料中,人畜粪便能提供氮元素,农作物的秸杆等纤维素能提供碳元素。第四,发酵原料要含适量水,一般要求沼气池的发酵原料中含水80%左右,过多或过少都对产气不利。第五,沼气池的pH值一般控制在7~8.5。
沼气是一种混合气体,主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)。甲烷占60%一70%,二氧化碳占30%一40%,还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。由于含有可燃气体甲烷,故沼气可做燃料。沼气是细菌在厌氧条件下分解有机物的一种产物。城市有机垃圾、污水处理厂的污泥、农村的人畜粪便、作物秸杆等,皆可做产生沼气的原料。细菌分解有机物的过程,大体分为两个阶段:第一阶段,将复杂的高分子有机物质转化为低分子的有机物,例如乙酸、丙酸、丁酸等;第二阶段,将第一阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳。
在上述过程中,起发酵分解作用的是多种细菌共同作用的结果。为了使沼气发酵持续进行,必须提供和保持沼气发酵中各种微生物所需的生活条件。产生甲烷的细菌是厌氧的,少量的氧也会严重影响其生长繁殖。这就需要一个能隔绝氧的密闭消化池。温度在厌氧消化过程中是一个重要因素,甲烷菌能在0一80℃的温度范围内生存,有分别适应低温(20℃)、中温(30℃)、高温(50℃)的各类细菌,最适宜的繁殖温度分别为15℃、35℃、53℃左右。甲烷菌生长繁殖最适宜的pH值约为7.0一7.5,超出此范围,厌氧消化的效率就会降低。在厌氧消化过程中担负废弃物发酵作用的细菌,还需要氮、磷和其他营养物质。投入沼气池的原料比例,大体上要按照碳氮比等于20:1一25:1。此外,还应控制影响沼气发酵的有害物质浓度。
沼气能的诱人前景
在千姿百态的生物世界中,存在一种我们肉眼看不见、摸不着的微生物,能为人类提供能源。提起微生物,往往会使人们想起它会使食物腐烂变质,也会使人感染上各种疾病。因此,对它们又害怕、又憎恶。但是,在微生物的家族中,因为种类不同,它们的作用也不尽相同,有的会给人类带来灾难,有的会给人类带来幸福。微生物中,能为人类提供能量的甲烷细菌和酵母菌,它们可以生产出沼气和酒精,为人类作出贡献。
说到沼气,顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。沼气,是各种有机物质,在隔绝空气(还原条件),并必适宜的温度、湿度下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分是甲烷,约占所产生的各种气体的60%一80%。甲烷是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为 34000焦耳,每立方米沼气的发热量约为20800-23600焦耳。即1立方米沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。
关于沼气发生的基本原理,目前尚在探索之中。沼气的形成过程大致可分为两个阶段,首先将各种复杂的有机物转化为低级脂肪酸,例如丁酸、丙酸、乙酸;然后把上述各类产物继续转化为甲烷和二氧化碳等。
目前,世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油,发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源,具有许多优点。例如,修建一个平均每人l-1.5平方米的发酵池,就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题;人、畜的粪便以及各种作物秸杆、杂草等,通过发酵后,既产生了沼气,还可作为肥料,而且由于腐熟程度高使肥效更高,粪便等沼气原料经过发酵后,绝大部分寄生虫卵被杀死,可以改善农村卫生条件,减少疾病的传染。现在,沼气的应用正在各国广大农村推广,沼气能源的开发利用的普及等方面,已经取得了较好的成绩。
世界上一些发达国家,也正在进行利用微生物厌氧消化农场废物、生产甲烷的较大规模试验。英国建立了甲烷的自动化工厂。在厌氧消化器中有三个基本过程:
第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合物,通过酶法转化为可溶解的有机物。
第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。
第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。
据估计,在英国,利用人和动物的各种有机废物,通过微生物厌氧消化所产生的甲烷,可以替代整个英国25%的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机,可供村庄、农场或家庭使用。
美国一牧场兴建了一座工厂,主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构,它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物,由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥,每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷,足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看,利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用,正处于方兴未艾的阶段。
