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第19章 我国的节能成绩和潜力(2)

高压钠灯:GE公司生产的高压钠灯显色指数只有22,最大功率已达400瓦,最小功率35瓦;水银灯的显色指数在50以下,寿命为18000小时;奥斯兰·西凡尼亚公司生产的低压钠灯,光效每瓦达183流明,寿命为18000小时。

金属卤化物灯:这是目前高强度放电灯发展的产品,光效每瓦可达70流明以上,显色指数在65以上,如GE公司生产的一批低功率金属卤化物灯,功率有32瓦、50瓦、70瓦和100瓦的,寿命达到5000~15000小时,显色指数65以上,光效在每瓦70流明以上;高性能175瓦金卤灯,比标准金卤灯寿命提高50%,效率提高22%,显色指数达65,色温为3200K。

紧凑型金属卤化物灯:这是进一步改善金卤灯的性能,缩小其体积,出现的紧凑型金属卤化物灯,并把紧凑型卤化物灯作为灯芯制成PAR型灯,GE公司生产的70瓦和150瓦的紧凑型金卤灯,显色指数在80以上,寿命6000小时,光效每瓦70流明。小功率、紧凑型、高显色指数的金卤灯是目前世界上高强度放电灯的发展焦点。

新产品层出不穷

除前面介绍的灯具外,还有一些特殊的、高水平的新产品。

长寿命白炽灯:美国Litrfronics公司生产的一种寿命为20000小时的“超级服务”的白炽灯,工作电压为220伏或120伏,寿命是普通白炽灯的26倍,该灯在寿命的最后6000小时里,光输出只减少7%,该灯功率有35瓦、50瓦、68瓦、75瓦、90瓦、150瓦等多种。这种灯对于那些更换不便,无人看守的公共场所和同时点亮多级灯,而且要求失效率很低的地方无疑是很有吸引力的。

无极感应荧光灯:菲利浦推出低功率无极灯,功率为55瓦,光效每瓦65流明,寿命60000小时,显色指数在80以上。

新型长寿灯泡:美国通用电气公司和菲利浦公司等家电厂商,近年来推出省电长寿灯泡,这种灯泡功率只有18瓦。

一般的灯泡,75%的能量是通过红外线散发的。新的节能灯是将这部分能量更有效地转换成可见光。

卤素灯是由两部分组成:外部是一个普通玻璃灯泡,里面装有一个带灯丝和卤素气体的石英灯泡。卤素气体消除了高温下灯丝的蒸发,使得灯泡能在更高的温度下工作(因而效率更高),同时使得灯泡的寿命更长。石英灯内表面涂了一种涂料,它只允许可见光射出,而将红外线反射到灯丝上。

这种灯可重复利用其本身产生的热量,因而可在其寿命期内节约相当于普通灯60%的能量费用。另外,这种新型的60瓦红外卤素灯相当于标准的90瓦卤素灯或普通150瓦PAR(抛物线状铅反射器)泛光灯的亮度。

美国加州因特索斯技术公司宣布发明了一种民用感应灯泡,它既不用灯丝,也不用电极。它的正常使用寿命可长达14年,并且耗电量仅为普通灯泡的。

新型节能卤素灯:在纽约州斯克内克塔迪的通用电气研究开发中心,以及克利夫兰的通用电气光源公司的研究人员,通过循环利用卤素灯产生的热量,使卤素灯的效率提高了33%。

电磁波激活的电子灯泡:美国推出了一种高效照明技术,它采用高频无线电信号而不是灯丝发光。这种快速震荡的无线电波激活密封在球体里的一种混合气体,这种气体释放出可见光谱以外的光。当这种光撞击到灯泡的玻璃壳内表面上的磷涂层时,磷放出可见光。

节电的冷光灯泡:美国已研制出一种新型的节电冷光灯泡。这种灯泡的玻璃表面镀有一层银膜,银膜上面又镀有一层二氧化钛膜。这两层膜结合在一起,可把红外线反射回去加热钨丝,而只让可见光透过,从而大大节约热能。

这种节能冷光灯泡能节约一般灯泡以热辐射形式消散周围的90%电能,用这种100瓦节电冷光灯泡,其耗电量只相当于40瓦普通灯泡。

对于节能,寻求高效节能灯具固然重要,但要使节能灯具为更多用户所接受,政府部门的作用是不可忽视的。实际上,世界各国政府的有关部门都高度重视照明节能。如美国、欧共体、荷兰、法国、德国、印度等国家,有的推行“绿色照明”计划;有的让银行提供专项优惠贷款;有的折价优惠出售乃至免费赠送节能灯;有的投资进行照明改造等等,均取得了一定效果。

我国的照明节能也大有潜力可挖,并提出了一些措施:

大力推广使用荧光灯,稀土三基色紧凑型荧光灯,已生产出适合家用的H、双H、O、D、双D、SL型等多种产品,这种灯与照度相同的管型荧光灯相比约节电27%,与白炽灯相比,可节电70%。高压钠灯(适合城市道路用),镝灯、钪钠灯、中显色钠灯和高显色钠灯,适合于工厂车间、体育场馆和建筑工地使用。

推广光电节能开关、延时开关、调光节电器,生产智能电力定量器和饭店客房使用的钥匙开关。

加强照明节电宣传和照明用电管理工作。取消灯泡制、包费制。对新建、改建、扩建的照明用电设备,要从设计抓起,选用照明节电新产品。

充分利用自然光照明,室内顶棚、墙壁的装修要选用反射率高的装饰材料。

对生产照明节电设备的厂家要加强管理,防止低劣产品进入市场,对生产优质照明设备的厂家要给予优惠,奖优罚劣,促进照明节电器具的发展。

我国有关部门正在加紧制定一项政策,以全面推广应用节能灯。

按每户仅用一只节能灯计,全国4亿支节能灯就可节省2000万千瓦电力,投资只需120亿元;而要建2000万千瓦的电力,却需要投资500亿元。

有“照明新光源”之称的稀土紧凑型荧光灯(节能灯)是一种高科技产品,它可比普通白炽灯发光效率提高6倍。专家们说,我国如全面推广采用节能灯,不但可节约大量的电力,同时每年还可节约数千万吨煤,并减少污染,有利于环境保护。

此外,对路灯也可采取节电办法。如在路灯用电上限期消灭用电不计量;用微机路灯控制仪代替光控开关,节约路灯用电;用单灯补偿来提高路灯的功率因数以达到节电的目的;采用半夜照明以节约电力(在后半夜人车稀少时熄灭部分路灯,也可采用调压或串联电抗器的办法,都可节电24%左右);推广高压钠灯,逐步消灭大功率高压汞灯,严格限制自镇流高压汞灯的使用,等等。

在照明节能方面,我国还研制了一种可使废旧日光灯管(除漏气外)重新发光的新型节能电子产品——“星星牌”DZ系列日光灯高效节能电子镇流器,取代了传统铁芯电感镇流器,无需启辉和电容器补偿,在100伏低压、高低温环境下快速启动。

测试结果表明:使用同功率的灯管,该镇流器节电30%~50%,亮度提高20%,连续工作10000小时无温升,灯管上工作时无频闪,无蜂鸣,荧光粉不脱落,寿命成倍增长,且对无线电、微机、电视信号无任何干扰。

该电子镇流器最大特点是:可使废旧灯管重新发光,填补国内电子镇流器的一项空白,灯管灯丝(一端或两端)烧坏的废旧灯管使用DZ系列电子镇流器,能达到与新灯管同样亮度,亮度降低时,调换灯管位置,直至灯管漏气不能使用为止。

