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娄季初诗词文集

久客天涯已非客,也称黔岭是家乡。

 
 
 

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娄季初: 德国汉诺威大学热动研究所访问学者,主攻发电厂“定压”与“滑压”运行经济研究,成果及论文在德国应用和发表。历任技术员、工程师、总工程师、厂长、校长等职。中共党员,高级工程师,中国电机工程学会会员,德国工程师协会会员,省诗词楹联学会会员,“五一劳动奖章”获得者。诗词作品散见《中华诗词》和各省市、香港、纽约等诗词报刊。出版《一得斋诗词文集》一卷。

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再生能源在世界范围的应用  

2007-03-20 11:20:46|  分类: 科技论文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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再生能源在世界范围的应用

由于世界人口的增长和对生活质量要求的提高,能源需求与日俱增。2002年,全世界矿物性一次能源消耗量约为36.9亿亿千焦。其中,欧洲(含跨欧亚国家)占30%,北美占29%,中、南美占4%,近东地区占5%,非洲占3%,亚洲和太平洋地区(主要指澳大利亚和新西兰)占29%。2002年,整个矿物性一次能源消耗中,石油占40%,天然气占26%,煤占27%,核燃料铀占7%。它不仅不能再生,而且带来环境问题、重大自然灾害问题和影响可持续发展问题。因而利用再生能源,就自然而然地成为重大的课题。它不仅为各国政府所倡导,也为各种性质的科研机构所重视。

 

再生能源应用于发电和供热方面呈增长趋势,在生产动力燃料添加剂方面也有长足进展。在发电方面主要是水能、地热、生物物质和占分额很小的风能;在供热方面主要是固态生物物质,由于历史背景的原因,这方面的地域差距很大。但总的来说,在世界范围内,应用再生能源占能源需求的分额是很小的。

 

例如经济合作与发展国家(以下简称OECD国家)2002年的科研开发经费超过4700亿美元,比2001年增加3%,用于能源方面的经费占整个科研与开发经费的11%。在整个能源科研与开发经费中,美国占66%,德国和意大利分别占6%,瑞士占不到3%。

2001年,用于再生能源的科研与开发经费在下列国家明显增长:英国增长107%,匈牙利增长71%,意大利增长34%;下列国家则明显下降:丹麦下降49%,新西兰下降27%,德国下降19%。

在上述国家中,科研与开发经费用于光电占30%,用于生物物质占27%,用于风能占16%,用于地热占8%。

 

1.       再生能源发电

l       水电

2002年,全世界水电装机容量约692.3百万千瓦,其中起码43百万千瓦为小水电。从地区分析,亚太地区的可利用容量占220百万千瓦,美洲占260百万千瓦,欧洲占170百万千瓦,非洲占20百万千瓦。年发电量约2.62万亿千瓦小时。其中:北美24%,中、南美21%,欧洲30%,非洲3%,亚太地区保持在22%。这样,有一半的水电来自OECD国家。水力发电有明显的增长,2002年与前一年相比,增1.3%,其中如中国、越南、巴西、阿根廷和巴拉圭平均每年增长2.9%,而发达的工业国家(OECD国家)仅为0.4%,因为他们那里的价格低廉合算的水电开发已经接近枯竭。但加拿大例外,该国正在规划一座2.1百万千瓦的水电站。

 

l       风能

2002年全世界风能装机容量为32百万千瓦。比2001年增加新机7.111百万千瓦,相当22%。到2002年未的装机容量中,亚洲占6%,美洲占7%,欧洲占85%。德国、西班牙、美国、丹麦和印度的风力发电装机容量恰恰又占全世界的85%。而风力发电只占全世界发电装机的1%。

