Al comprender la estructura energética pasada y presente y la tecnología de utilización de la energía, se señala que la ciencia de la energía requiere una integración interdisciplinaria para contribuir al desarrollo de la energía. innovación tecnológica La fuente y precursora de. Por lo tanto, el desarrollo de la ciencia energética y la tecnología de utilización de la energía no sólo contribuye al futuro desarrollo científico del país, sino que también apoya la solución del país a la actual crisis energética.
Palabras clave: estructura energética, tecnología de utilización de energía, nueva energía,
La energía es un cuerpo energético o proceso energético relativamente concentrado. Todos los recursos naturales que pueden obtener algo de energía de forma indirecta o mediante conversión se denominan colectivamente energía. En la naturaleza, existen algunos recursos naturales con alguna forma de energía, que pueden convertirse en la forma de energía que las personas necesitan bajo ciertas condiciones. Este recurso natural es obviamente energía.
La energía es el motor de la dependencia humana y de la producción material. Desde que los humanos antiguos aparecieron en la Tierra, con el continuo desarrollo de la vida social y económica, las ocasiones de aplicación y la escala de la energía también han ido cambiando y creciendo. En la antigüedad, la principal energía del ser humano procedía de la fuerza humana y animal, complementada con la leña. A partir de la Revolución Industrial Occidental, para satisfacer las necesidades de industrialización de los países capitalistas occidentales, Watt inventó la máquina de vapor a finales del siglo XVIII. Una gran cantidad de máquinas eléctricas a base de carbón reemplazaron gradualmente a las pequeñas industrias artesanales. . La combinación de carbón y producción capitalista en masa cambió drásticamente la combinación energética mundial.
En 1895, Estados Unidos inició la extracción y explotación de petróleo. Este combustible líquido mostró mayor atractivo que el carbón. En 1876, el alemán Otto inventó el motor de combustión interna, que posteriormente formó la industria del automóvil con la tecnología del motor de combustión interna como núcleo, promovió el desarrollo de la industria de fabricación de maquinaria y creó una civilización material sin precedentes en la historia de la humanidad.
A finales de 2019, la estructura energética dominada por la electricidad comenzó a sufrir enormes cambios. Desde que Faraday descubrió la inducción electromagnética, la gente se dio cuenta de que la electricidad y el magnetismo son fenómenos electromagnéticos unificados y luego inventaron motores, generadores y diversos aparatos eléctricos, haciendo que la electricidad se utilice ampliamente como fuente de energía secundaria. Según las estadísticas, alrededor de tres cuartas partes de la energía mundial se convierte en energía eléctrica para uso humano en centrales eléctricas. Para la generación de energía se utilizan fuentes de energía convencionales (como el carbón, el petróleo y el gas natural) y sus reservas son limitadas y pueden agotarse en un futuro previsible o no pueden utilizarse debido a los altos costos de utilización. Por lo tanto, para satisfacer la creciente demanda de energía y el desarrollo social sostenible, debemos encontrar nuevas fuentes de energía distintas de los combustibles fósiles para resolver los problemas energéticos que enfrenta la humanidad.
Varias clasificaciones de la energía
1. Según clasificación energética:
a) Energía procedente de cuerpos celestes distintos de la Tierra, principalmente energía de la radiación solar.
Incluyendo: energía solar solidificada, como combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquisto bituminoso, etc., acumulados a partir de materia orgánica hace 100 millones de años), combustibles vegetales, etc. Energía convertida a partir de energía solar, como energía eólica, energía hidráulica, energía de las olas y energía oceánica; radiación solar directa, como conversión fotoeléctrica, fotosíntesis, etc.
b) Energía del interior de la Tierra.
Incluyendo: la energía térmica de la Tierra, como la energía sísmica, la energía térmica volcánica, el agua caliente subterránea, el vapor geotérmico, la energía nuclear, como los elementos que contienen energía nuclear, uranio, torio, boro, deuterio; , etc.
c) La energía generada por la interacción entre la tierra y otros cuerpos celestes.
Incluye la energía de las mareas generada por la atracción gravitacional entre la Tierra y la Luna. La energía de la Tierra proviene principalmente de la energía solar, la energía geotérmica, la energía nuclear y la energía de las mareas, lo que representa el 99,9 de toda la energía de la Tierra.
2. Según la existencia y forma de producción de la energía.
a) Energía primaria: energía que existe en la naturaleza en su forma actual.
Energía renovable: energía que no disminuye con su propia conversión o utilización, incluida la energía eólica, la energía hidráulica, las corrientes oceánicas, la energía térmica oceánica, la energía mareomotriz, los combustibles vegetales, la radiación solar directa, la energía sísmica, la volcánica. actividad, energía térmica subterránea, etc.
