如何提高能源转换为电力的效率
电力是将一次能源转换成二次能源的产业,既如此就有个转换效率。转化效率η=输出的能量/输入的能量,输出的电力以千瓦时表示,1千瓦时相当于0.1229千克标准煤,输入的能量对燃煤电厂来说就是供电煤耗,于是燃煤电厂的转换效率η煤=0.1229/供电煤耗,以2012年为例全国燃煤电厂供电煤耗为326克/千瓦时,煤电转换效率η=122.9/326=37.7%,而2002年煤电转换效率为32.09%,十年间转换效率提高了近5.7个百分点。未来6年转换效率还能提高多少?取决于供电煤耗的走势,按年降低3克/千瓦时考虑,2020年供电煤耗为302克/千瓦时,煤电转换效率为40.69%。
水电发电的能量来自水量Q和水头H,由于水库的水位变化各不相同,因而各电厂的单位水耗是有差异的,例如广西岩滩水电站2012年单位水耗6.59立方米/千瓦时,而甘肃刘家峡水电站则为3.985立方米/千瓦时。为了从宏观上把握我国水电水能转化为电力的效率,有必要统计计算我国某一规模以上大中型水电站的单位耗水率,加以加权平均从而得出全国大中型水电站的综合平均耗水率。过去这一指标的统计分析工作深度不够,在进入“十三五”的时候应当把降低耗水率作为水电提效的一个方面,提出任务,纳入规划。
再如核电,发出的是电力,消耗的是核燃料,一年中的发电量除以耗用的核燃料重量得出核电站的燃耗,例如一座百万千瓦级核电,年发电60亿千瓦时,所需核燃料20吨,则燃耗为20吨/[(1-厂用电率%)×60亿千瓦时]=3.5克/兆瓦时,同样的需要对全国的核电站统计其燃耗,然后进行加权平均,可以得出全国核电的平均燃耗,这样一是各厂之间可资比较。二是可以总体上衡量我国核电机组的转换效率,在“十三五”期间应当给出燃耗的控制目标。
关于风电和太阳能光伏发电的转换效率,这两类可再生能源发电刚刚起步,应当做好基础研究,“十三五”暂不提出效率目标,但应作为研究任务提出指标体系和统计考核方法。
我国能源利用效率低的主要原因是能源消费结构不合理。
在我国,工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%,主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。
除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外,工业余热利用率低,能源(能量)没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因,我国能源利用率仅为33%左右,比发达国家低约10%,至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。
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建议:
1、第一,从政策和舆论导向上,应该继续强调能源节约是中国当前和未来能源政策的第一重点,加强舆论引导,形成全社会节约能源的风尚。
2、第二,持续进行经济结构的调整,优化中国的产业布局,通过有效的产业政策引导并配合强有力的经济手段和环境保护等政策,持续降低高耗能的第一和第二产业在中国经济结构中的比重,不断提升第三产业所占比重并持续优化其能源使用效率。
3、第三,从技术层面,分析节能降耗的重点领域,大力实施耗能设备的更新换代,通过不断提升和改进中国产业、生活耗能设备的能源效率,切实扭转中国能源效率下降的趋势。
面对即将到来的能源危机,全世界认识到必须采取开源节流的战略,即一方面节约能源,另一方面开发新能源。
1、节约能源,提高能源利用率。目前世界一些工业化国家都在采取节能措施,联合热电(又称“同时发热发电”)就是比较热门的话题之一。普通发电厂的能源效率只有35%,而多达65%的能源都作为热白白浪费掉了。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热,因此可使能源利用率提高到85%以上,大大节约了初级能源。
例: “原煤气化发电”
