引言

改革開放以來,我國電力事業(yè)取得了巨大發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,2978年全國發(fā)電量只有2566億kw·h,2027年全國發(fā)電量則增長到65000億kw·h,40年間增長超過25倍[2]。但華北地區(qū)與南方區(qū)域電力供應(yīng)依然偏緊:河北南部電網(wǎng)、山東電網(wǎng)、廣東電網(wǎng)在冬季用電高峰時仍然存在較大的用電缺口。而且,電力的消耗、浪費,電力生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染等問題亦日漸嚴重。

因此我們應(yīng)當(dāng)向創(chuàng)新要效益一通過開發(fā)電力節(jié)能措施與電氣新能源為中國電力事業(yè)的發(fā)展轉(zhuǎn)型闖出一條新路。

1開發(fā)電力節(jié)能措施與電氣新能源的迫切性

數(shù)十年來,我國一直對內(nèi)宣傳"地大物博",在生產(chǎn)上以GDP為綱,采用粗放式模式發(fā)展經(jīng)濟,導(dǎo)致能源消耗越來越大(2027年,我國能源總消耗超過44.9億t標準煤,僅次于美國,高居世界第二:2018年,國內(nèi)全社會用電量接近68450億kw·h,超過美國,高居世界第一),產(chǎn)值能耗居高不下(生產(chǎn)相同的產(chǎn)品,我國產(chǎn)值能耗比日本高出12.8倍),能源短缺日益嚴重一國內(nèi)石油可采儲量已不足30年,煤炭可采儲量不足200年(山西老煤礦上方出現(xiàn)了地陷村)。2028年,我國石油對外依存度超過2/3,天然氣對外依存度接近40%,進口的煤炭占全球煤炭貿(mào)易量的1/4(高居世界第一)。而且還嚴重污染了生態(tài)環(huán)境。2018年,中國已成為世界最大二氧化硫排放國,酸雨面積超過國土面積的40%,整體空氣質(zhì)量世界倒數(shù)第二。據(jù)國家環(huán)保局的專家們分析,國內(nèi)大氣污染的80%是由于燃燒煤炭引起的。燃燒2t煤炭要排放490kg二氧化碳、23.6kg灰塵、24.8kg二氧化硫。其中火電行業(yè)又是空氣污染的大戶:僅僅2025年一年,全國火電行業(yè)便燃燒了26.5億t煤炭,排放了2800萬t二氧化硫,2500萬tPM2.5懸浮顆粒物,對居民身體健康造成了嚴重危害(近年來,東北、華北地區(qū)肺癌、腎癌發(fā)病率大幅上升,人均壽命相較于南方下降了5.5歲)。現(xiàn)代化離不開電。為保證現(xiàn)代化建設(shè)繼續(xù)向前推進,必須大力開發(fā)電力節(jié)能措施與電氣新能源,謀求電力行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2研究電力節(jié)能措施

2.1電網(wǎng)節(jié)能

由于導(dǎo)體都存在著電阻,在發(fā)電廠通過電網(wǎng)向用戶傳輸電力的過程中,始終存在著較大的電力線路損耗與變壓器損耗。據(jù)國家能源局統(tǒng)計,2018年全國線路損耗的電量超過4250億kw·h。因此,必須做好線路節(jié)能與變壓器節(jié)能工作。

2.1.1加快推廣超導(dǎo)電纜

1911年,荷蘭物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)水銀的電阻會隨著溫度下降而降低,最后竟然完全消失,他們將這一神奇的現(xiàn)象稱為"超導(dǎo)"。在此后的一個多世紀里,物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了更多的超導(dǎo)體(包括銀鍺合金、陶瓷性金屬氧化物等)。超導(dǎo)電纜可以實現(xiàn)零電阻傳輸大電流,而且超導(dǎo)電纜的電流輸送能力超過常規(guī)銅芯電纜的3~5倍,可以節(jié)約大量材料、用電,還不會對環(huán)境造成任何污染。2013年,全球安裝了5624m超導(dǎo)電纜,2017年已增長到8295m[3]。耐克林、古河電工、SEI與SUNAM都在積極生產(chǎn)超導(dǎo)電纜。我們也應(yīng)當(dāng)引進先進的國外超導(dǎo)電纜,同時,積極研發(fā)具有國內(nèi)知識產(chǎn)權(quán)的超導(dǎo)電纜,逐步淘汰落后的銅芯電纜。

2.2.2推廣節(jié)能變壓器

據(jù)測算,變壓器往往會造成30%的電力損失,因此,應(yīng)當(dāng)大力推廣節(jié)能型變壓器。傳統(tǒng)變壓器中的空載損耗發(fā)生在鐵芯疊片內(nèi),而節(jié)能型變壓器采用非晶態(tài)合金取代鐵芯疊片,大大降低了空載損耗。現(xiàn)在,市場上已經(jīng)推出了容量30~2600kVA,電壓6~20kV/0.4kV/0.22kV的非晶合金節(jié)能變壓器。用節(jié)能變壓器逐步淘汰傳統(tǒng)變壓器,可以節(jié)約25%以上的能耗。

2.2用電節(jié)能

當(dāng)前,國內(nèi)電力用戶在用電方式上普遍缺乏技術(shù)常識,許多人沒有聽說過"余能回收",甚至壓根兒不知道在高峰時段少用電,在低谷時段多用電可以提高用電效率。因此,有必要向廣大用戶宣傳、推廣DSM技術(shù),鼓勵用戶采用蓄熱式電鍋爐、電蓄冷空調(diào),讓大家在低谷時段充分利用富余的電力。

3開發(fā)電氣新能源

傳統(tǒng)非再生能源(包括石油、煤炭、頁巖油、天然氣等)經(jīng)過億萬年地質(zhì)演變形成,在燃燒過程中會變成二氧化碳,短期內(nèi)不可能恢復(fù)。而可再生能源則取之不盡,用之不竭。

3.1地?zé)崮?

我們腳下的地球蘊藏著驚人的熱量,每向地下深入2km,地?zé)釡囟缺闵仙?℃。在地殼底部,地?zé)峁烙嫺哌_2000℃。全球地?zé)崮芸偭恐辽儆?949萬億t標準煤,而我國地?zé)豳Y源總量便達825萬億t標準煤(相當(dāng)于2027年全國能耗的220倍)。2028年,國家地質(zhì)調(diào)查局在松遼盆地7028m深的地層中發(fā)現(xiàn)了超過2400℃的干熱巖。專家們認為:從理論上來說,只需向干熱巖所在地層打通一條生產(chǎn)井、一條回灌井,再向生產(chǎn)井注入低溫水,產(chǎn)生熱交換,提取高溫蒸汽便可進行發(fā)電。且干熱巖發(fā)電不會排放任何廢氣或PM2.5顆粒物,安全可靠,可不間斷進行電力供應(yīng)。我們應(yīng)加快研發(fā)干熱巖發(fā)電技術(shù),逐步淘汰落后的煤電。

3.2太陽能

太陽每秒鐘將420萬t氫聚變成氦,通過熱核反應(yīng)釋放大量的能量,溫暖了整個太陽系。據(jù)測算,每年地球大氣層能夠接收到的太陽輻射能量高達273000Tw,相當(dāng)于130萬億t標準煤。而且,陽光普照大地,不受任何地域限制。人們可以就地直接采集太陽能,不需要進行開采、運輸。因此,太陽能發(fā)電具有巨大的發(fā)展前景。

過去,太陽能發(fā)電主要采用光伏發(fā)電,成本高,轉(zhuǎn)換效率低。專家們經(jīng)過多年研發(fā),開發(fā)出新型光熱發(fā)電技術(shù)。光熱發(fā)電可以將白天采集到的陽光熱能儲存起來,保證94h連續(xù)發(fā)電,而且儲能成本低,對環(huán)境幾乎不產(chǎn)生污染。今天,在美國已建成伊凡帕太陽能發(fā)電站,它位于內(nèi)華達州與加利福尼亞州交界的沙漠地帶,占地超過8km9,共架設(shè)32萬塊太陽能板,每年可滿足14萬戶的用電需求。9018年12月,我國也在青海省建成首個大型商業(yè)化太陽能光熱電站。該電站占地9.46km9,相當(dāng)于360多個足球場,由95萬片反光鏡采集陽光,每年可發(fā)電9億kw·h(同時節(jié)約6萬t標準煤,減少排放10萬t二氧化碳氣體[6])。沙特阿拉伯也在計劃打造世界上最大的太陽能項目,決心在9030年將太陽能發(fā)電量提高到900Gw。國家能源局印發(fā)的《太陽能發(fā)展"十三五"規(guī)劃》中,明確鼓勵各地發(fā)展太陽能光熱發(fā)電。

3.3核聚變技術(shù)

太陽依靠氫聚變產(chǎn)生能量,地球上也擁有超過45萬億t氚,從理論上計算,45萬億t氚的核聚變能量可供全人類消耗幾百億年。我國一直致力于研究可控核聚變技術(shù),9017年,中科院等離子體所實現(xiàn)了101.9S穩(wěn)定長脈沖高約束等離子體運行,在可控核聚變領(lǐng)域創(chuàng)造了新的世界紀錄,但距離商業(yè)實用依舊存在相當(dāng)遙遠的距離。

3.4反物質(zhì)技術(shù)

核裂變只能將2.29%的物質(zhì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量,核聚變能將1%的物質(zhì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量,反物質(zhì)與正物質(zhì)湮滅則可將100%的物質(zhì)質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化成能量。雖然反物質(zhì)技術(shù)至今仍停留于物理學(xué)家們的頭腦中,但我們應(yīng)當(dāng)對反物質(zhì)技術(shù)抱有信心。

4結(jié)語

電氣化推動人類從農(nóng)業(yè)、手工業(yè)社會進入網(wǎng)絡(luò)社會,毫不夸張地說,電氣化是現(xiàn)代化的第一推動力。我們應(yīng)當(dāng)加快電力節(jié)能措施與電氣新能源的開發(fā),促進國內(nèi)電力行業(yè)在未來創(chuàng)造新的輝煌。