Energía no renovable: energía que está disminuyendo gradualmente con el uso humano, incluidos los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquisto bituminoso, etc.) y los combustibles nucleares (uranio, torio, boro, deuterio, etc.).
).
b) Energía secundaria: energía que debe ser producida o producida por otras fuentes de energía, incluida la energía eléctrica, la energía del hidrógeno, la gasolina, el queroseno, el diésel, la pólvora, el alcohol, el metanol, etc. Son fáciles de usar y son fuentes de energía de alta calidad.
3. Según la naturaleza de la propia energía.
a) Energía energética: la energía se almacena en algún tipo de soporte para que la utilicen las personas. Incluyendo diversos combustibles fósiles, combustibles nucleares, energía térmica subterránea, reservorios de alto nivel, energía del hidrógeno, etc.
b) Energía de proceso: la energía existe en el proceso de movimiento material y no puede almacenarse directamente en grandes cantidades. Si es necesario almacenarlo, debe convertirse en energía dentro de la energía. Incluyendo energía eólica, energía hidráulica, corrientes oceánicas, energía sísmica, energía mareomotriz y energía eléctrica, etc. El método de conversión es agua del grifo → depósito alto, energía eléctrica → batería.
Energía convencional con enorme potencial
La energía convencional más básica: el carbón
El carbón es una antigua planta enterrada bajo tierra que ha sido sometida a complejas bioquímicas y fisicoquímicas. Minerales combustibles que se forman gradualmente a través de cambios.
El uso del carbón como combustible se inició hace ya 800 años. El carbón se utiliza ampliamente como combustible para la producción industrial, a partir de la Revolución Industrial a finales del siglo XVIII. Con la invención y el uso de la máquina de vapor, el carbón se utilizó ampliamente como combustible para la producción industrial, aportando una productividad sin precedentes a la sociedad y promoviendo el desarrollo de la industria, seguida del desarrollo del carbón, el acero, la química, la minería, la metalurgia, etc. . Además, las reservas de carbón son abundantes, están ampliamente distribuidas y, en general, son fáciles de extraer, por lo que se utiliza ampliamente como combustible en diversas producciones industriales.
El carbón es una industria moderna, ya sea industria pesada o industria ligera; ya sea industria energética, industria metalúrgica, industria química, industria de maquinaria, industria textil, industria alimentaria y industria del transporte, juega un papel importante. role. Varios sectores industriales consumen una cierta cantidad de carbón en cierta medida, por lo que algunas personas llaman al carbón el "verdadero alimento" de la industria. Las reservas probadas de carbón de China ocupan ahora el primer lugar en el mundo. A pesar de esto, la escasez de suministro de carbón todavía restringe el desarrollo de la economía nacional de China. Por lo tanto, aplicar tecnologías avanzadas y nuevas para procesar y transformar el carbón, mejorar la eficiencia de su utilización y reducir la contaminación ambiental causada por la combustión del carbón es una de las formas importantes de resolver la escasez de energía y acelerar el desarrollo de la economía nacional.
Manipulación, procesamiento y conversión de carbón
(1) Tecnología de preparación de carbón: la preparación de carbón se refiere a la eliminación o reducción de impurezas (incluidas cenizas, ganga, azufre, etc.) y su procesamiento. El carbón final se divide en varias variedades y calidades para satisfacer las necesidades de los diferentes usuarios.
(2) Tecnología de carbón limpio: la tecnología de carbón limpio se refiere a una serie de tecnologías recientemente desarrolladas, como el procesamiento de carbón, la conversión de combustión y la purificación de gases de combustión del canal de hollín. El objetivo es reducir la contaminación ambiental causada por la quema de carbón, mejorar la eficiencia de utilización del carbón y reducir los costos.
(3) Briquetas de carbón y su utilización: Los productos de carbón con una determinada forma elaborados a partir de carbón pulverizado o carbón de baja calidad se denominan briquetas. La quema de briquetas puede mejorar la eficiencia térmica, ahorrar carbón y reducir la contaminación. La tasa de ahorro de energía de las briquetas es la más alta entre todas las tecnologías de carbón limpio, y sus beneficios ambientales relativos también son muy altos.
(4) Nueva tecnología de combustible mixto carbón-líquido: El nuevo combustible mixto carbón-líquido es una nueva tecnología. Estos combustibles mixtos son suspensiones de carbón en polvo en líquido, es decir, mezclas de carbón-líquido. Se han probado exhaustivamente diversas mezclas. La mezcla de carbón y líquido más valiosa es la lechada de carbón y agua, que es un combustible poco contaminante.
