书城科普人类的生活:能源科学知识2(青少年科普知识必读丛书)
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第3章

开关柜

开关柜是一种电设备,外线先进入柜内主控开关,然后进入分控开关,各分路按其需要设置。如仪表、自控、电动机磁力开关,各种交流接触器等,有的还设高压室与低压室开关柜,设有高压母线,如发电厂等,有的还设有为保主要设备的低周减载。

开滦煤田

开滦煤田为中国华北聚煤区著名的石炭二叠纪煤田,盛产优质炼焦煤。它位于河北省东部,跨唐山、滦县、滦南、丰润、丰南5市县,平面呈北东向长条状,面积550平方千米。京山铁路纵贯煤田,煤田由开滦矿务局负责煤炭开采。

开滦煤田地质构造

开滦煤田量为北东向斜构造,称开平向斜,其东北端仰起,向西南方向倾伏,东南翼倾角20°左右,西北翼稍陡。向斜轴部为晚二叠世红色、杂色地层,翼部为石岩二叠纪煤系,外缘为奥陶纪石灰岩。轴部奥陶系顶面深度一般不足2000米。整个向斜基本为第四系覆盖,覆盖层由北东向南西方向加厚,至煤田西南端已厚达800米以上。向斜东南翼局部地段有中生代辉绿岩侵入煤系,呈岩墙、岩脉产出。开滦煤田煤炭资源量10.8Gt,探明煤炭储量约4Gt。煤种为气煤和肥煤!为“低—富”灰,“低—富”硫煤,洗选后成为优良的炼焦用煤。煤系及其上覆地层中有铝土矿、黏土矿多层,已开发加工陶瓷及耐火材料制品,尚有进一步开发前景。煤系及煤层中的层状、结核状黄铁矿亦有开发前景。

开滦煤田的地质条件

开滦煤田的煤层以中厚煤层为主,倾角由缓倾斜至急倾斜,地质条件总体上属中等。煤田水文地质条件较复杂,有五个主要含水层,水量丰富,尤以煤系下伏奥陶纪石灰岩的岩溶裂隙水对矿井威胁最大,曾多次发生突水及特大型突水灾害。瓦斯含量以向斜西北翼各矿井为高,属高瓦斯矿井及瓦斯突出矿井;东南翼较低,一般为低瓦斯矿井。煤层自然发火期较长,一般无自燃现象。

开发费用

20世纪80年代,美国壳牌石油公司所统计的北海固定式钻井平台费用是,水深34米为35万美元,水深68米为475万美元,水深102米为7000多万美元。据联合国的一份报告说,一台典型的自升式平台费用为700万~1000万美元;一台半潜式钻井装置费用为700万~1000万美元;一艘钻井船建造费用为500万~1500万美元。钻井进尺费用同样是海上高于陆地。每米钻井费用,约为陆地的1.5倍。每日纯钻井费用,自升式约为6500~9000美元;半潜式为8000~11500美元;钻井船约为9000~13000美元。但是,海底油气田的地球物理勘探费用平均还不到陆地勘探费用的一半,而且效率高。这是因为海上的地球物理勘探不需要像陆地上那样靠钻孔来激发,而且随着地球物理勘探技术的提高和应用计算机处理地震记录资料,使得海上钻井的见油层准确率大为提高,加之多井底定向钻井技术的不断发展,也能使海底石油的勘探开发费用大幅度下降。

开发氢能

科学家预计氢能在21世纪有可能成为一种重要的二次能源。氢的热值高达1.2×10?焦/千克,为汽油的24倍。液态氢燃烧时能产生1700℃左右的高温,可以用来切割金属;氢作为气轮机的燃料,既可发电,又可产生高压蒸汽供热。作为一般的内燃机燃料或城市民用煤气,更是优越无比。氢燃烧之后回复为水,水又是制氢的原料,可以反复循环使用,而且是无污染能源。

氢能贮量丰富,在地球上每9000克水中就有1000克氢,来源稳定,用之不竭。它贮运方便,瓶装、管输均可,与某些活泼金属反应,还可暂时成为固体而便于搬运。

从水中制氢的方法有热解、电解和光解。以煤或焦炭为原料的合成氨气体中的氢,是使水蒸气通过炽热的碳层分解得到的。这是典型的热解法制氢。在食盐电解制烧碱过程中,会从电解槽的阴极析出氢。此外,还有直接电解水的制氢方法。还有一种方法是模仿某些天然植物所具有的光解水制氢法。科学家们设想,建一些为电解水制取氢气的专用核电站。比如,建一些人造海岛,把核电站建在人造海岛上,电解用水和冷却用水举手可取,又远离居民区,既经济,又安全。制取的氢和氧,用铺设在水下的送气管道输往陆地,再用贮存天然气的方法,在陆地挖一些专用的地下贮气库,把氢气存在里面。

可充电碱性电池

1992年10月,加拿大电池技术国际公司推出一种合乎环保要求的“不含汞可充电碱性电池”。这种新产品上市后,广受用户欢迎。一般的单次使用的镍镉电池和碱性电池的设计,造成每年数以亿计的电池被弃置,而新式可充电碱性电池可以反复充电数百次,可提供比单次使用碱性电池超过50倍的服务时间,比单次使用的碳性电池则高出超过150倍。可充电碱性电池比可充电的镍镉电池价钱便宜,符合环保要求(不含重金属镉和汞),没有记忆效应,还可使用太阳能配合充电。

可燃性有机岩

可燃性有机岩是重要的可燃性燃料,可分为碳质的(煤、油页岩、泥炭)和沥青质的(石油、天然气、地蜡、地沥青)两类。后者主要化学成分是碳及碳氢化合物,由固体、液体、气体组成。

可代替汽油的新能源

由于地球上的石油资源是有限的,世界各国的科学家们正在寻找汽油的代用品。能代用的新能源中,有5种可供选择:

(1)天然气。早在19世纪60年代,法国人就用过以煤气做燃料的发动机。天然气的辛烷值高,对空气的污染程度小,而且在冬季发动机启动好。1980年,世界上已有40万辆汽车改用天然气作动力燃料。但使用天然气,必须对汽车进行改装,天然气加气站的设备比普通的加油站的设备要大和贵。

(2)氢气。液态氢是一种有效燃料。现在已经出现了用氢作燃料的试验汽车。液态氢的缺点是密度太小,沸点太低。

(3)酒精。有许多科学家认为,酒精中的甲醇和乙醇是汽油最现实的竞争者。困难在于提炼酒精的原料不十分丰富。日本研究用海藻做原料,挪威研究用针叶树的木材提炼酒精,墨西哥已成功地从仙人掌中提炼出酒精,新西兰采用桔子皮提炼汽车燃料并初见成效。据测算,1平方米植物能提炼出1千克的燃料。

(4)水。人们发现,在汽油中掺水效果良好。实验证明,一般加水10%最理想。但是,使用加水燃料会大大缩短发动机的寿命。

(5)萘。人们早已知道用萘做燃料。20世纪20年代,有人作过用15%的萘和85%的苯混合作燃料的试验,使用中发动机运转良好,降低了燃料费用。萘的辛烷值可与质量最好的苯相比。只要加入一定量的萘,其效果就很显著。但萘的价格比汽油贵得多。

可充电碱性电池

1992年10月,加拿大电池技术国际公司推出一种合乎环保要求的“不含汞可充电碱性电池”。这种新产品上市后,广受用户欢迎。一般的单次使用的镍镉电池和碱性电池的设计,造成每年数以亿计的电池被弃置,而新式可充电碱性电池可以反复充电数百次,可提供比单次使用碱性电池超过50倍的服务时间,比单次使用的碳性电池则高出超过150倍。

可充电碱性电池比可充电的镍镉电池价钱便宜,符合环保要求(不含重金属镉和汞),没有记忆效应,还可使用太阳能配合充电。

矿石品位

矿石品位是矿石或产品中所含有用成分(元素或化合物)的百分含量。原矿品位的高低表示原矿的富贫程度,精矿品位的高低则反映某种回收成分,选入精矿中的富贫程度。矿石的最低工业品位和边界品位是重要的矿石工业指标,随国家经济政策、科学技术的进步、矿床地质条件及矿石需求程度而变化。最低工业品位是独立开采矿段有益组分平均含量的最低指标。边界品位是单个试样有益组分含量的最低指标,据此划分矿石和废石的界限。边界品位和最低工业品位是圈定和计算表内工业矿量(等于和大于最低工业品位的矿段为表内工业矿量)的主要指标。

矿产储量

经地质部门勘探,并被政府有关权威部门(中国为中央及省、市、自治区矿产储委会)审核批准的各类矿产资源的数量。是衡量其工业价值大小的主要标志,并作为国家计划和工业生产部门制定规划、计划和设计的重要依据。它直接影响采矿工业和有关加工工业的生产规模和空间布局。因地质勘探工作的程度和精度不同,所提供的矿产资源储量也有相应的等级划分。

目前世界各国尚无统一的矿产储量分级标准。欧美国家多采用三级制,如美国、加拿大等国划分为“证实”、“近似”、“可能”储量三级,美国称作“确定”、“推定”和“推测”储量。前苏联采用五级制(A1、A2、B、C1、C2)。中国根据地质部和全国矿产储量委员会所制定的标准,规定矿产储量分为四类五级:

第一类为开采储量——A级,探明程度最高,可作为企业编制生产计划的依据。

第二类是设计储量——B+C级,探明程度较高,可作为大中型矿山企业设计和建设投资的依据。

第三类为远景储量——D级,探明程度最低,仅作为进一步布置地质勘探工作和矿山远景规划的依据。

第四类是地质储量——不作探明储量级别,又称预测储量,是根据地质测量、成矿规律等预测的储量,仅作矿产普查设计之用。