2002年,欧洲新装机6百万千瓦,增33.8%,从2003年1月到6月,欧洲(主要是德国、西班牙和丹麦)新装的风力发电设备有160万千瓦投产,占重要分额。美国2002年投产49.5万千瓦,与2001年的174.5万千瓦相比,明显下降。发展中国家(主要是中国和印度),新装机30.0万千瓦,增15%,只占全世界风能的7%。以每年平均满负荷运行1800到2500小时计,风能发电可达580到800亿千瓦小时/年,其中:OECD国家2002年的统计值为467亿千瓦小时/年,而德国就占194亿千瓦小时/年,分额可观。

l       地热

有商业运营价值的地热发电,只有在太平洋边缘的“火带”地区,即有活火山地区的国家才能实现。2002年,世界地热发电装机8.356百万千瓦,比2001年增长1.9%。新增设备主要安装于印度尼西亚(约20万千瓦)、墨西哥(20万千瓦)、肯尼亚(7.6万千瓦)和俄国(5.6万千瓦)。美洲(南、北、中)总装机容量3.387百万千瓦,亚洲为3.22百万千瓦,欧洲1.18百万千瓦。在欧盟15国中,意大利装机86.2万千瓦(2002年),占欧盟的98%。在2002年,意大利更新1万千瓦、2万千瓦、4万千瓦机组各2台,又安装2台2万千瓦和6万千瓦机组。发电量由2001年的4.376亿千瓦小时上升到2002年的4.662亿千瓦小时。全世界地热年发电量估计约5百亿千瓦小时。自1990年,年增长率为1.2%。2002年,OECD国家地热发电量为316亿千瓦小时。美国为142亿千瓦小时,居世界首位。其次是墨西哥,年发电量54亿千瓦小时和意大利,年发电量47亿千瓦小时。冰岛的地热发电量由1990年的3亿千瓦小时增长至2002年的14.3亿千瓦小时,年增长率达15.4%,居世界之冠。

l       光电

2002年,世界光电发电容量估计约194万千瓦。约占其自身总量240万千瓦的80%。

光电发电微乎其微,但其增长率极高。在OECD国家,1994年增长率为20%,2000年为40%。2002年,比前一年新增容量33.8万千瓦,85%为日本、德国和美国。2002,日本和德国的光电发电超常速发展,新增容量26.7万千瓦,且98%并网。整个OECD国家的光电发电并网率为74%。自1996年以后,在工业发达国家光电技术在计算器、太阳能照明和钟表诸方面的应用,也成倍增长。

在发展中国家,光电用于供水水泵和照明。2002年世界上有20000台光电电动水泵。2002年世界光电电池53.5万千瓦,增长率达33%。站在世界前列的依次是日本、美国、德国和西班牙。

l       太阳能发电

到2002年末,世界上有9座商业运营的太阳能电站,单机1.4到8万千瓦不等,总容量35.4万千瓦,于上个世纪80-90年代安装在美国加州,包括一些0.05至1万千瓦的塔式太阳能实验设备,于2002年发电共约4.20亿千瓦小时。全世界2001年可利用太阳能发电39.7万千瓦,共发电4.53亿千瓦小时。2002年,西班牙出台了一项太阳能发电优惠政策,因而将规划安装2座抛弧线型太阳能电站,聚光面积1.1百万平方米,容量5.0万千瓦,年发电量157百万千瓦小时。

l       固体生物物质能源

2002年,全世界有3200万千瓦生物能源发电站并网。其中,美国约700万千瓦,2002年约发电401亿千瓦小时。约占容量一半的生物能源电站在发展中国家,主要在巴西和菲律宾。最大的生物能源电站在芬兰的皮塔萨里,发电容量24万千瓦,供热容量55万千瓦,每年生产电能约13亿千瓦小时,供热6亿千瓦小时。

在OECD国家,2002年生物能源发电量846亿千瓦小时,估计发展中国家该类电站的运行情况与OECD国家相近,这样计算,则全世界2002年的生物能源发电量为1950亿千瓦小时。

人们经常把有机垃圾发电设备也归属于生物能源。在OECD国家,这类发电有670万千瓦,2002年度发电量324亿千瓦小时。在非OECD国家,尚无这方面的报道。

l       生物气体

发电用的生物气体来源于工农业的有机物质、副产品、污水处理和垃圾场等处所产生的瓦斯。2002年,在OECD国家安装了这方面的设备280万千瓦,比前一年增长8.8%,年发电量144亿千瓦小时。2002年欧盟就有4100座生物气体站,包括垃圾处理设备,有140万千瓦,年发电量78亿千瓦小时。其中英国占42%,德国占26%,意大利占8%。这里同样未考虑非OECD国家。

l       潮汐能源

在下列四个国家,目前安装潮汐电站27.14万千瓦:俄国0.04万千瓦,加拿大2万千瓦,中国1.1万千瓦,法国24万千瓦。2001年,潮汐发电量为6.44亿千瓦小时,仅法国就占5.40亿千瓦小时。1990年以后,潮汐发电的年均增长率为0.7%。