La sangre de la industria contemporánea: el petróleo y el gas natural
El petróleo, también conocido como petróleo crudo, es un líquido viscoso inflamable de color marrón oscuro que se extrae de las profundidades del subsuelo. Es una mezcla formada por la evolución a largo plazo de organismos en océanos o lagos antiguos, y es un combustible fósil. El petróleo y sus productos se utilizan ampliamente en todos los aspectos de la producción y la vida, y se les llama la sangre de la industria. El petróleo es la principal fuente de energía en la composición del consumo de energía primaria en el mundo moderno. Según las estadísticas de 1990, el petróleo ocupa el primer lugar en el consumo de energía primaria del mundo. En China ocupa el segundo lugar después del carbón. A finales de 1990, el gas natural del mundo ocupaba el tercer lugar en la composición de energía primaria del mundo, sólo superado por el carbón y el petróleo. Las reservas probadas de gas natural de China ocupan el noveno lugar en el mundo. Desde 65438 hasta 0990, el gas natural de mi país ocupó el cuarto lugar después del carbón, el petróleo y la energía hidroeléctrica en la composición del consumo de energía primaria.
El petróleo crudo se procesa en seis categorías de productos: gasolina, queroseno, diésel, aceite lubricante, aceite químico ligero y nafta. La gama de productos petrolíferos comienza con el GLP, pasando por materias primas petroquímicas, combustibles y lubricantes, hasta llegar al asfalto. El petróleo crudo también libera grandes cantidades de gas licuado de petróleo durante su procesamiento. Después del procesamiento del petróleo, se pueden obtener diversos combustibles líquidos con una alta tasa de utilización y una economía razonable, entre los que se incluyen principalmente combustible para motores de combustión interna, combustible para calderas y queroseno. Otros productos derivados del petróleo incluyen principalmente lubricantes, ceras, asfalto y disolventes derivados del petróleo, etileno, propileno, polietileno y otros productos petroquímicos. El gas natural es un gas mixto cuyo principal componente es el metano. Como combustible, el gas natural es fácil de quemar, limpio y libre de cenizas, tiene un alto poder calorífico y no contamina el medio ambiente.
El gas natural, al igual que el petróleo, es una materia prima química orgánica básica muy importante. Muchas sustancias separadas del gas natural y recuperadas del vapor de la refinería son las materias primas químicas más básicas, que pueden fabricarse y convertirse en una variedad de productos químicos, como fibras sintéticas, caucho sintético, plásticos sintéticos y fertilizantes.
El principal combustible para la generación de energía térmica es el carbón que mencionamos anteriormente, y en ocasiones también se utiliza petróleo como combustible. Además, la principal tarea de la construcción de energía eléctrica en China seguirá siendo durante mucho tiempo el desarrollo de la generación de energía térmica. Hay una serie de problemas que es necesario resolver para mejorar la capacidad y parámetros de los equipos de generación de energía térmica. Especialmente hoy en día, cuando el entorno ecológico se deteriora día a día, cómo reducir o incluso eliminar la contaminación ambiental causada por la generación de energía térmica es un problema urgente que debe resolverse. Por lo tanto, el uso de métodos de combustión poco contaminantes es inevitable. tendencia de desarrollo.
La fuente de energía convencional más limpia: la energía hídrica
La principal forma de utilizar la energía hídrica es generar electricidad. La energía hidroeléctrica es el uso de la energía del agua contenida en los ríos para generar electricidad. El método más común es construir una presa en el río para concentrar los recursos de energía hídrica dispersos en la sección del río y luego bombear la energía hídrica concentrada a través de la tubería de desvío para hacer girar el grupo electrógeno hidroeléctrico en la fábrica. Durante el funcionamiento del dispositivo, la energía del agua se convierte en energía eléctrica. Debido a que se utiliza la energía del agua, el flujo de agua en sí no se pierde y aún puede ser utilizado por las autoridades hídricas aguas abajo. Las características de los recursos hidroeléctricos de mi país son que la cantidad total de recursos hidroeléctricos es grande, pero la tasa de desarrollo y utilización es baja y la distribución de los recursos hidroeléctricos es desigual. Hay más recursos hidroeléctricos en el oeste y menos en el este. y están relativamente concentrados en la región suroeste. Sin embargo, la región oriental con una economía desarrollada y una gran demanda de energía tiene muy pocos recursos hidroeléctricos que no están a la altura del desarrollo económico.
La energía hidroeléctrica tiene las siguientes características:
(1) Como recurso, el agua puede complementarse con precipitaciones en el ciclo natural del agua, lo que convierte a la energía hidráulica en una fuente de energía renovable que no será agotado, por lo que su coste de generación de energía es muy bajo.
(2) La energía hidroeléctrica y otros proyectos de conservación del agua se pueden combinar entre sí. Para utilizar el agua para generar electricidad, a menudo es necesario construir embalses, que pueden utilizarse para tareas como el control de inundaciones, el suministro de agua y el desarrollo del transporte marítimo.
