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生态城市的能源图 景

 

    2008年《纽约时报》报 道说,美国56%的产能被浪费了 ——在发电领域,66%的能源随着烟尘 从烟囱排除,另外10%在电力运输中损 耗掉;在能源运输领域,71%的能源在笨重的 、空转的单人驾驶货车中凭空流失了。换言之,在全球化石能源消费逐步减少的今天,美国生产的巨额能源中,有超过一半未经利用就蒸发在空气中。

  为了杜绝这种 巨大浪费,初步可采取的行动是签署低耗能协议、发展管道运输或者建设由中高层大楼和综合能源使用大楼构成的3D生态城市。城市本 身亦可以依靠减少运输和缩短能源传递距离、改变居民出行方式等方法节能。比如,在纽约,75%的家庭没有汽车 ,生态城市的理念可以在这里更加淋漓尽致地发挥。

  生态城市可以 依靠太阳能电池板、风力涡轮机、氢燃料电池乃至生物能源来提供能源。但需要注意的是,在纬度靠北的地区,相对于电力和交通燃料,生态城市有更多的基础能源需求。

  因此,为了确 保未来的无碳时代拥有足量而灵活的能源供应,生态城市必须同时具备多种生活基础功能,首先是将偏远的大型电厂转换成地方性的综合供热供电发电厂。这样的工厂足够小也足够安静,适合安置在靠近居民的地区,利用居民废 料产能来实现热电联供。

  热电联供可以 用汽车引擎的例子来解释。燃料在发动机气缸中燃烧,燃料后大约30%的能源转化为蒸 汽去推动活塞运动,其余70%转化为热量从排 气管中排出或被汽车的冷却系统带走。

  热电联供系统 可以使余热得到保留并被加以利用。系统将余热从固定式发电机和蒸汽锅炉中带出,然后用管道将余热运输到供暖供热的设备。同时,余热还可以继续发电。比如,纽约就是用7个地方性热电联供 电厂向超过10万个建筑物供暖。 热电联供节能潜力巨大,它能将发电机的效率从30%提高到90%,甚至100%

  但除了化石燃 料,热电联供的电厂的燃料还有什么呢?燃料可以在废料处理和再回收的“变废为宝”过程中产生,比如厌氧消化和热气化,二者互为补充,尤其结合季节特点共同合作处理有机肥料,效果非常明显。

  厌氧消化处理 后的沼气是一种非常卓越的清洁燃烧气体,主要由甲烷构成,天然气中也同样存在与甲烷相同的可燃成分。同天然气一样,沼气可以用来烹饪、为发电机和锅炉提供燃料,甚至可以成为汽车燃料。每立方英尺天然气中含有 1000英热单位热量,而 每立方英尺沼气中含有600英热单位热量。人 们烹饪的时候几乎无法察觉出天然气和沼气的区别。

  相较于化石燃 料,沼气的处理过程(即厌氧消化)优势明显。厌氧消化非常高效,在这个过程中,99.99%的有害病原体和 寄生虫被消灭,其产生的副产品则是高质量的富氮肥料和土壤改良剂,它们可以替代由化石燃料制成的无机肥料。氮是人类生活在地球上的限制因素,大多数人们所熟知的植物生长都需要氮。氮在普通堆肥中蒸发,厌氧消化过程 不仅保留了氮,还能将氮转化为更易被植物吸收的氨。

  气化则类似于 在木材炉中燃烧木头的过程。这个过程中通常只有氢气能够从烟囱中溢出并被捕获,用来为引擎和锅炉提供燃料。气化的排放并不像直接燃烧那样会影响空气质量。因为颗粒物必须过滤分离,这使得气化非常适合于人口密集的环 境。气化产生的能量可以被捕捉用来集中供暖供能,这种能量的主要成分是合成气,它是一种理想的热电联供燃料。

  热电联供系统 能够满足生态城市居民的基本需求,包括食物、干净的水源、公共健康和足够的用于公共运输的电力。此外,这套系统还能为当地轻工业发展提供适当的能源。

  居民在自己家 中可以通过家庭厌氧消化池、气化炉和家用热电联供系统自产能源。夏天,新鲜的有机废物较多且种类丰富,只需要沼气就可以满足烹饪和其余电力需求。一个四口之家每天能够通过厨余垃圾、花园废料以及洗浴废水产出 70立方英尺沼气,足 够为10个人制作一日三餐 或满负荷运转1千瓦发电机 3个小时,或为一台 55英寸LED平板显示器提供可 运行15个小时的电量。

  在所有地区, 影响家庭供暖需求的因素都很多,比如房屋的保温值或气候环境条件。为了大致计算生态城市的供暖,我们以一个隔热很好的高能效家庭为例,这个家庭每天需要10个小时供暖,每年 需要供暖200天。给这样的家庭 供暖,每天需要热量15万英热单位,这些 热量可以从30磅木材中得到,折 合到年需求就要3吨木材。当供暖和 供热水的功能由气化炉来满足时,足够的合成气还可以在沼气供电之余使1千瓦发电机 额外发电10个小时。这些额外 电量可以让另外5台55英寸LED平板显示器运行 5个小时,并驱动 5000瓦烘干机烘干大量 衣服。

  这种“变废为 宝”的集成热电联供系统还可以通过邻里合作将效率进一步提高。当整座大楼或小区规模的热电联供系统精诚合作时,燃料的效率将有可能最大化,这样余热和余电可以被用到需要的地方。但这种大规模“合作”系统一般使用蒸 汽涡轮发电机取代内燃机,而内燃机远比前者更为安静,也不需要经常维护。生态城市的热电联供系统最重要的特征是体积小且足够灵活,居民能够根据需求产能,并且能在夜晚以及温暖的夏季将系统关闭以节约能源。

  从能耗角度出 发,仅仅将偏远的燃煤和燃气电厂简单地转换成地方热电联供系统,就能将供热供电的能耗减少2/3。而从偏远地区将 能源运输到城市的交通系统被取消之后,能耗将减少3/4。换句话说,这些 方法能够将当前的能源消耗降低70%。

  生态城市的能 源供应和能源消耗模式并不是一种创新。人们长久以来忽略了一个非常有趣的事实——在工业时代到来前,人类已开始使用沼气和气化方式产能。这意味着,早在100多年前,人们已经 在完全无碳的、生态可持续发展的生态城市中过上了绿色生活。

  (来源: The Energy Collective,文章有删节、标 题有改动)(颜会津/编译)

  信息来源:中 国能源报

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