各种再生能源的装机容量和发电量如下表:

  发电容量[万千瓦] 年发电量[亿千瓦小时]
水力 69230 26160
风力 3200 580-800
地热 840 500
光电 190 15-23
太阳能 40 5
固体生物能源 3200 1950
有机垃圾 670 324
生物气体 280 144
潮汐发电 30 6
总计 77680 29684-29912

 

2.       再生能源供热

这里主要讨论太阳能、地热、生物能源以及通过热泵利用环境热。

l       太阳能

2002年初,全世界太阳能供热装置估计聚光面积约6-6.5千万平方米。下表是几个主要国家的装机情况:

 

国家/地区 聚光面积[万平方米]
中国 3200
欧盟 1320
日本 800
美国 500
以色列 300
澳大利亚 150
印度 50
埃及 50
全世界 > 6000-6500

由表中可以看出:中国装机,占世界的一半。2000年以后,每年装机约600万平方米。另外,肯尼亚、波茨瓦那、韩国、毛里求斯、尼泊尔、泰国和土耳其也安装了很可观的供热水的聚光面积。总的来说,世界上有3千万家庭应用太阳能。到2002年末,欧盟约装机1320万平方米聚光面积。以每平方米110-140

万千焦计,每年产生热量14到18万亿千焦。其中德国装机480万平方米,占36%,其次是希腊和奥地利,各有310和250万平方米聚光面积。如果用欧洲的标准估算世界的采热量,则全世界每年获得太阳能热量为66到91万亿千焦。

l       地热

估计,全世界每年利用地热供热的装机1720万千瓦,利用地热190万亿千焦。其中,欧洲占38%,亚洲占30%,北美占28%。在OECD国家,除法国和美国之外,冰岛、土耳其、波兰、匈牙利都直接利用地热。世界上最大的远程供热网就在冰岛。

l       热泵

目前,世界上安装有1.55亿台热泵,每年供热约5200万亿千焦,若按年平均工作系数3计算,则每年可利用再生能源3400万亿千焦。其中,每年约3000万亿千焦用于家庭供热(约8千万台热泵,每台容量3600万千焦/年),1450万亿千焦用于服务部门,750万亿千焦用于工业部门。2002年,在欧盟新安装热泵50500台,容量42万千瓦。到该年未,总容量达328万千瓦。在瑞典,共安装低温热泵176000台,热荷105万千瓦。每千瑞典人合327台。而在奥地利只有0.37台/千人,芬兰为0.28台/千人,法国为0.14台/千人。

近10年来,和地热联合运行的热泵,至少在30个国家发展迅速,年增长率达10%。美国和欧洲尤其令人注目,日本、土耳其也不容忽视。估计目前世界上有950万千瓦热泵和地热联合运行,年供热量52万亿千焦。

 

3.       生物能源--动力油添加产品

在世界范围内,不管是用酒精或是用植物油转化作为动力油添加济,都属于生物能源。酒精是从含糖和含淀粉的生物物质中生产的。它可直接作为动力燃料或混合在矿物燃料中提供市场。由于国家的能源政策,酒精的产量扩大。2001年,全球生产酒精约314亿升,其中,209亿升(439万亿千焦/年),即66%用于动力。2002年用于动力的酒精为255亿升,即相当于536万亿千焦/年。在这一领域,巴西、美国、西班牙、法国、瑞典和澳大利亚在世界上处于领先地位。

生物柴油可从各种植物油生产。在意大利和法国是混合在柴油中使用的,在德国则直接使用。2002年全世界生产生物柴油约18.5亿升,合61万亿千焦/年。其中欧盟生产13.2亿升。德国生产6.23亿升,在欧盟中领先;其次是法国(3.96亿升和意大利(2.49亿升)。

 

                  

                   娄季初*

根据《德国工程师信息报》和《燃料、热和动力》杂志编译

* 作者原系贵阳发电厂厂长,曾留学德国,在国内外发表过多篇专业论文和译文。现已退休。

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