(3) La turbina hidráulica instalada en la central hidroeléctrica es fácil y flexible de arrancar, y es adecuada para su uso como transformador en el sistema eléctrico, lo que es beneficioso para garantizar la calidad del suministro de energía.
(4) Una vez terminada la central hidroeléctrica, seguirá proporcionando electricidad barata.
(5) La energía hidroeléctrica no contamina el medio ambiente y está reconocida como una fuente de energía limpia.
Una nueva energía prometedora
La energía solar: la principal fuente de energía en el siglo XXI
El sol es una bola de gas caliente que contiene una enorme energía. A excepción de la energía geotérmica y la energía nuclear, toda la energía de la tierra proviene de la energía solar, por lo que se puede decir que la energía solar es la "madre de la energía" para la humanidad. Sin energía solar la humanidad no tendría nada. En 1945, los laboratorios Bell Telephone de Estados Unidos produjeron la primera célula solar de silicio práctica del mundo, lo que marcó el comienzo de una nueva era en la utilización de la energía solar para los humanos modernos.
Hay tres formas principales en que las personas utilizan la energía solar. Una es convertir directamente la energía solar en energía eléctrica, es decir, conversión fotoeléctrica. Las células solares pertenecen a este modo de conversión; el segundo es convertir directamente la energía solar en energía térmica, es decir, conversión fototérmica, como los calentadores de agua solares; el tercero es convertir directamente la energía solar en energía química, es decir, conversión fotoquímica; como los motores solares.
De hecho, el ser humano lleva mucho tiempo utilizando conscientemente la energía solar. Desde la aparición de las células solares, se ha abierto un amplio camino para el aprovechamiento de la energía solar. Cuando los satélites y las naves espaciales exploran el espacio, utilizan células solares que son livianas, duraderas y resistentes a los impactos.
Actualmente, países de todo el mundo están investigando vigorosamente nuevas células solares, mejorando las tasas de conversión fotoeléctrica y profundizando aún más el desarrollo y la utilización de la energía solar.
Las centrales solares suelen denominarse centrales solares, que hacen referencia a las centrales solares térmicas. Este tipo de central eléctrica primero convierte la luz solar en energía térmica y luego convierte la energía térmica en energía eléctrica mediante dispositivos mecánicos.
El proceso de conversión de energía de una central solar consiste en utilizar un colector (condensador) y un absorbente de calor (caldera) para concentrar la energía de la radiación solar dispersa en energía térmica concentrada, que pasa a través de un intercambiador de calor. y generador de turbina Convierte la energía térmica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
Las centrales solares dependen de tuberías de calor solares para recolectar energía térmica. Los tubos de calor solares también se denominan colectores de vacío. Son similares en estructura a los termos que usamos habitualmente, excepto que los termos solo se pueden usar para mantener el calor, mientras que los tubos de calor solares pueden absorber inteligentemente la energía térmica del sol. Incluso si la luz del sol es débil, pueden alcanzar temperaturas más altas y son más fuertes que los colectores solares comunes. El tubo de calor puede proporcionar una gran cantidad de agua caliente industrial en un día y puede proporcionar a su propietario la energía térmica necesaria durante todo el año.
Demonios y ángeles - Energía nuclear
Desde que la Unión Soviética construyó la primera central nuclear del mundo en 1954, la humanidad sólo ha utilizado la energía nuclear con fines pacíficos durante menos de medio siglo. Sin embargo, la energía nuclear se está desarrollando extremadamente rápidamente.
El rápido desarrollo de la energía nuclear se debe principalmente a sus evidentes ventajas: En primer lugar, la energía es enorme y concentrada. En segundo lugar, tiene transporte conveniente y una fuerte adaptabilidad regional. En tercer lugar, las reservas son abundantes e inagotables.
A juzgar por la situación actual, la tecnología de generación de energía nuclear en el mundo ha sido bastante madura y se ha puesto en uso una gran cantidad de unidades generadoras con una capacidad única de un millón de kilovatios, lo que ha resultado en un rápido desarrollo. de las centrales nucleares.
En los últimos diez años, se ha desarrollado con éxito un reactor nuclear que puede utilizar plenamente el combustible de uranio, al que se llama "la caldera de la central nuclear del mañana". Este tipo de reactor nuclear puede generar combustible nuclear, es decir, cada vez se quema más combustible nuclear en esta "caldera". Si se pueden utilizar reactores nucleares reproductores de neutrones rápidos en grandes cantidades, no sólo se podrá aumentar decenas de veces la utilización efectiva de los recursos de uranio, sino que también se podrán ampliar cientos de veces.
Además, en los últimos años se han logrado algunos logros en fusión nuclear láser, baterías nucleares, centrales nucleares espaciales, centrales nucleares submarinas, etc., que han impulsado una mayor mejora de la generación de energía nuclear. tecnología.
