书城科普读物人与环境知识丛书:环境与城市
44905800000014

第14章 未来城市的能源利用(2)

风力车“绿鸟”1977年,联邦德国在著名的风谷——石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米,每个桨叶长40米,重18吨,用玻璃钢制成。到1994年,全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右,每年发电约50亿千瓦时。

2009年,英国工程师理查德·杰金斯驾驶风力车“绿鸟”以每小时202.9千米的速度打破了1999年3月20日由美国人鲍勃·舒马赫驾驶“铁鸭”创造的每小时187.8千米的风力车速度纪录。据悉,杰金斯耗费10年时光和心血打造出来的“绿鸟”风力车是一种较为先进的交通工具,采用了飞机和F1赛车的技术。专家说:“我们正走进这样一个时代,化石燃料走向尽头,可再生能源陆续登场。任何东西都不能像‘绿鸟’一样成为这个历史分水岭的标志。未来汽车并不使用化石燃料作为动力,而是使用类似风能这样的可再生能源,在今后20年,风能将是一种主要新能源,驾驶风力汽车也将不再是一个难以实现的梦想。”

2009年,北京官厅风电场一期工程最后10台风机正式并网发电。这标志着北京地区风能开发利用实现零的突破,北京没有直接使用风电的历史结束了。“官厅风电场平均每天可向电网输送绿色电力30万度,每年提供约1亿度的绿色电力,可以满足10万户家庭生活用电需求。”北京市发改委相关负责人表示。根据测算,官厅风电场启用后,北京市使用这种绿色电力,相当于全年减排二氧化碳10万吨、二氧化硫782吨、一氧化碳11吨、氮氧化物444吨,同时节约煤炭5万吨。

随着全球经济的发展,风能市场也迅速发展起来。自2004年以来,全球风力发电能力翻了一番,2006年至2007年间,全球风能发电装机容量扩大27%。2007年已有9万兆瓦,这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20~25年内,世界风能市场每年将递增25%。随着科学技术的进步和环保事业的发展,风能发电在商业上将完全可以与燃风能与其他能源相比,具有明显的优势,它蕴藏量大,分布广泛,永不枯竭。尽管风能的利用占地较多,不宜在城市进行,但可将适宜利用地的风能进行发电,输入城市,可缓解城市用电紧张局面,为工业发展和人民生活提供能源保障。同时,中国风力发电行业的发展前景十分广阔,预计未来很长一段时间都将保持高速发展,同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该行业的利润总额将保持高速增长,经过2009年的高速增长,预计2010、2011年增速会稍有回落,但增长速度也将达到60%以上,因此也可作为城市的经济产业,促进城市发展。

4.最广泛存在的能量源——生物质能

所谓生物质能(biomassenergy),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。目前,很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。但目前的利用率不到3%。目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。

加拿大亚伯达可再生柴油示范基地(ARDD)发布的一份研究称油菜子可作为寒冷天气用可再生柴油的生产原料。“ARDD的研究表明油菜子生物柴油及相关混合物尤其适合在寒冷的冬天使用”,研究中油菜子可再生柴油的混合比例为冬季月份2%,春季和夏季月份5%,而油菜子可再生柴油则由75%的菜子油和25%的动物脂组成。混合柴油在低温下没有表现出任何异常。

而诺维信公司、中粮集团日前与中国石化集团合作的开发利用农作物废料玉米秸秆生产第二代燃料乙醇的项目则把我国生物质能的开发推向了规模化商业生产的流程。与石油燃料相比,第二代燃料乙醇能将温室气体排放量至少降低90%。纤维素燃料乙醇只需耗用极少或者根本无需使用矿物燃料,并能够向电网供电,这对于降低空气污染、缓解能源压力有重大意义。

随着城市规模的扩大和城市化进程的加速,世界城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991年和1995年,仅我国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨,同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座,垃圾清运量10750万吨。而且这些垃圾的构成已呈现向现代化城市过渡的趋势,有以下特点:一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高;二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分;三是易降解有机物含量高。这些特点给我们留下了很大的研究和开发利用的空间,技术成熟后,不仅可以有效缓解城市能源危机,还可以解决城市垃圾问题,保护环境。

我国重庆一座垃圾发电厂装备了国产的焚烧炉。焚烧炉是垃圾发电核心设备,国产焚烧炉更适合国情——发达国家早已实现了垃圾分类,而我国的垃圾中,菜叶剩饭和废布料、纸片等混在一起,国产的焚烧炉就是为混合垃圾量身打造。

该垃圾发电厂负责人称,电厂现在每天可“吃掉”1500吨垃圾——这是主城日产生垃圾总量的近五成,一年发电超8000万千瓦时,年利润达到4000万元左右,可满足近5万户居民的用电需求。

世界各国在垃圾发电方面的投入越来越大,技术也慢慢成熟,这在未来的城市生活中,不仅解决了垃圾处理的难题,更为人们提供了新的能源来源!

5.来自地球深处的力量——地热能

地热能

地热能是一种洁净的可再生能源。它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定(流量、温度)、使用方便等优点,已成为人们争相开发利用的热点。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。近年来,随着国民的经济迅速发展和人民生活水平的提高,采暖、空调、生活用热的需求越来越大,是城市建筑物用能的主要部分。建筑物污染控制和节能已是城市发展面临的一个重大问题。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉的大量使用,给大气环境造成了极大的污染。因此,地热能直接利用,实现采暖、供冷和供生活热水及娱乐保健,建成地热能综合利用建筑物,已是改善城市大气环境、节省能源的一条有效途径,也是这几年来全球地热能利用的一个新的发展方向和趋势。

2002年在广东省某地投入运行了以75℃地热水为驱动的地热制冷、采暖示范系统,机组制冷量为100千瓦,耗电仅18千瓦,系统节能效果显著。而北京市和天津市为减少化石燃料的使用,改善两市的大气环境,利用地热水进行冬季供暖也取得了良好的效果。

地热能的另一种形式主要是地源能,包括地下水、土壤、河水、海水等,地源能的特点是不受地域的限制,参数稳定,其温度与当地的年平均气温相当,不受环境气候的影响,由于地源能的温度具有夏季比气温低、冬季比气温高的特性,因此是用于热泵夏季制冷空调、冬季制热采暖的比较理想的低温位冷热源。

地热能的另一大用途就是用来发电,根据1996年6月世界可再生能源大会统计,全世界地热发电的装机容量为6543兆瓦。目前,有21个国家在利用地热能发电,其中装机容量在500兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、匈牙利、冰岛。除此之外,许多发展中国家也在积极利用地热发电以补能源的不足。

上个世纪末,联合国(UN)就与世界银行共同发起建立基金,出资帮助能源勘探人员到非洲大裂谷开采地热资源,以开发大裂谷的地热发电潜力,满足东非国家的生产和生活用电。

在美国,已经有许多州县准备对自己境内的潜在地热能进行开采和利用。美国阿拉斯加州州政府正在对阿拉斯加州境内最大的火山群进行勘测,旨在找出可利用的地热能源。据有关专家预计,这些火山群和附近的温泉能够解决州内超过25%的能源供应。

我国适于发电的高温地热资源主要分布在西藏、云南、台湾等地区。全国地热电站总装机容量为304兆瓦,发电量排名世界第12位。著名的西藏羊八井地热电厂已建成一座25兆瓦以上的工业型地热电站,到1996年底已发电11亿千瓦时,为缺煤少油的拉萨名城供电作出重大贡献,不愧为世界屋脊上的一颗明珠。

可以想见,随着地热能开发力度的不断加大,地热能必将在我们未来的城市生活中扮演重要角色。

6.绝对环保的海洋能

海洋能是指蕴藏于海水中的各种可再生能源,属于清洁能源,其本身对环境污染影响很小。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、波浪发电,海流等形式存在于海洋之中。主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。目前世界各国对海洋能的开发利用已初具规模。

波浪发电。目前,海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国也在对波浪发电进行研究和试验,并制成了供航标灯使用的发电装置。

潮汐发电潮汐发电。目前,世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站,发电能力24万千瓦,已经工作了30多年。目前中国最大的潮汐电站是江厦电站,已正常运行近20年。该电站是1974年在原“七一”塘围垦工程的基础上建造的,先后安装了6台机组,单机容量从500千瓦到700千瓦,最后一台机组是2007年10月投入运行。目前总装机为3900千瓦,是世界第三大潮汐电站除江厦电站外,到目前为止,我国正在运行发电的潮汐电站还有7座,如海山潮汐电站、沙山潮汐电站、福建平潭县潮汐电站等。

当前,世界各国对于温差能、海流能、盐差能等的利用,水平相对较低,因此发展空间较大,在未来的城市特别是沿海城市的发展中,人们对能源开发的重心会逐步向这方面转移,随着技术的不断发展,这些能量都将逐步被开发利用,海洋能也必定会持久地成为人类重要而清洁的能源来源。

7.未来世界的“能源巨人”——核能

核能的利用主要是进行核能发电。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍),比较起来所需燃料体积比火力电厂少相当多。

在未来的城市建设中,核能发电将会成为主要的能源,因为核能发电不会造成空气污染,也不会产生温室效应的二氧化碳,而且用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座105万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。因此核电站可建在城市建设最需要的工业区附近。在未来如果人类掌握了核聚变反应技术,那么还可以使用海水做燃料,进行发电,可以说是取之不尽,用之方便。

核能发电

核能在未来生活中的另一个应用就是进行海水淡化。目前全世界的水资源可谓是极度缺乏,可饮用淡水资源在若干年以后就将枯竭,人类必须为未来的生活寻找新的水源,海水淡化便是一种方法,但海水淡化要消耗电能,按照惯例,核反应堆产生的大部分热能都浪费了,而核能海水淡化充分利用了这部分能量,在综合性设备中将再生电能和海水淡化所用的热能结合起来,同时也不会产生温室气体。

核能海水淡化

另外,现阶段先进反应堆和先进核燃料循环技术的研发也会为未来城市对核能的利用提供机遇。毫无疑问,核能在世界未来能源供应中具有不可替代的作用,可以为未来人类生活的能源供应作出更大的贡献。