它具有高可靠、强过载、低温升、长寿命、体积小、重量轻等优点,可为我国低压用电区照明带来欢乐,为节电、节资做贡献,是具有较好发展前景的新光源节能电子产品。

抽水蓄能发电

抽水蓄能电站指的是利用有利地形,在原来水力发电站的水库的上方建设一个上水库,在电能多余的时候将下水库的水抽到上水库储存起来,到需要电能时再放水发电。抽水蓄能电站的耗电量与发电量之比为4∶3,从表面看似乎得不偿失,但实际上这是一种有效的节能措施。因为,社会生产和生活规律决定了用电量在一天24小时内是不均衡的,当工厂开足马力生产时,用电量达到峰值;当工厂停开,人们休息时,用电量达到低谷。电力系统就要调峰来解决这种电力盈缺现象。要调峰必须增加费用:一是增加设备后备容量,这要投资,计算表明,抽水蓄能发电要比烧煤发电作为补充电源更为经济。全世界普遍重视发展抽水蓄能发电,1980年全世界抽水蓄能发电站总装机容量达7500万千瓦,比1965年翻了一番,目前正以每年500万千瓦速度增长着。

我国近些年来才开始考虑抽水蓄能发电,我国第一座农村抽水蓄能电站,在湖南省慈利县境内建成,已通过国家鉴定。

最近正在拟建的抽水蓄能电站有广州、十三陵、天荒坪等,还召开了“抽水蓄能电站技术讨论会”,国家也正在加大对抽水蓄能电站的投资,并开展相应的科研工作。

潘家口抽水蓄能电站最后一台机组已于1992年12月8日试运完毕,移交生产。潘家口抽水蓄能电站位于河北省迁西县境内滦河干流上。建有上下两个水库,上水库即潘家口水库,为多年调节水库,以供水为主,兼顾发电,总库容29.3亿立方米,正常蓄水位222米,死水位180米,最大水头85.7米,最小水头36米。主坝为混凝土宽缝重力坝,坝高107.5米。下水库总库容3168立方米,为日调节水库,水位变化幅度为4.6米。下库坝为混凝土重力坝,坝高28.5米。电站总装机容量为42万千瓦。电站的运行方式,考虑常规水轮发电机组在下游用水时发电,年利用小时数约1580小时。而3台抽水蓄能机组在每年4~6月的集中用水期,只发电不抽水,采取与常规水轮发电机组同样的运行方式;其余月份则按日调节抽水蓄能方式运行。年发电利用小时数约1300小时。

这一工程完成后,潘家口水库平均每年将引滦河水19.5亿立方米,供应天津、唐山等城市生活和工农业用水的要求;在洪水期还有削减洪峰的作用。电站年发电量5.9亿千瓦时左右,承担京津唐电网的调峰、调相任务。

正在发展中的储能技术

压缩空气储能技术

高峰用电时,发电不足,但高峰过后,发电又过多。若能将高峰过后多余的电能储存起来,待到高峰用电时再使用,即可降低电厂设备投资及发电成本。

美国在亚拉巴马州的麦克英托什建成了美国第一座压缩空气蓄能电站。该电站投资6500万美元,功率为10万千瓦。

这座电站在工作过程中,在非用电高峰期把空气压缩进入57万立方米的地下岩洞;而在用电高峰时,在压缩空气中加入气体或液体燃料,经过燃烧器产生的燃气用来驱动汽轮机发电。该电站的运行时间,平均每天10小时,周末为35小时。在平时高峰用电期内,每天可提供100万千瓦时的电力。

储存压缩空气的地下岩洞是泵入淡水使岩盐层溶解后形成的。

高温超导储能飞轮研究取得新进展

日本的国际超导技术中心高级研究员村上说:“当非超导元素分散在一种超导材料里时,它们就‘钉住’磁体的磁通量。”这就是说,磁体能悬浮在这个超导体上面。此外,由于这两层之间有空气,所以磁体能自由旋转。这些特性有朝一日可使人们制造带有接近于无摩擦轴承的装置。村上和他的同事们认为,一种理想的应用场合可能是储能系统。他们已研制出一种原型装置,来显示这种想法的可行性。这个原型装置包括一个30公斤重的盘形旋转体,是用铝中嵌入铁-钕-硼磁体制成,在一个静止超导盘上方0.76厘米处飘浮。这个静止超导圆盘装有33个以钇为基础的庞大超导体,由液氮冷却。这两个圆盘的直径都是0.3米左右。

研究人员用一台小型电动机使这个磁体旋转。为了收回能量,他们把旋转的圆盘同一个由一台小型发电机和灯光组成装置连接,类似自行车灯所用的那种装置。飞轮储存约100瓦时能量。

在美国,阿贡国立实验所和设在康涅狄格州东哈特福德的联合技术研究中心的研究人员一直在真空里共同试验一种类似装置。他们报告说,一种超导磁性轴承的摩擦力大约只是目前最好的磁性轴承的二十五分之一。这些科学家声称,装有这种轴承的飞轮每小时损失的能量,将不到它储存能量1‰。这两个研究小组都认为,这样一种系统可用做应急电源。在正常情况下,利用电来使飞轮旋转和用液氮冷却。如果供电中断,则储存在飞轮里的能量就可驱动发电机。据村上的研究小组计算,一个直径3米的圆盘可储存10千瓦时能量。

从更大规模来说,这样一种飞轮可能帮助供电公司平衡它们的电力需求。在用电量较少的时候,飞轮可把能量储存起来,然后再发电来满足用电高峰时的需要。研究人员认为,这样一套系统可由安装在地下隧道中的巨大环形装置组成。

日本东北电力公司和日立制作所研制成功用超导的能源贮藏装置。这是世界上首次采用“热函保护方式”的装置,作为万一超导状态破坏的情况下的安全对策。装置用液氦使线圈冷却到-269℃,呈超导状态。它在1千安培的电流通过的情况下,可蓄存100瓦灯泡使用约3小时的电能。

美国正在准备建造一种巨型超导贮电装置,该装置造价10亿美元,外形像汽车轮胎,可贮电500万千瓦时。如果该装置能够建成,就可将夜间剩余电能贮存起来,到白天用电高峰时,向电网供电。

巨型超导贮电装置实际上是一块巨大的电磁铁,因此又称这种贮电方法为超导磁铁贮电法(SMES)。它的一个优点是可提供脉冲电能,可以在0.3秒的瞬间脉冲放电,普通发电机却需要15分钟;它的另一个优点是损耗较少,与其他贮能方法比较,抽水蓄能法只能回收70%电能。而SMES则可收回98%的电能。

此外,这种超导磁铁电能贮存法没有活动部件,所以十分安全可靠。

高温超导材料

高温超导研究的接力棒越来越接近终点

任何良导体,在常温下它的电阻都不是等于零的,因此当金属导线通过大电流时,都会产生欧姆热。通常高压输电线损失就要达到8%左右,而且由于导线发生欧姆热,就限制了电机的功率。人类利用导体在温度相当低的时候,如在-269℃的液氦温度时,它的电阻几乎降到零,要是能将温度降在-273℃绝对温度时,可以说所有金属的电阻都等于零,这时就会出现许多奇妙的超导现象。那时,大电流通过导线时,就会通行无阻,而没有任何发热损失,这是求之不得的。

人类最早于1911年在水银上观察到超导现象,从那时起,发现了6000多种的元素、合金和化合物有超导性。科学家研究发现,在液氮温度时(77K)发生超导的陶瓷材料,这改变了过去认为只有金属才有导电性的旧观念。后来又发现了钇钡铜氧化合物,超导转变温度高达93K;铊钡钙铜氧化物,转变温度为125K。我国的高温超导研究已经步入世界先进行列。

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