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,有待于进一步改进.研究工作较早的前苏联,于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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