2、开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物能等存在于自然界中的能源被称作“可再生能源”,由于这些能源对环境危害较少因此又叫做“绿色能源”。开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。近年来,面对能源危机,许多国家都在下大力气研究和开发利用“绿色能源”的新技术新工艺,并且取得了相当可观的成就。目前“绿色能源”在全球能源结构中的比重已达到15%~20%。
3、开发核能,从根本上解决能源危机。目前科学家正在研究开发的替代能源有核能、风能、太阳能、地热、生物能和水力发电等。据今年7~8月份的美国《未来科学家》杂志报道,科学家预计,到2010年,风能、太阳能、地热、生物能和水力发电将占到全部能源需求的30%。目前,最有希望的新能源是核能。核能有两种:裂变核能和聚变核能。可开发的核裂变燃料资源可使用上千年,核聚变资源可使用几亿年,这能根本上解决能源危机。
能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油,电力或其他自然资源的短缺。能源危机通常会使得经济休克。很多突如其来的经济衰退通常就是由能源危机引起的。事实上,电力的生产价格的上涨导致生产成本的增加。从一个消费者的角度,汽车或其他交通工具所使用的石油产品价格的上涨降低了消费者的信心和增加了他们的开销。
未来可替代的能源
很多学者认为世界能源危机的主要原因是石油价格过于便宜,以致于使世界对其产生了过度的依赖性而迅速消耗殆尽,他们主张减少对化石燃料的依赖,增加研究经费用于对能源/燃料替代用品的研究,目前主要的替代能源有:燃料电池、甲醇、生物能、太阳能、潮汐能和风能等。但是迄今为止只有水力发电和核能有明显的功效。参看未来能源开发。 1、太阳能
智利开始加强太阳能利用,一些楼房、学校和工厂已经开始使用太阳能。目前,智利太阳能设备主要从以色列、美国、中国和巴西进口,只有14%的设备由智利生产,根据估计,60%的太阳能被用来调节游泳池温度,其他则用于家庭和工业用热水。
2、液化气
智利第二大区的国家环境委员会通过国家铜公司和Suez Energy电力公司共同提交的“北部地区液化气”计划,该计划具体内容是建立一个海上基站,用于卸载、储存和重新气化液化气,以便供应北部电力系统(SING)发电厂所需燃料。这项计划需要5.1亿美元的投资额。根据该计划,通过此基站运送的天然气将能够发110万千瓦的电力,根据与北部各铜矿签署的合同,将提供4.5万千瓦的电力,于2009年年底开始运行。
3、风能和生物能
智利政府积极推动其他非常规可再生能源的发展。目前,智非常规可再生能源装机总量为32.7万千瓦,占全国总装机量的2.6%,主要是风能和生物能发电。2008年将有8个风电站(装机量40.6万千瓦)和4个生物能电站(装机量3.96万千瓦)投入运营。
4、地热
根据智利国家石油公司研究,智利拥有335万千瓦的地热,如果能够全部开发将改变非常规的可再生能源对解决能源短缺问题作用不大的状况。但利用地热资源也遭到了很多非议,如智利第三大区居民向最高法院提出诉讼,抗议北部地热公司在当地建立地热厂,认为将严重影响当地的旅游业。
智利国家石油公司自2000年开始进行地热开发后,目前已分别与意大利电力公司(Enel)及智利国家铜公司联合成立了国家地热公司(ENG)和北部地热公司。智利卢克希科(Luksic)财团所属的安托法加斯塔矿业公司(Antofagasta Minerals)(智利最大的本土私人矿业公司)将与智利国家石油公司将签订合同,联合组建一家公司进行地热勘探开采,安托法加斯塔矿业公司将占该公司 60%的产权,国家石油占40%。
一、积极把握发展节奏,形成高效的能源生产体系。
这是我国能源战略的优先选择。不能一边拼命进口,一边大肆浪费,这是不可持续的。
从经济学的角度来看,我们的需求扩张还没有对油价上升做出足够的反映,其中有多种原因,比如说国内依靠不断增加的基础设施建设投资,拉动的经济高速增长,也拉高了石油需求。因此,要加强顶层设计和总体规划。
二、合理利用能源,积极引导消费,控制消费总量。
中国人均能源资源拥有量偏低;能源效率较低而能耗较高;化石能源特别是煤炭的大规模开发利用对生态环境造成污染;这些现状都影响能源安全,并制约中国能源工业的发展。
这些问题是由国际能源竞争格局、中国的生产力水平所决定的,也与产业结构和能源结构不合理、能源开发利用方式粗放、相关体制机制改革滞后密切相关。需要大力推动能源生产和利用方式变革,不断完善政策体系,方能实现能源与经济、社会、生态全面协调可持续发展。
