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清洁能源与自然

能源是一切生命生存的基础,植物需要吸收光能,动物需要摄入食物的化学能。人类由于发现并利用了煤炭而步入现代化社会,在某种意义上讲,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。所谓优质能源就是指能量密度高、易获得、可控制的能源。

按照是否可再生、利用方式、开发周期等能源可以划分为多种类型。现如今温室效应的环境压力下,发展清洁能源已成为全球社会的共识。点击下图,让我们一起了解各种清洁能源吧!

1) 风能是什么?

是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量,属于可再生能源(包括水能,生物能等)。空气流具有的动能称风能。空气流速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力。

2) 全球风能总量有多大,在中国风力资源主要分布在哪里呢?

全球的风能约为2.74万亿千瓦,其中可利用的风能为200亿千瓦(目前全球风电装机约3.2亿千瓦),比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦,其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。

中国近海风能资源约为陆地的3倍,中国可开发风能资源总量约为10亿千瓦。东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区,新疆北部、内蒙古 、甘肃北部也是中国风能资源丰富的地区。黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好。

青藏高原随风速大,但海拔高、空气密度小,所以有效风能密度也较低。云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江为风能资源贫乏地区。其中青海、甘肃、新疆和内蒙可开发的风能储量分别为1143万千瓦、2421万千瓦、3433万千瓦和6178万千瓦,是中国大陆风能储备最丰富的地区。

风能是一种干净的自然能源,不会像常规能源(如煤电,油电)那样造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机,每年可以减排2000吨二氧化碳(相当于种植1平方英里的树木)、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。风能产生1兆瓦小时的电量可以减少0.8~0.9吨的温室气体,相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜力。

3) 风能的利用

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式,其中又以风力发电为主。以风能作动力,就是利用风来直接带动各种机械装置,如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是:投资少、工效高、经济耐用。

4) 何谓风力发电?风力发电的基本工作原理是什么?

众所周知,风是空气流动的结果,它是由地球自转和太阳辐射共同作用形成的。以风力为动力做功,驱动发电机旋转(风能转换为机械能),产生能量(机械能转换为电能),这种发电方式叫做风力发电。

5) 发展风力发电具有什么优势?

风电技术日趋成熟,产品质量可靠,可用率已达95%以上,已是一种安全可靠的能源,风力发电的经济性日益提高,发电成本已接近煤电,低于油电与核电,若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资,则风电经济性将优于煤电。风力发电场建设工期短,单台机组安装仅需几周,从土建、安装到投产,只需半年至一年时间,是煤电、核电无可比拟的。

投资规模灵活,有多少钱装多少机。对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说,可作为解决生产和生活能源的一种有效途径。

6) 什么是风电场?

风力发电场(简称风电场),是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地,按照地形和主风向排成阵列,组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上,故形象地称为“风力田”。风力发电场于20世纪80年代初在美国的加利福尼亚州兴起,现在被全世界大力发展风电的各个国家广泛采用。

1)什么是原子能?

原子是由质子、中子和电子组成。 原子的核心部分称为原子核,由质子和中子构成。原子能即原子核能,是核结构发生变化时放出的能量。
例如,核电站所用的核燃料中有效成分是铀235,如果能让1千克铀235的原子核全部分裂成碎片(裂变),则它可以释放出相当于2700吨标准煤完全燃烧所放出的能量。

2)什么是核电站?

核电站是利用核能来大规模生产电力的发电站。它与我们常见的火力发电厂一样,都用蒸汽推动汽轮机旋转,带动发电机发电。它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电站依靠燃烧化石燃料(煤、石油或天然气)释放的化学能制造蒸汽,核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽。

请进入核电博物馆,走进核科学的世界吧!

1) 太阳能是什么?

