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第21章 人类未来能源的发展方向(4)

当今世界上绝大多数核电反应堆,包括我国秦山和大亚湾的压水反应堆,在设计上采用技术比较成熟的压水式反应堆,这种技术中有“非能动安全系统”进行安全保护,即温度升高,反应性减弱;温度超过一定限度,核反应就自行停止,趋向安全。所以,发生危险的概率很小。再则,当今绝大多数核电站都专门设置了密封耐压的安全壳厂房,将反应堆和核能系统整个笼罩密闭在内。所以,即使反应堆和核能系统损坏,安全壳仍能阻挡放射性物质,不往环境中泄放。核电站安全措施的完善程度和管理的严格程度,远非一般工业所能比拟,它的安全是有充分保证的。当然,安全是没有止境的,近年来,专家们又在安全设计中引入新的概念,着手研究设计“具备固有安全性”的反应堆。这类核电反应堆将在21世纪陆续实现,那时,核安全又更上一层楼,更有保证了。

八、大自然赋予的新能源——地热能

人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。

地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能,它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来至太阳,大约占总的地热能的5%,表面地热能大部分来至太阳。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近表层。其储量比目前人们所利用能量的总量多很多,大部分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。它不但是无污染的清洁能源,而且如果热量提取速度不超过补充的速度,那么热能而且是可再生的。

怎样利用这种巨大的潜在能源呢?意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子于1904年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸气用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层,产生高温蒸气,然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。在这过程中,将一部分没有利用到的水蒸气或者废气,经过冷凝器处理还原为水送回地下,这样循环往复。

地热能是一种新的洁净能源,在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下,对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。其中距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米,所含地热量为973万亿千焦耳。在地热利用规模上,我国近些年来一直位居世界首位,并以每年近10%的速度稳步增长。

在我国的地热资源开发中,经过多年的技术积累,地热发电效益显著提升。除地热发电外,直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。

发电地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。目前开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类,因此,地热发电也分为两大类。

地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽,或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含义,一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽(一次蒸汽),而是让它通过换热器汽化洁净水,再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。第二种含义是,将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽,压力仍高于当地大气压力,和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。

九、我国清洁能源未来发展空间巨大

我国清洁能源资源丰富,具备大规模开发潜力。未来我国清洁能源发电仍将保持高速增长态势。

我国水能资源非常丰富,技术可开发量超过5.4亿千瓦,居世界首位。截至2009年底,我国水电开发利用率仅为34%,远低于发达国家60%的平均水平。核电厂址资源丰富,现有厂址可支撑装机1.6亿千瓦以上,经过进一步勘察选址,远期可满足4亿千瓦装机。我国陆上和沿海50米高度风能资源潜在开发量超过25亿千瓦,主要分布在“三北”(东北、西北、华北)和东部沿海地区;太阳能资源非常丰富,主要分布在西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古等省区,可开发装机规模超过20亿千瓦。

综合考虑资源赋存及开发条件、技术成熟度、经济性等因素,2020年前,我国将重点加大水电、核电及风电的开发利用力度。按照电力系统安全、经济、清洁的发展原则,以系统的全社会总成本最低为目标,重大战略意义考量清洁能源是针对传统能源提出的新概念,它既肯定了人类发展对能源的需求,又强调了利用能源要清洁化,注重环境保护的理念。随着传统能源体系导致的能源供应、环境污染等矛盾和问题日益突出,可持续利用、环境友好的清洁能源的开发已成为必然选择。

我国是世界第二大能源消费国,但人均能源资源占有量很低,不到世界水平的一半。在人均能源资源相对匮乏的同时,我国的能源利用效率也比较低,浪费相当严重。仅依靠煤、石油等传统能源已不能满足日益增长的能源需求,加之空气污染、油价上扬、温室气体减排和以“碳关税”形式出现绿色贸易壁垒等因素的影响,能源资源瓶颈制约日益突出。

因此,大力发展清洁能源,构筑稳定、经济、安全的能源供应体系,是为经济社会发展提供可靠的能源保障。8月28日,在宁夏银川召开的“2011年中国能源化工金三角高峰论坛”上,中国工程院副院长谢克昌说,近年来,我国能源供需缺口逐年加大,已成为影响我国经济安全与发展的重要因素之一。以石油为例,2010年我国原油进口依存度达到52.5%,面临很高的能源安全风险。

清洁干净、不排放或极少量排放有损生态环境的气体或气体污染物是清洁能源最突出的优点。根据国外某研究机构对各种发电方式碳排放率的计算,清洁能源发电比煤油气等化石发电要低50%-90%。“十二五”时期,我国要实现单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别下降16%和17%的目标,因此,从推动节能减排任务出发,也应当加大清洁能源的开发和利用。

发展清洁能源是我国保障能源供应安全、应对气候变化、改善环境质量的有效途径,具有重大战略意义。

保障能源供应安全。我国正处于工业化和城镇化快速发展的重要时期,能源需求具有刚性增长特征,然而受资源储量、生态环境、开发条件等诸多因素的制约,我国国内常规化石能源可持续供应能力远低于未来国内能源潜在需求。预计到2020年,我国清洁能源的开发利用总量可达6.7亿~7.4亿吨标煤,可补充能源供应缺口的60%~70%,有效保障能源供应安全。

实现15%清洁能源承诺。研究表明,为实现2020年我国非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右的目标,清洁能源发电装机规模将达到6亿千瓦,占全国发电装机容量的1/3以上,清洁能源发电占一次能源消费总量的12.5%左右,转化为电力的清洁能源比重超过80%。

改善环境质量。发展清洁能源可以减少化石能源消费带来的二氧化硫、氮氧化物与烟尘等环境污染排放量。研究表明,2020年清洁能源发电可每年减少二氧化硫排放200万吨。我国清洁能源资源主要分布在西部和北部地区,大力开发清洁能源可为中东部地区提供清洁电力,缓解中东部地区的环境压力。

链接

太阳能热水系统

早期最广泛的太阳能应用仅用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。依循环方式太阳能热水系统可分为自然循环式和强制循环式。

因为风速的随机性很大,用某一瞬时的风速无法来评估某一地区的风能潜力,故引出了平均风能密度的概念。

氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢。

世界上潮差的较大值约为13~15米,但一般说来,平均潮差在3米以上的就有实际应用价值。

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