La energía oceánica con perspectivas atractivas
La energía oceánica es una energía renovable generada durante el movimiento del agua del mar, que incluye principalmente energía de diferencia de temperatura, energía de las mareas, energía de las olas, energía de las mareas y corrientes oceánicas. energía, La diferencia de sal puede esperar. La energía de las mareas y las mareas proviene de la gravedad de planetas como la luna y el sol, y otra energía oceánica proviene de la radiación solar. Las reservas totales de energía oceánica del mundo son aproximadamente cientos o incluso miles de veces el consumo anual de energía mundial. Esta energía oceánica es una nueva fuente de energía inagotable. En un futuro próximo, la energía oceánica desempeñará un papel enorme e importante en beneficio de la humanidad.
¿Has oído hablar de la generación de energía maremotriz? El mar también respira. Las mareas en el océano son fluctuaciones verticales periódicas y rítmicas en el agua de mar causadas por la atracción de la luna y el sol hacia el agua de la Tierra y la rotación de la Tierra.
Las mareas del océano contienen enormes cantidades de energía. Durante la marea alta, el agua del mar tiene una enorme energía cinética. A medida que aumenta el nivel del agua de mar, una gran cantidad de energía cinética del agua de mar se convierte en energía potencial. Durante la marea baja, el agua de mar es arrastrada, el nivel del agua disminuye gradualmente y una gran cantidad de energía potencial se convierte en energía cinética. La energía de las mareas es la gran cantidad de energía cinética y potencial contenida en el movimiento de las mareas del agua de mar.
La generación de energía mareomotriz tiene las siguientes ventajas:
(1) Los embalses para la generación de energía mareomotriz se construyen utilizando estuarios o bahías. No ocupan tierras cultivadas y no se inundan como la energía hidroeléctrica fluvial. Centrales o centrales térmicas, inundando u ocupando grandes extensiones de terreno.
(2) Las centrales mareomotrices no se ven afectadas por inundaciones y estiaje como las centrales hidroeléctricas fluviales, ni contaminan el medio ambiente como las centrales térmicas. Son centrales eléctricas limpias a las que no les afectan las condiciones climáticas.
(3) La central mareomotriz tiene una presa baja, es fácil de construir y requiere poca inversión.
Diferencia de salinidad del agua de mar Generación de energía El agua de mar tiene un sabor amargo y salado porque contiene una gran cantidad de sales minerales disueltas. Pero esta agua de mar salada es muy útil y se puede utilizar para generar electricidad. Es un recurso marino con gran energía.
En la intersección de agua dulce y agua salada en la desembocadura de un gran río, el agua dulce y el agua salada se difundirán y mezclarán espontáneamente hasta que sus concentraciones de sal sean iguales. Durante el proceso de mezcla se libera una cantidad considerable de energía. Es decir, cuando se mezclan agua de mar y agua dulce, el agua de mar con alta concentración de sal difunde hacia agua dulce con mayor presión osmótica, y el agua dulce también difunde hacia agua de mar, pero con baja presión osmótica. La energía generada por esta diferencia de presión osmótica se llama energía diferencial de concentración de sal en el agua de mar o energía diferencial de sal en el agua de mar.
Como sugiere el nombre, una corriente oceánica es un río en el océano. En el vasto océano, parte del agua de mar tiende a fluir en una determinada dirección y fluye silenciosamente en el océano durante todo el año. Las corrientes oceánicas, como los ríos terrestres, tienen una determinada longitud, anchura, profundidad y caudal. La fuerza del viento y la densidad del agua del mar son las principales causas de las corrientes oceánicas. Las corrientes producidas por los vientos direccionales que soplan continuamente sobre la superficie del mar se denominan corrientes de viento, sin embargo, las corrientes producidas por las diferentes densidades del agua del mar se denominan corrientes hiperpicnales; En última instancia, ambas corrientes funcionan con energía radiante del sol. La utilización de la energía de las corrientes oceánicas es muy superior a la de los ríos terrestres. No está amenazado por inundaciones ni afectado por estaciones secas. Con un flujo de agua casi constante y un determinado caudal durante todo el año, puede convertirse en una fuente de energía fiable para los humanos. El poder de las corrientes oceánicas depende del impacto de las corrientes oceánicas para hacer girar la turbina y luego la convierte a alta velocidad para impulsar el generador y generar electricidad.