近年来,我国沼气事业获得了迅速的发展,沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村,有些地方除用沼气煮饭、点灯外,还办起了小型沼气发电站,利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等,闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。
专家们认为,21世纪沼气在农村之所以能够成为主要能源之一,是因为它具有不可比拟的特点,特别是在我国的广大农村,这些特点就更为显著了。
首先,沼气能源在我国农村分布广泛,潜力很大,凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料,所以沼气是一种取之不尽,用之不竭的再生能源。其次,可以就地取材,节省开支。沼气电站建在农村,发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站,设备和技术都比较简单,管理和维修也很方便,大多数农村都能办到。据调查对比,小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右,仅为小型水力电站的1/2-1/3,比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短,只要几个月时问就能投产使用,基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧,还可以节省17%的柴油。
我国地广人多,生物能资源丰富。研究表明,在21世纪无论在农村还是城镇,都可以根据本地的实际情况,就地利用粪便、桔杆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。参考资料:http://blog.sina.com.cn/jinqi1986
苏格兰是地区。
苏格兰,是大不列颠及北爱尔兰联合王国的政治实体之一,位于欧洲西部、不列颠岛北部,南接英格兰,东濒北海,东北与西北分别与挪威、丹麦、冰岛隔海相望,西临大西洋。
苏格兰主要岛屿有设得兰群岛、奥克尼群岛、赫布里底群岛,地方政府属下有32个行政区,主要教会为苏格兰教会,苏格兰以风笛、格子花纹、苏格兰裙、畜牧业与威士忌而闻名。
第一大城市格拉斯哥,约有60万人口,是苏格兰的工业重镇;第二大城市为爱丁堡,约有50万人口,为苏格兰自治政府所在地,乃政治、经济、文化中心。
风土人情:
苏格兰位于欧洲西部大不列颠岛的西北部。苏格兰在历史上曾是一个独立的国家,即使在与英格兰合并之后,也保留着很大的独立性和鲜明的民族传统。一个国家的地理条件总是与其历史发展有一定的关系,而苏格兰人在这一方面显得特别突出。
独特的自然条件使苏格兰人一直保持着较少的人口和空旷的土地,也使得苏格兰人保持着风笛和凯尔特人以及独立和自豪。
常规来讲新能源包括:太阳能、风能、水力发电、潮汐能、生物质能、核能、地热能、波浪能(就想到这些)。
下面说各种能源在实际中的应用:
1』太阳能:1)太阳能热利用:太阳能热水器。2)太阳能光利用:太阳能电池。3)太阳能光热利用结合:节能建筑中太阳能光热一体化。
2』风能:风力发电,根据风电场建设场地的区别划分为:陆上风电场和海上风电场。
3』水力发电:三峡之类的水力发电项目。
4』潮汐能:钱塘江大潮利用起来的效果。
5』生物质能:沼气;生物质煤都属于这个范围。
6』核电:现在正处在一个全球核电复兴的时代。
7』地热:中国的羊八井地热电站,冰岛的雷克雅维客了、美国了都有很多地热电站。
8』波浪能:英国北部,如苏格兰的波浪能开发很先进。
当然,除了新能源这种划分之外,我们还常常说,可再生能源和不可再生能源,还有清洁能源这种说法。注意,核电是不可再生能源,天然气是清洁能源,有人也将清洁煤划分到清洁能源中。
弥尔顿达夫酿酒厂位于苏格兰主要的威士忌产区之一——斯贝塞地区(Speyside) ,在这有着“苏格兰花园”之称的肥沃山谷中,拥有最优质的大麦和来自布莱克本河(Black Bum River)的独特水质,在过去几个世纪中吸引了众多酿酒商。作为百龄坛的核心酒厂之一,弥尔顿达夫酿酒厂的特色在于花香和甘甜的口味,尤其是突出的奶油、太妃糖的香甜滋味更是让经过调配的百龄坛17年苏格兰威士忌呈现出多样化的香气和口感。
斯佩塞(Speyside)位于英国苏格兰(Scotland)高地(Highlands)产区的东北部,夹在西部崎岖的高地、东部肥沃的阿伯丁郡(Aberdeenshire)和南部的凯恩戈姆国家公园(Cairngorms National Park)之间。从地理上讲,斯佩塞是苏格兰高地莫里郡(Morayshire)的一个地区。就威士忌而言,由于斯佩塞的蒸馏厂集中,而且出产的威士忌在风格上和高地的有一些相似之处,所以斯佩塞曾被划分为高地的一个子产区。但在2009年,根据苏格兰威士忌条例(Scotch Whisky Regulations),斯佩塞上升至与高地同一级别的产区。斯佩塞得名于流经该地区的斯佩河(River Spey),这条河是斯佩塞产区生产出备受推崇的威士忌的重要影响因素。
斯佩塞坐落在河流丰饶的幽静山谷中,是个十分干燥且温暖的地区,该地区及其周边肥沃的农田是种植大麦的理想之地。水源的丰富和质量是威士忌蒸馏厂涌入斯佩塞地区的主要原因,该地区的水是苏格兰所有地区中溶解矿物质含量最低的。丰富的纯净水和美丽的内陆环境有助于生产出柔顺且复杂的威士忌,这与其他地区生产的咸味和重泥煤味的威士忌形成了对比。斯佩塞的威士忌通常比其他苏格兰单一麦芽威士忌更轻、更甜,以甜美和果香为特色。斯佩塞的威士忌因其优雅和复杂而闻名,有时带有精致的泥煤味,但更多的是成熟的梨或葡萄干的果味。