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關于防止全球變暖的發電技術
【摘要】在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括:提高發電效率減少燃耗;采用原子能發電;使用再生(天然)能源。每單位發電量二氧化碳的產生,以礦物燃料發電最高,特別是燒煤電廠。再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳,但發電本身不會產生二氧化碳。因此,增加使用再生能源發電和有效使用礦物燃料,是抑制產生二氧化碳的有效方法
人口是影響能耗的重要因素,全球人口的增加將造成能耗增加,導致大氣層中二氧化碳濃度上升,使氣溫上升,全球變暖。
在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括:提高發電效率減少燃耗;采用原子能發電;使用再生(天然)能源。每單位發電量二氧化碳的產生,以礦物燃料發電最高,特別是燒煤電廠。再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳,但發電本身不會產生二氧化碳。因此,增加使用再生能源發電和有效使用礦物燃料,是抑制產生二氧化碳的有效方法。
再生能源發電技術可分為水力發電;風力發電;太陽能發電(太陽─熱發電和光伏發電);海洋發電(海洋-熱能轉換、潮汐、洋流、海波);地熱發電。
水力發電
水力發電是目前發電技術中每單位發電量產生二氧化碳最低的。它不會產生破壞環境的物質;在徑流式水電站的情況下,也不需要水庫,對保護環境最為有利。在水庫型和抽水儲能型電站情況下,必須考慮水庫建造對環境的影響。
風力發電
歐洲和美洲在風力渦輪的發展上處于領先地位,隨著在美國公用事業管理政策條例(PURPA)的制定和加州減免賦稅,它們的實際應用迅速取得進展。三菱重工(MHI)已在美國加州安裝了660臺275千瓦級的風力渦輪。實際應用的這些渦輪機,其輸出功率范圍從100千瓦到600千瓦,而兆瓦級的風力渦輪目前正處于中試階段。在日本,迄今輸出功率最高為300-400千瓦,但MHI開發的500千瓦級的渦輪在1996年10月已成功運轉。
太陽-熱發電
太陽能發電技術可分為太陽-熱發電和光伏發電。在前一種情況下,通過搜集的太陽熱能,用水或低沸點流體直接或間接產生的蒸汽驅動汽輪發電機;在后一種情況下,通過p-型和n-型半導體的組合,將陽光直接轉換為電。太陽-熱發電又分為直接和間接(二元循環)型發電系統。在前一種情況下,使用一臺冷凝器,通過直接產生的蒸汽驅動汽輪機;而在后一種情況下,是在主系統使用一種沸點高于水的熔鹽或液態鈉,通過熱交換加熱輔助系統內的工作流體-水或低沸點流體產生蒸汽。雖然前一種系統簡單,但熱效率低于后者,難以在高溫下取得蒸汽,需要輔助燃料點火。
在日本已建成輸出功率1000千瓦的中試裝置,應用了塔型和曲線-直線型冷凝器,用熱水蓄熱設施予以補充。美國在1982年開始對10兆瓦級的發電機進行研究,隨后建成了實際應用輸出功率超過30兆瓦的裝置。
再生能源發電尚有一些問題需研究解決:
(1)由于日光能量密度低(在白天,最高每平方米1千瓦),要放置太陽熱能收集器需要巨大的空間。
(2)太陽輻射的強度變化大,因發電取決于時間和天氣,所以不能實現穩定發電。
(3)由于難以通過熱積累把蒸汽的溫度提高到一個高水平,所以不能實現高效率的蘭金循環(總效率10%~15%)。
為減少成本,實現電力的穩定供應和提高效率,要解決的問題(1)必須改善拋物面反向鏡型和定日鏡塔型系統的熱收集效率;(2)必須應用一補充鍋爐或蓄熱系統;(3)需使用一個二元循環提高溫度,并通過應用低沸點混合液體改善蘭金循環。
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