La diferencia de energía del agua de mar, el vasto océano, es un enorme "dispositivo de almacenamiento térmico" que puede absorber una gran cantidad de energía solar radiada; también es un enorme "termostato" que regula la temperatura del agua; la superficie del océano y la temperatura del agua. La temperatura del agua de mar disminuye al aumentar la profundidad del océano. Esto se debe a que la radiación solar no se puede transmitir al agua de mar por debajo de los 400 metros, y la diferencia de temperatura entre el agua de mar en la superficie del océano y el agua de mar a una profundidad de 500 metros puede alcanzar más de 20°C. La diferencia de temperatura entre el agua superior e inferior del océano contiene una cierta cantidad de energía, que se llama energía de diferencia de temperatura del agua de mar. El uso de energía por diferencia de temperatura del agua de mar para generar electricidad se denomina generación de energía por diferencia de temperatura del agua de mar. En la actualidad, un nuevo tipo de dispositivo de generación de energía por diferencia de temperatura del agua de mar introduce agua de mar en una piscina de calentamiento solar, calienta el agua de mar a 45 ~ 60 ℃, a veces hasta 90 ℃, y luego introduce el agua tibia en una caldera de vapor al vacío para que se evapore. y generar electricidad. El uso de la diferencia de temperatura del agua de mar para generar electricidad también puede producir agua dulce como subproducto, por lo que también tiene la función de desalinización del agua de mar y puede usarse para satisfacer las necesidades de agua industrial y agua potable.
Bioenergía-Energía Biogás
El biogás es un gas combustible. Debido a que este gas se descubrió por primera vez en pantanos y estanques, se le llamó "biogás". Lo que habitualmente llamamos biogás se produce artificialmente, por lo que es una fuente de energía secundaria. Como fuente de energía, el biogás no se ha utilizado ampliamente hasta ahora, por lo que también forma parte de las nuevas fuentes de energía modernas. El principal componente del biogás es el metano (CH4). Normalmente, el biogás contiene entre un 60 y un 70 % de metano, entre un 30 y un 35 % de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de hidrógeno, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, vapor de agua y pequeñas cantidades de hidrocarburos superiores.
El poder calorífico del biogás es alto, por lo que el poder calorífico del biogás también lo es, por lo que el biogás es un combustible gaseoso artificial de alta calidad. El metano es un gas incoloro, inodoro y no tóxico a temperatura ambiente y es más ligero que el aire. Debido a que el metano tiene muy baja solubilidad en agua, puede almacenarse en recipientes herméticos. Las materias primas para la producción de biogás son abundantes y provienen de una amplia gama de fuentes. Bajo determinadas condiciones de temperatura, humedad, acidez y anóxica, mediante la fermentación de microorganismos anaeróbicos, se puede producir biogás a partir de heces humanas y animales, restos de animales y plantas, residuos orgánicos industriales y agrícolas y líquidos residuales. El biogás es una nueva fuente de energía que se regenera, produce y consume de manera sostenible localmente, limpia y fácil de usar. Actualmente, puede reemplazar la gasolina y el diésel que escasean, encender motores de combustión interna para generar electricidad, impulsar maquinaria agrícola para procesar productos agrícolas y secundarios, y también puede usarse para cocinar y alumbrar.
A juzgar por la situación actual, el uso de biogás tiene las siguientes ventajas:
(1) El biogás no solo puede resolver los problemas energéticos rurales, sino también aumentar los recursos de fertilizantes orgánicos y mejorar la calidad. y la eficiencia. Esto aumenta el rendimiento de los cultivos y mejora el suelo.
(2) La utilización de biogás puede ahorrar una gran cantidad de paja, heno y otras materias orgánicas, que pueden utilizarse para producir alimento para el ganado y como materia prima para la fabricación de papel y artesanías.
(3) La instalación de biogás puede reducir el fenómeno de talar árboles y palear césped, proteger la vegetación y permitir que el sistema de producción agrícola se desarrolle gradualmente en un círculo virtuoso.
(4) La instalación de biogás ayudará a depurar el medio ambiente y reducir la aparición de enfermedades.
Esto se debe a que en el proceso de fermentación del digestor de biogás,
La energía eólica, la energía "antigua" de la nueva era
En la naturaleza, el viento es una enorme fuente de energía, que supera con creces La suma de energía proporcionada por las energías fósiles es una fuente de energía inagotable que aún no ha sido ampliamente explotada. La energía eólica es la energía generada por el flujo de aire, y la energía del movimiento atmosférico proviene de la radiación solar. Debido a las diferentes velocidades de disipación del calor en la superficie terrestre después de ser irradiado por el sol y al diferente contenido de vapor de agua en el aire, la presión del aire en diferentes lugares también es diferente. Como resultado, el aire en áreas de alta presión fluye hacia áreas de baja presión, creando viento. Por tanto, la energía eólica es una energía limpia, libre de contaminación y que se regenera continuamente.
En la actualidad, los países de todo el mundo utilizan principalmente la energía eólica en dos formas: generación de energía eólica y generación de energía, de las cuales la generación de energía eólica es la principal. Impulsada por energía eólica, la rueda de viento se utiliza para accionar directamente varios sistemas mecánicos, como accionar una bomba de agua para elevar agua. Las ventajas de este tipo de aerogeneradores son la baja inversión, la alta eficiencia, la economía y la durabilidad.
De acuerdo con la distribución de los recursos de energía eólica en mi país y las condiciones técnicas actuales, el foco reciente del desarrollo y utilización de la energía eólica está en Mongolia Interior, el noreste, el noroeste, el Tíbet y la costa sureste, así como islas, zonas montañosas, salidas de viento y otras zonas ricas en recursos de energía eólica. En zonas donde la velocidad media anual del viento supera los 6 metros/segundo, especialmente en zonas pastorales, islas y zonas montañosas remotas donde es difícil llegar a las redes eléctricas, el desarrollo y utilización de los recursos de energía eólica tiene una importancia de gran alcance.
La fuente de energía ideal en el siglo XXI: la energía del hidrógeno
Entre las muchas nuevas fuentes de energía, la energía del hidrógeno se convertirá en la fuente de energía más ideal en el siglo XXI. Esto se debe a que cuando se quema el mismo peso de carbón, gasolina e hidrógeno, el hidrógeno genera la mayor cantidad de energía y su producto de combustión es agua, sin cenizas ni gases residuales, y no contaminará el medio ambiente. El hidrógeno existe principalmente en el agua y el único producto después de la combustión es el agua. El agua puede producir hidrógeno continuamente y nunca puede agotarse. El hidrógeno tiene una amplia gama de usos y es altamente adaptable. No solo se puede utilizar como combustible, sino que el hidruro metálico tiene la función de convertir energía química, energía térmica y energía mecánica entre sí. Por ejemplo, los metales que almacenan hidrógeno tienen la capacidad de absorber y liberar hidrógeno. El calor se puede almacenar y utilizar para calefacción interior y aire acondicionado.
El hidrógeno puede convertirse fácilmente en líquido bajo cierta presión y temperatura, y puede transportarse fácilmente en camiones cisterna, remolques de carretera o barcos. El hidrógeno líquido puede utilizarse como combustible para automóviles y aviones, así como para cohetes y misiles. La nave espacial Apolo de Estados Unidos que voló a la Luna y el vehículo de lanzamiento Gran Marcha de China que lanzó satélites artificiales utilizan hidrógeno líquido como combustible.
Además, el uso de pilas de combustible de hidrógeno-hidrógeno también puede convertir directamente la energía del hidrógeno en energía eléctrica, lo que hace que el uso de la energía del hidrógeno sea más conveniente. En la actualidad, este tipo de pilas de combustible se han utilizado en naves espaciales y submarinos con buenos resultados. Por supuesto, debido al alto costo, será difícil que se utilice ampliamente durante un tiempo.
En la década de 1970, la gente usaba el material semiconductor titanato de estroncio como fotoelectrodo y el metal platino como electrodo oscuro, los conectaban entre sí y luego los colocaban en agua. Bajo la irradiación de la luz solar, se libera hidrógeno en el electrodo de platino y oxígeno en el electrodo de titanato de estroncio. Así es como solemos llamar al método de fotoelectrólisis del agua para producir hidrógeno. Los científicos también han descubierto que algunos microorganismos también pueden producir hidrógeno bajo la influencia de la luz solar. Se utilizan microorganismos que liberan gas hidrógeno durante la fotosíntesis. La hidrogenasa induce electrones que se combinan con iones de hidrógeno en el agua para producir gas hidrógeno.
Los principales problemas de esta disciplina
En primer lugar, la experiencia más tradicional simplemente se utiliza en el desarrollo de proyectos específicos, y la base científica para la investigación y aplicación de la tecnología es insuficiente.
En segundo lugar, en el desarrollo de nuevas tecnologías, hay pocos conceptos innovadores y pocos conceptos independientes, a menudo siguen los conceptos y documentos publicados propuestos por un extranjero, careciendo de sus propias opiniones independientes y de análisis y juicio correctos. Tanto es así que a menudo tienen que desmontar después de que otros lo hayan hecho. Debemos realizar análisis científicos y expresar nuestras propias opiniones independientes basadas en las condiciones reales de nuestro país. Para ello, necesitamos una base técnica y científica sólida.
3. Los proyectos energéticos son de gran escala, requieren grandes inversiones, tienen ciclos largos y no tienen muchos conceptos nuevos. Debemos seguir la dirección, persistir durante mucho tiempo, resumir de manera oportuna y ajustarnos y desarrollarnos.
Perspectivas de direcciones clave de desarrollo
Basándose en la situación de China, las direcciones clave de desarrollo deberían ser las siguientes tecnologías:
Tecnologías clave para la industria del petróleo y el gas
Nuevas tecnologías para la exploración y perforación geofísica de petróleo y gas, el desarrollo de petróleo y gas en alta mar y nuevas tecnologías para mejorar la recuperación de petróleo. En la última etapa del desarrollo de la inyección de agua, se utilizan métodos como la recuperación de petróleo terciario para aumentar la recuperación de petróleo.
Tecnologías clave para una utilización eficiente y limpia del carbón
La clave para el desarrollo y utilización del carbón en mi país es resolver los problemas de baja eficiencia de producción, inseguridad y grave contaminación ambiental. Se deben desarrollar gradualmente dos tecnologías: 1. Es una tecnología minera segura y eficiente; 2. Tecnología de carbón limpia para una utilización eficiente y limpia: tecnología de extracción de carbón segura y eficiente; tecnología de desarrollo de metano en yacimientos de carbón; tecnología de combustión limpia de carbón; tecnología de gasificación de carbón.
Tecnologías clave en la industria energética
Tecnología de generación de energía con parámetros de vapor supercrítico y ultrasupercrítico, tecnología de generación de energía de ciclo combinado gas-vapor, tecnología de generación de energía de carbón limpio, tecnología de cogeneración y poligeneración , tecnología avanzada de generación de energía con reactores de agua a presión, tecnología de generación de energía con pilas de combustible, interconexión de redes eléctricas regionales nacionales y tecnología flexible de transmisión y distribución de CA.
Tecnología de ahorro de energía
Sistemas de aprovechamiento de calor residual a temperatura media y baja y nuevas tecnologías para el aprovechamiento de energía a temperatura media y baja, tecnología de bomba de calor, conservación de energía en edificios, nuevo almacenamiento de energía a baja temperatura sistemas (incluido almacenamiento de hielo, reducción de picos de energía), electrodomésticos que ahorran energía, transporte que ahorra energía y nuevas tecnologías de ahorro de energía en industrias de alto consumo de energía.
Cuestiones científicas en la liberación y utilización de la energía nuclear
Procesamiento y reutilización de residuos nucleares, mejora de la seguridad, exploración de nuevos tipos de reactores rápidos y reactores refrigerados por gas de alta temperatura; Térmica controlada Tecnologías clave para reactores de fusión nuclear.
Cuestiones científicas en el desarrollo y utilización de energías renovables y energía del hidrógeno
Nuevas tecnologías para la generación de energía fotovoltaica de bajo precio, alta eficiencia y larga vida útil; biotecnología química para la conversión de energía a biomasa; fototérmica Utilizar nuevas tecnologías (generación de energía, refrigeración, etc.). ); tecnología de preparación, almacenamiento, transporte y utilización de energía de hidrógeno.
Tecnología energética y ambiental
Control de elementos peligrosos y tecnología de conversión direccional libre de contaminación en la conversión y utilización de energía; tecnología de utilización de recursos y energía libre de contaminación para sistemas ambientales y energéticos de residuos municipales; Reciclaje de CO2 Discusión: Ingeniería ecológica alimentada por carbón, producción de hidrógeno a base de carbón y sistemas de utilización de energía del hidrógeno.
Tecnología de energía rural
Tecnología de biogás; gasificación de biomasa, combustible líquido, tecnología de generación de energía;
Medidas y Sugerencias
En primer lugar, legislación energética y de protección ambiental, políticas de precios y políticas preferenciales.
2. Dar un fuerte apoyo a la tecnología energética (no a proyectos productivos específicos), apoyados por el Estado y la industria. El departamento de ciencia y educación es especialmente solidario.
3. Se debe enfatizar la atención y la distribución del trabajo de investigación y desarrollo en direcciones efectivas y de largo alcance, como sistemas de generación de energía de concepto avanzado, energía solar y energía nuclear.
En cuarto lugar, cultivar jóvenes talentos en ciencias de la energía que tengan una base sólida, un amplio conocimiento y una gran capacidad para resolver problemas.
En quinto lugar, aumentar la inversión en investigación y desarrollo de ciencia y tecnología energética: la investigación y el desarrollo energético de China; los fondos d representan la proporción del r del país; la cuenta d de los fondos totales es un orden de magnitud menor que la de los países desarrollados del mundo. Investigación y desarrollo energético. La baja inversión conduce a la investigación y el desarrollo independiente de ciencia y tecnología en China
Referencia:
Introducción a las ciencias ambientales y energéticas Autor: Liu Publishing House: Science Press Versión 1
Energía Autor de la introducción científica: Editorial Huang: China Electric Power Press
"Informe de la estrategia de desarrollo de la ciencia energética de China 2011-2020" (cuarto borrador) Academia de Ciencias de China.
Investigación sobre estrategia de desarrollo de ciencias energéticas Wu, Académico de la Academia de Ciencias de China