三、坚定地推进能源领域改革。
加快构建有利于能源科学发展的体制机制,改善能源发展环境,推进能源生产和利用方式变革,保障国家能源安全。
首先是加快能源法制建设。中国高度重视并继续积极推进能源法律制度建设,修改完善《煤炭法》、《电力法》等现行法律法规,推进石油天然气、原子能等领域的立法工作。
其次是完善市场体制机制。中国积极推进能源市场化改革,充分发挥市场配置资源的基础性作用。凡是列入国家能源规划的项目,除法律法规明确禁止的以外,均向民间资本开放。
鼓励民间资本参与能源资源勘探开发、石油和天然气管网建设、电力建设,鼓励民间资本发展煤炭加工转化和炼油产业,继续支持民间资本全面进入新能源和可再生能源产业。
再次,加强能源行业管理。重视能源发展的战略谋划和宏观调控,综合运用规划、政策、标准等手段实施行业管理。
四、布局合理,积极做好原油等资源储备。
一些措施可能要提前有所布局,我们要从石油运输通道,包括伊朗提到的霍尔木兹海峡封锁问题。这些因素都应该通盘考虑。我们还应该坚持能源进口的多元化方向。一方面要考虑经济性,另一方面也要充分考虑不要把鸡蛋放在一个篮子里。
五、健全及时灵活的应急响应机制。
以避免因遭受意外灾害而带来的能源供应中断现象,提高我国能源应急反应能力。
可再生能源不需要消耗不可再生能源就能获得电能。如光伏:
1光的资源取之不尽用之不竭
照射到地球上的能要比人类目前消耗的能量大6000倍。而且太阳光能在地球上分布广泛,只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统,不受地域、海拔等因素的限制。
2太阳能资源随处可得,可就近供电
不必长距离输送,避免了长距离输电线路所造成的电能损失,同时也节省了输电成本。这同时也为家用太阳能发电系统在输电不便的西部大规模使用提供了条件。
3太阳能光伏发电的能量转换过程简
是直接从光到电的转换,没有中间过程(如热能转换为机械能,机械能转换为电磁能等)和机械运动,不存在机械磨损。根据热力学分析,光伏发电具有很高的理论发电效率,可达80%以上,技术开发潜力巨大。
1、火力发电
火力发电的技术成熟,成本较低,对地理环境要求低,但污染大,同时,火力发电中,燃料蕴藏的能量中有一部分能转换为电能,其余的都通过各种途径损耗掉了,其中包括锅炉的损耗,汽轮机的损耗,排气的损耗,发电机的损耗等,大型热电厂的热能利用率只能达到60-70%。
这种发电方式耗能大,效率低,同时,随着自然资源的不断匮乏,煤炭石油等价格不断的上涨,直接影响到火力发电的经济效益,同时这种发电方式排除的污染物较多,直接影响到环境问题,故火电技术必须不断提高发展,提高燃料利用效率,广泛应用新技术对尾气进行除粉,才能适应和谐社会的要求,才可持续发展。
2、、水力发电
水力发电是再生能源,对环境冲击较小,发电效率高达90%以上,发电成本低,发电启动快,数分钟内完成发电,调节容易,除可提供电力外,还能控制洪水泛滥,提供灌溉用水,改善河流航运,改善交通,电力供应和经济,特别可以发展旅游业和水产养殖,但水力发电固定资产投资大,对地理环境要求高。
比如中国西南部水力资源极其丰富,但自然环境恶劣,建设困难,始终无法加以利用,同时较大的水库可能引起地表的活动,甚至诱发地震,此外,还会引起流域水文上的改变,如下游水位降低或来自上游的泥沙减少等,水库建成后可能造成大量的野生动植物被淹没死亡,甚至全部灭绝。
3、核能发电
核能是一种高效的能源,核能发电不像化石燃料一样向大气排放大量的污染物质,发展核能几乎被认为兼顾发展经济和减少温室气体排放的唯一途径,从而有效地削减主要污染物排放量,改善当地环境空气质量,它的能量密集,功率高,这一特点决定了它的运输量小的优点。
但是核能电厂的投资成本太大,同时核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害,因此,核电的广泛开发还要面临着严峻的挑战!
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其他发电方式:
风力发电
风能,是人类最早使用的能源之一,风力发电即把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。风能是可再生能源形式,利用风能发电有利于可持续发展,随着风电技术的日趋成熟,风电的成本越来越低,同时无污染。