引言

改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)電力事業(yè)取得了巨大發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),2978年全國(guó)發(fā)電量只有2566億kw·h,2027年全國(guó)發(fā)電量則增長(zhǎng)到65000億kw·h,40年間增長(zhǎng)超過(guò)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(shí)仍然存在較大的用電缺口。而且,電力的消耗、浪費(fèi),電力生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染等問(wèn)題亦日漸嚴(yán)重。

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

1開(kāi)發(fā)電力節(jié)能措施與電氣新能源的迫切性

數(shù)十年來(lái),我國(guó)一直對(duì)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(jì),導(dǎo)致能源消耗越來(lái)越大(2027年,我國(guó)能源總消耗超過(guò)44.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤,僅次于美國(guó),高居世界第二:2018年,國(guó)內(nèi)全社會(huì)用電量接近68450億kw·h,超過(guò)美國(guó),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(guó)產(chǎn)值能耗比日本高出12.8倍),能源短缺日益嚴(yán)重一國(guó)內(nèi)石油可采儲(chǔ)量已不足30年,煤炭可采儲(chǔ)量不足200年(山西老煤礦上方出現(xiàn)了地陷村)。2028年,我國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)2/3,天然氣對(duì)外依存度接近40%,進(jìn)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(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境。2018年,中國(guó)已成為世界最大二氧化硫排放國(guó),酸雨面積超過(guò)國(guó)土面積的40%,整體空氣質(zhì)量世界倒數(shù)第二。據(jù)國(guó)家環(huán)保局的專家們分析,國(guó)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(guó)火電行業(yè)便燃燒了26.5億t煤炭,排放了2800萬(wàn)t二氧化硫,2500萬(wàn)tPM2.5懸浮顆粒物,對(duì)居民身體健康造成了嚴(yán)重危害(近年來(lái),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)?，F(xiàn)代化離不開(kāi)電。為保證現(xiàn)代化建設(shè)繼續(xù)向前推進(jìn),必須大力開(kāi)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(guò)電網(wǎng)向用戶傳輸電力的過(guò)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(guó)家能源局統(tǒng)計(jì),2018年全國(guó)線路損耗的電量超過(guò)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(huì)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(gè)多世紀(jì)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(shí)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(guò)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(huì)對(duì)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(zhǎng)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(jìn)先進(jìn)的國(guó)外超導(dǎo)電纜,同時(shí),積極研發(fā)具有國(guó)內(nèi)知識(shí)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(cè)算,變壓器往往會(huì)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(chǎng)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(guó)內(nèi)電力用戶在用電方式上普遍缺乏技術(shù)常識(shí),許多人沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)"余能回收",甚至壓根兒不知道在高峰時(shí)段少用電,在低谷時(shí)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(lì)用戶采用蓄熱式電鍋爐、電蓄冷空調(diào),讓大家在低谷時(shí)段充分利用富余的電力。

3開(kāi)發(fā)電氣新能源

傳統(tǒng)非再生能源(包括石油、煤炭、頁(yè)巖油、天然氣等)經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年地質(zhì)演變形成,在燃燒過(guò)程中會(huì)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(yùn)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?jì)高達(dá)2000℃。全球地?zé)崮芸偭恐辽儆?949萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤,而我國(guó)地?zé)豳Y源總量便達(dá)825萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤(相當(dāng)于2027年全國(guó)能耗的220倍)。2028年,國(guó)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(guò)2400℃的干熱巖。專家們認(rèn)為:從理論上來(lái)說(shuō),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(jìn)行發(fā)電。且干熱巖發(fā)電不會(huì)排放任何廢氣或PM2.5顆粒物,安全可靠,可不間斷進(jìn)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(yáng)能

太陽(yáng)每秒鐘將420萬(wàn)t氫聚變成氦,通過(guò)熱核反應(yīng)釋放大量的能量,溫暖了整個(gè)太陽(yáng)系。據(jù)測(cè)算,每年地球大氣層能夠接收到的太陽(yáng)輻射能量高達(dá)273000Tw,相當(dāng)于130萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤。而且,陽(yáng)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(yáng)能,不需要進(jìn)行開(kāi)采、運(yùn)輸。因此,太陽(yáng)能發(fā)電具有巨大的發(fā)展前景。

過(guò)去,太陽(yáng)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(guò)多年研發(fā),開(kāi)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(yáng)光熱能儲(chǔ)存起來(lái),保證94h連續(xù)發(fā)電,而且儲(chǔ)能成本低,對(duì)環(huán)境幾乎不產(chǎn)生污染。今天,在美國(guó)已建成伊凡帕太陽(yáng)能發(fā)電站,它位于內(nèi)華達(dá)州與加利福尼亞州交界的沙漠地帶,占地超過(guò)8km9,共架設(shè)32萬(wàn)塊太陽(yáng)能板,每年可滿足14萬(wàn)戶的用電需求。9018年12月,我國(guó)也在青海省建成首個(gè)大型商業(yè)化太陽(yáng)能光熱電站。該電站占地9.46km9,相當(dāng)于360多個(gè)足球場(chǎng),由95萬(wàn)片反光鏡采集陽(yáng)光,每年可發(fā)電9億kw·h(同時(shí)節(jié)約6萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,減少排放10萬(wàn)t二氧化碳?xì)怏w[6])。沙特阿拉伯也在計(jì)劃打造世界上最大的太陽(yáng)能項(xiàng)目,決心在9030年將太陽(yáng)能發(fā)電量提高到900Gw。國(guó)家能源局印發(fā)的《太陽(yáng)能發(fā)展"十三五"規(guī)劃》中,明確鼓勵(lì)各地發(fā)展太陽(yáng)能光熱發(fā)電。

3.3核聚變技術(shù)

太陽(yáng)依靠氫聚變產(chǎn)生能量,地球上也擁有超過(guò)45萬(wàn)億t氚,從理論上計(jì)算,45萬(wàn)億t氚的核聚變能量可供全人類消耗幾百億年。我國(guó)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(shí)現(xiàn)了101.9S穩(wěn)定長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行,在可控核聚變領(lǐng)域創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,但距離商業(yè)實(shí)用依舊存在相當(dāng)遙遠(yuǎn)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(duì)反物質(zhì)技術(shù)抱有信心。

4結(jié)語(yǔ)

電氣化推動(dòng)人類從農(nóng)業(yè)、手工業(yè)社會(huì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)社會(huì),毫不夸張地說(shuō),電氣化是現(xiàn)代化的第一推動(dòng)力。我們應(yīng)當(dāng)加快電力節(jié)能措施與電氣新能源的開(kāi)發(fā),促進(jìn)國(guó)內(nèi)電力行業(yè)在未來(lái)創(chuàng)造新的輝煌。