行業資訊
首頁 > 新聞中心 > 行業資訊
生態城市的能源圖景
發布時間:2013-8-23

 

    2008年《紐約時報》報道說,美國56%的產能被浪費了——在發電領域,66%的能源隨著煙塵從煙囪排除,另外10%在電力運輸中損耗掉;在能源運輸領域,71%的能源在笨重的、空轉的單人駕駛貨車中憑空流失了。換言之,在全球化石能源消費逐步減少的今天,美國生產的巨額能源中,有超過一半未經利用就蒸發在空氣中。

  為了杜絕這種巨大浪費,初步可采取的行動是簽署低耗能協議、發展管道運輸或者建設由中高層大樓和綜合能源使用大樓構成的3D生態城市。城市本身亦可以依靠減少運輸和縮短能源傳遞距離、改變居民出行方式等方法節能。比如,在紐約,75%的家庭沒有汽車,生態城市的理念可以在這里更加淋漓盡致地發揮。

  生態城市可以依靠太陽能電池板、風力渦輪機、氫燃料電池乃至生物能源來提供能源。但需要注意的是,在緯度靠北的地區,相對于電力和交通燃料,生態城市有更多的基礎能源需求。

  因此,為了確保未來的無碳時代擁有足量而靈活的能源供應,生態城市必須同時具備多種生活基礎功能,首先是將偏遠的大型電廠轉換成地方性的綜合供熱供電發電廠。這樣的工廠足夠小也足夠安靜,適合安置在靠近居民的地區,利用居民廢料產能來實現熱電聯供。

  熱電聯供可以用汽車引擎的例子來解釋。燃料在發動機氣缸中燃燒,燃料后大約30%的能源轉化為蒸汽去推動活塞運動,其余70%轉化為熱量從排氣管中排出或被汽車的冷卻系統帶走。

  熱電聯供系統可以使余熱得到保留并被加以利用。系統將余熱從固定式發電機和蒸汽鍋爐中帶出,然后用管道將余熱運輸到供暖供熱的設備。同時,余熱還可以繼續發電。比如,紐約就是用7個地方性熱電聯供電廠向超過10萬個建筑物供暖。熱電聯供節能潛力巨大,它能將發電機的效率從30%提高到90%,甚至100%

  但除了化石燃料,熱電聯供的電廠的燃料還有什么呢?燃料可以在廢料處理和再回收的“變廢為寶”過程中產生,比如厭氧消化和熱氣化,二者互為補充,尤其結合季節特點共同合作處理有機肥料,效果非常明顯。

  厭氧消化處理后的沼氣是一種非常卓越的清潔燃燒氣體,主要由甲烷構成,天然氣中也同樣存在與甲烷相同的可燃成分。同天然氣一樣,沼氣可以用來烹飪、為發電機和鍋爐提供燃料,甚至可以成為汽車燃料。每立方英尺天然氣中含有1000英熱單位熱量,而每立方英尺沼氣中含有600英熱單位熱量。人們烹飪的時候幾乎無法察覺出天然氣和沼氣的區別。

  相較于化石燃料,沼氣的處理過程(即厭氧消化)優勢明顯。厭氧消化非常高效,在這個過程中,99.99%的有害病原體和寄生蟲被消滅,其產生的副產品則是高質量的富氮肥料和土壤改良劑,它們可以替代由化石燃料制成的無機肥料。氮是人類生活在地球上的限制因素,大多數人們所熟知的植物生長都需要氮。氮在普通堆肥中蒸發,厭氧消化過程不僅保留了氮,還能將氮轉化為更易被植物吸收的氨。

  氣化則類似于在木材爐中燃燒木頭的過程。這個過程中通常只有氫氣能夠從煙囪中溢出并被捕獲,用來為引擎和鍋爐提供燃料。氣化的排放并不像直接燃燒那樣會影響空氣質量。因為顆粒物必須過濾分離,這使得氣化非常適合于人口密集的環境。氣化產生的能量可以被捕捉用來集中供暖供能,這種能量的主要成分是合成氣,它是一種理想的熱電聯供燃料。

  熱電聯供系統能夠滿足生態城市居民的基本需求,包括食物、干凈的水源、公共健康和足夠的用于公共運輸的電力。此外,這套系統還能為當地輕工業發展提供適當的能源。

  居民在自己家中可以通過家庭厭氧消化池、氣化爐和家用熱電聯供系統自產能源。夏天,新鮮的有機廢物較多且種類豐富,只需要沼氣就可以滿足烹飪和其余電力需求。一個四口之家每天能夠通過廚余垃圾、花園廢料以及洗浴廢水產出70立方英尺沼氣,足夠為10個人制作一日三餐或滿負荷運轉1千瓦發電機3個小時,或為一臺55英寸LED平板顯示器提供可運行15個小時的電量。

  在所有地區,影響家庭供暖需求的因素都很多,比如房屋的保溫值或氣候環境條件。為了大致計算生態城市的供暖,我們以一個隔熱很好的高能效家庭為例,這個家庭每天需要10個小時供暖,每年需要供暖200天。給這樣的家庭供暖,每天需要熱量15萬英熱單位,這些熱量可以從30磅木材中得到,折合到年需求就要3噸木材。當供暖和供熱水的功能由氣化爐來滿足時,足夠的合成氣還可以在沼氣供電之余使1千瓦發電機額外發電10個小時。這些額外電量可以讓另外5臺55英寸LED平板顯示器運行5個小時,并驅動5000瓦烘干機烘干大量衣服。

  這種“變廢為寶”的集成熱電聯供系統還可以通過鄰里合作將效率進一步提高。當整座大樓或小區規模的熱電聯供系統精誠合作時,燃料的效率將有可能最大化,這樣余熱和余電可以被用到需要的地方。但這種大規!昂献鳌毕到y一般使用蒸汽渦輪發電機取代內燃機,而內燃機遠比前者更為安靜,也不需要經常維護。生態城市的熱電聯供系統最重要的特征是體積小且足夠靈活,居民能夠根據需求產能,并且能在夜晚以及溫暖的夏季將系統關閉以節約能源。

  從能耗角度出發,僅僅將偏遠的燃煤和燃氣電廠簡單地轉換成地方熱電聯供系統,就能將供熱供電的能耗減少2/3。而從偏遠地區將能源運輸到城市的交通系統被取消之后,能耗將減少3/4。換句話說,這些方法能夠將當前的能源消耗降低70%。

  生態城市的能源供應和能源消耗模式并不是一種創新。人們長久以來忽略了一個非常有趣的事實——在工業時代到來前,人類已開始使用沼氣和氣化方式產能。這意味著,早在100多年前,人們已經在完全無碳的、生態可持續發展的生態城市中過上了綠色生活。

 。▉碓矗篢he Energy Collective,文章有刪節、標題有改動)(顏會津/編譯)

  信息來源:中國能源報

[返回]
© 2013 浙江共同電子科技有限公司 浙ICP備07016847號-1 版權所有  技術支持: