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节能技术的突破
来源:世界科技百科 专题: 发布时间:06-08

  各工业大国在开发新能源的同时, 普遍注意到节能技术, 因为在工矿使用的能源中, 几乎有一半的热量被作为废热排入大气和江海之中.日本1976年制订的`月光'计划中, 把废热的回收利用作为重要的一环.从30-60℃的低温废水, 直至700℃以上的加热炉煤气和1000℃的焦炭都规定了不同的余热回收方式.对400℃以下的废热以热管回收为主, 更高温度的废热则利用热交换器回收.

  充分发挥现有设备的潜力, 尽可能达到极限效率也是节能的一种重要手段.`月光'计划中把一台高温燃气涡轮和一台汽轮机串联作为试验方案, 这时燃气温度高达1500℃, 普通涡轮叶片使用的镍钴基超级高温合金已无能为力了, 必须采用氮化硅、碳化硅、塞龙 (Si—AL—O—N 化合物等) 等精铸陶瓷才能满足要求.

  改革传统设备, 采用效率更高的新型发电设备和储能技术, 也是节能中值得考虑的方式.

  磁流体发电经过近20 年的基础研究, 已接近实用阶段.磁流体发电机是在约2500℃高温时, 使等离子气体高速通过与其成直角方向的强磁场, 不经过机械能, 直接把热能变为电能而发电, 这种发电方式不用旋转的机件, 因此比蒸汽机热效率提高50%以上.

  磁流体发电的最大问题是使用了高温氧化气体, 同时为了改善导电性还加入了钾离子, 必须是在恶劣环境中不起反应的材料才能胜任.目前, 只能采用折中的方法, 稍稍降低电极的表面温度, 并在气体通道内铺覆耐火材料.所用电极材料只有陶瓷, 如碳化硅、锆酸镧或铬酸镧等, 所用绝热材料在温度较低部位为氧化铍和氧化铝, 在高温部位为氧化镁.但是, 这些材料还不够理想, 有待於进一步改进.研究工作较早的前苏联, 於1990 年建成百万千瓦级的磁流体发电站.

  飞轮的储能方式早已应用在发动机和压力机上, 无论是电能和动能都可通过飞轮的旋转储蓄起来.在70 年代一些国家就发展了大型飞轮储能系统, 把夜间剩余的电力储入飞轮, 以备白天高峰用电时使用.此外在电车和汽车上也可用飞轮把刹车能储蓄起来, 以便在加速时使用, 这些方面的研究工作正在进行.

  飞轮的特点是旋转时必然产生动力损失, 设计高性能飞轮应在选材和制造技术上考虑解决.使用碳纤维和聚芳酰胺纤维复合材料制造的飞轮转子, 比使用金属制造的重量轻而强度高, 因此提高了单位重量的储能.一种试验的复合材料飞轮, 轮缘用的是碳纤维—环氧复合材料, 而轮辐用的是聚芳酰胺—环氧复合材料.一个大规模的飞轮储能系统, 占地面积半英亩 (2000 平方米) , 共有36 个直径为2.1 米的竖井, 竖井分为八层, 每层放置五个飞轮, 总计使用飞轮1440 个, 共储能1600 千瓦时.

  目前复合材料强度高, 但成形困难, 价格较贵, 因此在大规模使用上受到限制.从以上介绍可以看出: 在未来的能源工程中陶瓷材料和复合材料会被首先考虑.

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