一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般用作发电。太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能,其中约二十亿分之一到达地球大气层,是地球上光和热的源泉自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,但在化石燃料减少下,才有意把太阳能进一步发展。

太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。

2) 我国太阳能资源分布

在我国,西藏西部太阳能资源最丰富,最高达每平方米2333千瓦时(日辐射量每平方米6.4千瓦时),居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。根据各地接受太阳总辐射量的多少,可将全国划分为五类地区。

3) 太阳能的利用

(1) 光与热的转换。如太阳能热水器、太阳能灶、太阳能热发电系统等。

(2) 光与电的转换,如太阳能电池板、太阳能车、船等。

太阳能清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的热能、电能、化学能,能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料,是一种环保、安全、无污染的新型能源。目前开展的对太阳能综合利用的全生命评估(LCA)结果显示,以往的太阳能光电转换的利用方式,由于依赖太阳能电池板这一生产过程中高污染、高耗能的材料,因此利用成本和环境代价都较高。目前研究的热电在太阳能热利用方向上。

4) 光热发电是什么?

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术,避免了昂贵的硅晶光电转换工艺,可以大大降低太阳能发电的成本。而且,这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势,即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中,在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。

5) 什么是光热电站?

这种发电站就是先将太阳能转变成热能,然后再通过机械能装置转变成电能。热能充当了从太阳能到电能的“中介人”。太阳能热电站的能量转换它与分布式聚光器的主要区别是吸热装置不同。电站有一个高塔,塔顶上装有锅炉(中心接收器),塔的周围装有平面反射镜(定日镜),它把阳光反射后集中在锅炉上,把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道一部分输送到汽轮发电机,一部分输送到储热器把热能储存起来,以备无阳光时使用。目前美国、日本等国已建成少量太阳能发电站。我国也已开展了大量的研究与试验工作,特别是在分布式和塔式太阳能发电站方面,已取得可喜的进展。

6) 光热发电的原理

太阳能光热发电的原理是,通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置,利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体),再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。太阳能热发电在早上6点钟以前即可供应能量,之后可持续供应能量到24点,这是光伏发电所不能达到的。

7) 光热发电的优势在哪里?

从技术角度上看,光热发电有其独到的三大优势。一是上网功率平稳,时间长。考虑云遮情况,目前蓄热时间10小时左右,而光伏却没有蓄电系统。二是余热综合利用,这是其他新能源所没有的特性。这个特性可使光热发电与常规能源实现互补,实现减煤目标,达到节能减排效果。三是优异的环境特性。光热发电每千千瓦时电量排出二氧化碳仅有12千克,光伏发电是110千克,天然气发电为435千克,煤电为900千克。

8) 光伏发电是什么?

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

9) 什么是光伏电站?

光伏电站是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。

10) 光伏发电的原理是什么呢?

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件。光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。

11) 光伏发电优点有哪些?

(1) 太阳能取之不尽,用之不竭,地球表面接受的太阳辐射能,足够满足目前全球能源需求的1万倍。只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统,所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠,不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击;

(2) 太阳能随处可处,可就近供电,不必长距离输送,避免了长距离输电线路的损失;

(3) 太阳能不用燃料,运行成本很低;

(4) 太阳能发电没有运动部件,不易用损坏,维护简单,特别适合于无人值守情况下使用;

(5) 太阳能发电不会产生任何废弃物,没有污染、噪声等公害,对环境无不良影响,是理想的清洁能源;

(6) 太阳能发电系统建设周期短,方便灵活,而且可以根据负荷的增减,任意添加或减少太阳能方阵容量,避免浪费。

12) 居民太阳能发电优势众多,多在哪?

目前,我国能源产业结构主要以火电为主,每年向大气中排放大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物。而我国太阳能资源却很丰富。数据显示,太阳能发电资源能达到2.1万亿千瓦,只需开发1%即达到210亿千瓦,这在国家节能减排事业中发挥重要作用。

一是能量投入产出比高。从新建电站所消耗能量与电站运行周期内的发电量之比看,太阳能发电可达10~15倍,在光照良好的地区可达到15~20倍,这么巨大的能量产出与其他能源相比有很大优势。

二是从电站建设成本看,随着太阳能发电的大规模应用和推广,尤其是晶体硅产业和光伏发电技术的日趋成熟,建筑房顶、外墙等平台的复合开发利用,每千瓦太阳能发电建设成本在近几年内可能降至7000元~10000元,相比其他可再生能源具有同样经济优势。

三是碳排放量最少。从目前各种发电方式的碳排放量来看,煤电为275克,油发电为20克,天然气发电为181克,风力发电为204克,而太阳能发电则接近零排放。如果安装90平方米的太阳能发电设备,日发电量最高可达到18度,年发电量平均达到5000度,相当于节省约1900公斤标准煤,减排二氧化碳6吨。
四是转换环节最少最直接。太阳能发电直接将太阳辐射能转换为电能,对太阳能的转换环节较少、利用也最为直接。

13) 我的屋顶想装太阳能发电,系统包括些什么?

太阳能光伏发电系统主要是由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等设备组成,其各部分设备的作用是:

(1)太阳能电池方阵。太阳电池方阵由太阳电池组合板和方阵支架组成。因为单个太阳电池的电压一般比较低,所以通常都要把它们串、并联构成有实用价值的太阳电池板,作为一个应用单元,然后根据供电要求,再由多个应用单元的串、并联组成太阳能电池方阵。太阳能电池板(某些半导体材料,主要是多晶硅、单晶硅以及非晶硅,经过一定工艺组装起来)是太阳能光伏系统中的最主要组成部分,也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板在有光照情况下,电池吸收光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光电效应”。在光电效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,它是能量转换的器件。

(2)蓄电池组。其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。在太阳能并网发电系统中,可不加蓄电池组。

(3)控制器。对电能进行调节和控制的装置。

(4)逆变器。是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电转换成交流电的设备,是光伏并网发电系统的关键部件。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,当负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。

1) 海洋能源是什么?

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。海洋能的表现形式多种多样,通常包括:潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等。

2) 潮汐能

潮汐能是从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。潮汐能包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量,潮水在涨落中蕴藏着巨大能量,这种能量是永恒的、无污染的能量。潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。

3) 波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能,是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的。

4) 温差能

温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收,使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多,其海域的表层温度可达25~28℃,波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围,其海面水温可达35℃。而在海洋深处50O~1000米处海水温度却只有3~6℃。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。在大部分热带和亚热带海区,表层水温和1000米深处的水温相差20℃以上,这是热能转换所需的最小温差。

5) 盐差能

盐差能是以化学能形态出现的海洋能。地球上的水分为两大类:淡水和咸水。全世界水的总储量为152.6立方千米,其中97.2%为分布在大洋和浅海中的咸水。在陆地水中,2.15%为位于两极的冰盖和高山的冰川中的储水,余下的0.65%才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐,1立方千米的海水里即含有3600万吨食盐。在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差(相当于240米的水头)。

6) 海流能

海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于节能环保潮汐导致的有规律的海水流动。其中一种是海水环流,是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域。海水流动会产生巨大能量。

1) 生物质能是什么?

生物质是指由光合作用而产生的各种有机体,光合作用利用空气中的二氧化碳和土壤中的水,将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气。在各种可再生能源中,生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物中的一种能量形式,是以生物质为载体的能量,是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规固态、液态和气态燃料。

生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴、农林作物、尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林产品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等(中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面)。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。

2) 生物质能的利用

生物质能是一种清洁优质的可再生能源,有着广泛的用途。

(1) 农作物秸秆是能源

农作物秸秆是农业生产的副产品,也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。

据统计,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%~20%左右。采用秸秆气化技术,通过对秸秆不完全燃烧或干馏,获得可燃气作燃料。或将秸秆通过生物发酵产生沼气作燃料。这些生物质能转化技术可提高能源利用2~4倍,因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

(2) 垃圾发电

垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理。其中:一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。

(3) 沼气

沼气发酵又叫厌氧消化,是指利用人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下,被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化,最终产生沼气的过程。在这个过程中,微生物是最活跃的因素,它们把各种固体或是溶解状态的复杂有机物,按照各自的营养需要,进行分解转化,最终生成沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧,因为这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气,它的主要成分是甲烷占55%~70%左右,二氧化碳占25%~40%左右,此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。

(4) 新能源“生物柴油”

“生物柴油”是一种石油替代品。众所周知,普通柴油是从石油中提炼的,而“生物柴油”则可从动物、植物的脂肪中提取,在美国,目前主要从大豆中提取。这是因为美国的大豆产量很高,价格也便宜。此外,用“生物柴油”作汽车燃料对环保也有积极意义——排放的废气所含的二氧化碳远没有用普通柴油那么多,而二氧化碳正是加剧温室效应的罪魁祸首。美国康奈尔大学的生态与农业科学专家戴维•迪温塔尔教授曾对数种替代能源作了深入研究,结果发现,“大豆柴油”是一种极好的替代能源。与乙醇相比较,生产同等量的“大豆柴油”所消耗的能源要低得多。此外,原本使用普通柴油为燃料的发动机无须改动,就可改用“大豆柴油”,只是目前“大豆柴油”的生产成本还偏高,故售价略高于普通柴油。时下在美国,越来越多的私家车和政府及企业的车辆开始使用“生物柴油”,或普通柴油与“生物柴油”的混合燃料。据悉,生产“生物柴油”还有另一种原料:餐馆用过的废弃食用油和炸过薯条的黄油。

(5) 能源新秀——海带

巨型海带的实用价值,在国外已有实例可查。据国内一位专家指出,美国政府在加州外海开辟了一片面积400平方千米的海底农场,专门种植巨型海带,每到收获季节,以特殊的采收船采收之后,或利用海带本身具有的细菌自然发酵,或以人工方法加速发酵,它一年所产生的合成天然气高达6.226多亿立方米,可供5万人口的城市一年之用,这是以美国家庭的燃料耗用量而言的。

(6) 能源新秀——巨藻

巨藻可以用来提炼藻胶,制造五光十色的塑料、纤维板,也是制药工业的原料。近年来,科学家们对巨藻进行了新的研究,发现它含有丰富的甲烷成分,可以用来制造煤气。这一发现是引人瞩目的。美国有关方面乐观地估计,这一新的绿色能源具有诱人的前景。将来,它甚至可以满足美国对甲烷的需求。
巨藻可以在大陆架海域进行大规模养殖。由于成藻的叶片较集中于海水表面,这就为机械化收割提供了有利条件。巨藻的生长速度是极为惊人的,每昼夜可长高30厘米,一年可以收割3次。

最近,日本出光兴产中央研究所的生物化学研究所等组成的科研小组宣布,他们成功地从一种淡水藻类中提取出了石油。这种藻类在吸收二氧化碳进行光合作用的过程中体内蓄集了石油。在研究过程中发现,这种藻类不仅二氧化碳的吸收率高,而且其石油生成能力远远超过预想的程度。提取出的石油不仅发热量高,而且氮、硫含量少。

3) 生物质能的优点有哪些?

生物质能具备下列优点:

(1) 提供低硫燃料;

(2) 提供廉价能源(于某些条件下);

(3) 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如,垃圾燃料);

(4) 与其他非传统性能源相比较,技术上的难题较少。

4) 生物质能的转化技术

生物质能的开发和利用具有巨大的潜力,主要包括两方面:一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统,使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来,解决燃料问题;二是建立能量农场、能量林场及海洋能量农场。

(1) 生物质汽化

将固体生物质转化为气体燃料,称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化(燃烧)的情况下,会产生出可燃的一氧化碳气体,即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉,人们故意不给足氧气,让含碳物质在没有足够的空气的情况下燃烧,“焖”出一氧化碳来。

(2) 生物质液化

将固体生物质转化为液体燃料,称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化则是采用机械方法,用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品,如棉籽油等植物油,经提炼成为可替代柴油的燃料。

(3) 生物质热分解

这是一项很有潜力的技术,用于制取人造石油。一些生物质通过热分解,可制取生物油、生物炭和可燃烧气体,使生物质得到充分利用。

(4) 能源农场

即建立以获取能源为目的的生物质生产基地,以能源农场的形式大规模培育生物质,并加工成可利用的能源。要对土地进行合理规划,尽可能利用山地、非耕荒地和水域,选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖,以获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源农场或江河能源农场。同时,将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中,以提高能源转化率。

1) 何谓水能资源

水能资源:指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。水能是一种可再生能源。

2) 水能资源的分布

我国的水能资源丰富,总量位居世界首位。根据2013年最新的全国水力资源复查成果,我国大陆水力资源理论蕴藏量在1万千瓦及以上河流上的水力资源理论蕴藏量年电量为60829亿千瓦时,平均功率为69440万千瓦;理论蕴藏量在1万千万及以上河流上单站装机容量500千瓦及以上水电站的技术可开发装机容量为54164万千瓦,年发电量为24740亿千瓦时,其中经济可开发水电站装机容量40179万千瓦,年发电量17534亿千万时,分别占技术可开发装机容量和年发电量的74.2%和70.9%。
由于我国幅员辽阔,地形与雨量差异较大,因而形成水力资源在地域分布上的不平衡,水力资源分布是西部多、东部少。按照技术可开发装机容量统计,我国经济相对落后的西部云、贵、川、渝、陕、甘、宁、青、新、藏、桂、蒙等12个省(自治区、直辖市)水力资源约占全国总量的81.46%,特别是西南地区云、贵、川、渝、藏就占66.70%;其次是中部的黑、吉、晋、豫、鄂、湘、皖、赣等8个省占13.66%;而经济发达、用电负荷集中的东部辽、京、津、冀、鲁、苏、浙、沪、粤、闽、琼等11个省(直辖市)仅占4.88%。

3) 水能的利用

水能是一种可再生能源,是清洁能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。水不仅可以直接被人类利用,它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环,使之持续进行。地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少,水能是非常重要且前景广阔的替代资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。

4) 水力发电的原理是什么?

水力发电过程其实就是一个能量转换的过程。通过在天然的河流上,修建水工建筑物,集中水头,然后通过引水道将高位的水引导到低位置的水轮机,使水能转变为旋转机械能,带动与水轮机同轴的发电机发电,从而实现从水能到电能的转换。发电机发出的电再通过输电线路送往用户,形成整个水力发电到用电的过程。

5) 什么是水电站

水电站是将水能转换为电能的综合工程设施,又称水电厂。它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。利用这些建筑物集中天然水流的落差形成水头,汇集、调节天然水流的流量,并将它输向水轮机,经水轮机与发电机的联合运转,将集中的水能转换为电能,再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。有些水电站除发电所需的建筑物外,还常有为防洪、灌溉、航运、过木、过鱼等综合利用目的服务的其他建筑物。这些建筑物的综合体称水电站枢纽或水利枢纽。

6) 水力发电的原理是什么?

以水具有的重力势能转变成动能的水冲水轮机,水轮机即开始转动,若我们将发电机连接到水轮机,则发电机即可开始发电。如果我们将水位提高来冲水轮机,可发现水轮机转速增加。因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大,可转换之电能愈高。

7) 水力发电的优点有哪些?

(1) 利用高处之水量持有位能转换动能推动原动机;

(2) 利用引导水路及压力水管将水量之位能转换为动能;

(3) 有利之水力地点离负载中心远,离电距离长,输电费用高;

(4) 水力发电效率高达90%以上;

(5) 单位输出电力之成本最低;

(6) 发电之起动快,数分钟内可以完成发电。

除此之外,水力发电作为清洁能源被利用,水电不仅可以代替部分火电,具有调峰的优点,在电网安全运行中起到重要的作用,还可提高水资源的利用效率而基本上不改变其水质,不排放污染物。例如,在电网系统中,建设一个装机容量为2000兆瓦的水电站代替同等规模的燃煤火电厂,这样每年可节约原煤500万吨,减少排放二氧化硫24万吨,减少排放氮氧化物4400万千克,一氧化碳115万千克,少产生废碴140万吨,省却了火电厂所需要的冷却水运行和排放,既可节约水资源,又可避免对水环境造成热污染。因而发展水电,在取得相同电能的同时,可减少环境污染。

8) 水电站水库的人工湿地作用有哪些?

水电开发,在一个流域上建设一个或多个水库。水库库区形成许多库湾,生长了多种水生植物和动物,成为人工湿地,为湿地动、植物提供了生存条件,因此在库区和库周会增加多种适合湿地环境的动、植物物种,提高了局部区域的生物多样性价值,增加了水域的综合功能。

人工湿地的形成,可改善当地的环境小气候条件。水库水体的影响,可使周围陆地性气候得以改善:无霜期延长、温差缩小、降低了最高气温、增加了湿度。有关的研究表明,水面上空空气的透明度比成片的房屋群高8%~10%;水面上空紫外线辐射比陆地高30%;水库或水域上的气温在炎热季要降低4~5℃;相对湿度提高10%~15%。

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