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速技术，那么只要有人用水，供水设备就处于满载工作状态，但采用了变频调速 技术后， 供水设备将会根据单位时间内用水量的大小调整电机转速，用水量小时 电机转得慢，用水量大时电机转得快，从而达到了节能的目的。 目前国内市场上出现的变频空调、变频冰箱等产品，是根据温度的高低来控 制压缩机转速的，因此这些产品都属于节能产品。 2.材料节能 凡是能够节约能源的材料都叫节能材料。 以选择材料来达到节能目的的方法 叫材料节能。到目前为止，已发现的节能材料多达几千种。下面介绍其中的几种 以及应用这些材料后的节能效果。 （1）非晶态铁基合金 非晶态铁基合金是一种以铁为主要原料的非晶态金属。通常情况下，所有的 金属都是晶体， 而晶体中的分子排列是有一定规律的，正是由于金属的这种微观 结构，才使得金属具有良好的导电性能，但有时人们并不需要这种导电性。比如 用于制作变压器铁心材料的硅钢片，是在铁中均匀掺入少量的硅制成的，掺入硅 的目的是提高铁心的导磁能力， 同时降低铁心的导电能力，而为了进一步降低铁 心的导电能力，人们把硅钢制成片状，然后用许多块硅钢片叠合成一个铁心，而 片与片之间用绝缘胶黏合起来，即便如此，变压器在工作中时，铁心中通过的交 变磁场也会在每一片硅钢片中由于电磁感应现象而引起感应电流， 这一部分感应 电流由于人们无法利用它而被白白地浪费掉了， 这就是我们通常所说的涡流损失。 为了进一步减小涡流损失， 人们研制出了非晶态铁基材料，这种材料是把熔 化状态的金属液体以极快的速度冷却（10～10 ℃/s）后得到的。由于冷却速度 太快，金属中的原子还来不及排列成有序结构，金属液体即已凝固，因此液态下 原子的无序排列被保留了下来， 形成了象玻璃一样的非晶态金属。这种非晶态金 属的导磁能力很强而导电能力很弱，用它作变压器铁心时，涡流损失只有普通硅 钢片铁心的 25%， 因此大大节约了电能。 不仅如此， 同样性能的两种变压器比较， 非晶铁心变压器的质量比普通变压器小得多， 体积小， 而且工作时的温升也不高。 例如，一台容量为 3×10 VA 的变压器当通过交流电频率为 400Hz 时，应用非晶 态铁心比普通变压器体积减小 17%，重量减小 46%，励磁电流减小 85%，温升降 低 50%～60%，综合效率高达 98.5%以上。
大家知道。火力发电是由燃烧燃料产生的热能使水转化为高温、高压的水 蒸气，再由高温、高压的水蒸气冲击汽轮发电机发电。通过汽轮机的水蒸气仍有 很高的温度， 如果不加以回收利用，水蒸气中相当大的一部分热能将被白白浪费 掉，若直接排入江河，还会产生热污染。因此世界各国都在研究这种技术。方法 是将发电机、 热交换器紧密结合在一起，使整个系统在发电的同时又能向外界供 热，使回收后的热水可以循环使用。这种方法使余热和废热得到了充分利用，可 以大量节约燃料，使能源的利用率提高 15%～30%。 （2）循环硫化床技术 在今后相当长的一段时间内，煤炭仍是人类生存的主要能源。所以，提高煤 炭的利用率，在节能技术中占有重要地位，也是各国要长期研究的重大课题。 在我国， 煤炭主要用于火力发电、 工业锅炉和民用燃料。 由于燃烧设备落后， 导致燃烧率低，同时产生大量的有害气体和粉尘，污染环境。因此，研究燃煤技 术是提高煤炭利用率的重要内容。 如果能把煤炭的利用率提高 10%，则一年就能节煤 10 t 左右，由此可见其 节煤效果非常显著。 循环硫化床技术是新一代较成熟的燃煤技术，它是将煤和吸 附脱硫剂加入燃烧室的床层中， 然后从锅炉底部向燃烧室内吹入压缩空气，使煤 粉散布在整个燃烧室内进行硫化燃烧。燃烧后的煤渣和煤粉混合，再返回燃烧室 进行辅助燃烧，结果可使燃烧效率高达 90%以上。因此，这种技术具有高效、洁 净、可烧劣质煤等优点，目前 400t/h 循环硫化床锅炉已投入使用，某发达国家 正在兴建 800t/h 的循环硫化床锅炉与 2.35×10 kW 发电机组配套的电厂。 （3）节油技术 将石油和水按 2:1 的比例混合起来，再用频率为 2×10 Hz 以上的超声波将 水和油均匀混合成乳状液，这时，乳状液中的小水珠被油分子包围，使油的表面 积增大了数百万倍，从而大大提高了燃烧速度。而燃烧时，被油分子包围的小水 珠受热发生爆裂，将它表面的油层打碎，使油的表面积进一步扩大，从而大大增 加了石油燃烧的利用率。 不仅如此， 用这种混合燃料产生的能量比单用石油还大， 而且几乎不产生油烟和灰烬， 真可谓是一举两得。另一种节油技术是在汽油中掺 入 4%的氢气，用作汽车发动机燃料，可节约汽油达 40%。最近甚至有人发现，将
设备的节能首先应从设计着手，采用先进的设计方案，工艺技术保证设备 的先进性，应做到以下几点： 1.采用先进的设计方案； 2.采用合理的工艺技术； 3.设备的合理选型； 4.采用科学的设计规范。
通过采用新技术、新工艺、新设备、新材料及先进的操作方法，达到提高产 量和产值，或降低能量消耗，称为技术节能。通过改革效率低的设备、工艺、操 作和产品设计等方面的技术措施， 直接或间接受到节能效果的途径， 是节能的 “硬 途径”。 技术节能主要有以下措施：改革生产工艺；改造低效设备；改革产品设计； 改进操作技术。 技术节能是通过先进的科学技术， 通过对用能设备的改进来达到节能的目的。 节能技术的方法有两种： 一种是提高用能设备的效率；另一种是通过技术手段调 整设备的运行状态，从而避免不必要的能源浪费。 1.提高能源的利用率 所为能源的利用率，通俗地说，主要是能源利用的效率，也即能源所含能量 中被人们利用的部分跟能源所含总能量的比值。这个比值越大，说明能源所含的 总能量中被人们利用的部分就越多，能源的利用率就越高。 目前，由于种种原因，人们利用常规能源的效率很低。仅以火力发电为例， 其效率仅为 30%～40%。 例如， 煤炭完全燃烧产生了 100J 热量， 其中只有 30～40J 的热量转化为电能， 而其余 60～70J 的热量通过各种途径在能量转化的过程中损 失掉了。 如果能大幅度提高常规能源的利用率， 就能有效地减少常规能源的消耗， 从而达到节能的目的。 （1）热电联供
煤油、汽油、柴油等燃料经过磁化处理后，改变了这些燃料的燃点、粘度等物理 性质，削弱了油分子之间的引力，使油易于形成雾状，从而使油能够完全燃烧。 用磁化油可节省燃料近 20%，节能效果也相当可观。 （4）电子节能 在中大型用电设备上使用电力电子技术，也可以得到显著的节能效果。所谓 电力电子技术是一种以电力半导体器件为核心，加上电力交流技术、控制技术、 电子技术和计算机技术的综合性高新技术， 它已发展成为机电一体化技术的重要 基础。 目前第二代电力半导体器件的耐压可高达 4500V 以上， 而允许通过的电流也 大到 2500A 以上， 因此完全可以胜任工矿企业、 民用电力等各种场合的自动控制。 采用电力电子技术控制电动机，可节约电能 30%～50%。例如，一台 20t 的工业 锅炉的引风机，采用电力技术改造后，每年可节电 2.5×10 kW·h；北京国棉二 厂采用了电力电子技术后节电达 52.35%。 另一种节约电能的有效方法是变频技术。变频的方法有二种，一种是机械变 频，另一种是电子变频。变频的目的是为了改变交流电的变化频率，使用电设备 在最经济的状态下运行，从而达到节约电能的目的。 机械变频可通过两台（三相）感应电动机来实现。其中一台电动机的定子线 圈接在三相交流电源上， 这时， 在这台电动机的转子线圈周围就产生了一个旋转 磁场， 旋转磁场的转动频率等于所加交流电的频率。由于电动机的转子也是由导 线绕制而成的， 因此当定子线圈产生旋转磁场后，在转子线圈中就产生了感应电 流， 感应电流受到旋转磁场磁力矩的作用， 迫使转子线圈与旋转磁场同方向转动。 如果把这台电动机稍加改造，用两个滑环把转子线圈中产生的感应电流引出来， 并用另一台电动机来驱动这台电动机的转子，实践表明，引出的感应电流的变化 频率，将随转子转速的变化而变化，且转子与旋转磁场同方向转动时，感应电流 的变化频率变小，二者反方向转动时，感应电流的变化频率变大。如果把改变频 率以后的交流电加到其它电动机上，就可以调节其他电动机的转速，这种技术叫 做变频调速。 电子变频类似于信号发生器，其原理是利用 L-C 电路产生振荡电流，从而达 到改变交流电频率的目的。例如，一幢大楼的自动供水设备，如果不采用变频调
目前，美国和日本都在研究非晶态铁基材料。据统计，日本各地使用的变压 器每年产生的涡流损失高达 3.6×10 kW·h，如果换用非晶态铁心变压器，就可 以使涡流损失降低到 1.8×10 kW·h，而节省下来的电能完全可以满足一个拥有 100 万户家庭的城市使用。 （2）铝合金 铝合金用于汽车制造业，其主要目的是为了减轻汽车的自重，从而提高汽 车的有效载荷。大家知道，汽车工业离不开钢铁，汽车的自重中有 80%以上被钢 铁占去。如果用铝合金代替部分钢铁，则可大大减小汽车的自重，从而降低汽车 的无功能耗， 达到节能的目的。 曾有人做过一项实验， 如果一辆小汽车使用 50kg 铝材，就可使汽车的自重减小 116kg，从而使每千米油耗降低 6g 左右，以一年 行驶 1 万千米计算，年耗油量将减少 60kg 左右。如果所有的汽车都不同程度地 采用铝合金作零部件， 那节油的效果将非常大。德国的一家汽车公司制造的波尔 舍小汽车， 每辆车使用铝材已高达 236kg， 不仅减小了汽车的自重， 降低了能耗， 而且提高了汽车的性能。如再在铝中掺入镁、铜等金属，可使铝合金的抗撞击性 能与钢铁相近，目前已经成为制作汽车保险杠的首选材料。 （3）无灯丝长寿命节能灯 当把这种灯联接到交流电源上时，振荡器、放大器便产生一种高频电磁振 荡， 这种高频电磁振荡被设在灯泡内的特殊的发射天线发出后，可在灯泡内部形 成高频无线电波， 这种无线电波可以使充在灯泡内的水银蒸气发生电离而形成等 离子体。 大量处于高能级的水银原子发生辐射跃迁时会释放出大量的紫外线，紫 外线被涂在灯泡内壁上的荧光物质吸收后，便可发出可见光。这种灯泡里没有灯 丝，因此就没有电热元件损耗，从而提高了发光效率。不仅如此，由于省略了钨 丝做灯丝， 因此大大延长了灯泡的使用寿命。 一只普通白炽灯正常寿命约 1000h， 一只日光灯管的正常寿命约 7000～10000h，而这种节能灯的使用寿命长达 14 年 之久，这种灯的发光效率是普通线 倍，费用仅为同亮度白炽灯的 1/3 左右。 有人说它是灯泡发展史上的一项重要突破，或许能在不久的将来成为人类 照明的主要工具。 3.储能技术 如果一座城市在用电高峰时的电力消耗量是用电低谷时的 2 倍， 那么给这座
城市供电的发电厂的总装机容量，必须按高峰用电量进行设计，而到了用电低谷 时（比如深夜） ，发电厂几乎一半的装机容量被浪费了，这不仅浪费了大量的能 源，而且也对电网的安全产生不利的影响。为了解决这一问题，人们自然想到要 把用不完的电能储存起来。 但是，电能属于过程性能源，不用就会白白浪费掉，就像水能一样，不便于 直接储存。 因此就必须把电能转化为其它便于储存的能量。人们把这种技术叫做 调峰填谷储能技术， 即在用电低谷时把多余的电能储存起来，在用电高峰时再把 储存的能量转化为电能以弥补电力不足。 （1）冰蓄冷技术 大家知道，热是能的一种表现形式，从某种意义上说，冷也是能的一种表现 形式。冰蓄冷，顾名思义就是用冰将冷储存起来，在需要的时候将冷释放出来， 让冰吸收周围物体的热量，以达到使物体降温的目的。日常生活、工农业生产、 商业、旅游业等行业中都需要大量的冷能，尤其是在炎热的夏季，需要用冷的地 方更多。通常人们都是采取用空调器、冰柜等电制冷的方法进行降温，而这样就 增加发电厂的负担， 目前国内许多大型发电厂又都是火力发电厂， 发出的电越多， 消耗的化石燃料就越多，对环境的污染也就越大。为了避免上述情况发生，人们 想到了在晚上用电低谷期， 用发电厂多余的电力制冷，到了白天再用制得的冰对 某些场所降温， 从而达到不开空调或少开空调的目的。这样就能降低白天的用电 量，大大节约了发电机组的的装机容量，起到了节能的作用。不仅如此，还减少 了发电机组的装机容量，甚至少建发电厂，还可减少有害物质的排放量，这对环 境质量的改善有益。 20 世纪 70 年代初期，发达国家开始研究冰蓄冷技术。80 年代开始应用。今 天， 冰蓄冷技术作为一种电力调峰填谷手段，已经广泛应用在建筑物内部降温及 工业用冷等方面。我国也在积极提倡并加紧研究冰蓄冷技术。 （2）二氧化碳储能技术 利用二氧化碳储能的方法是在用电低谷期间， 将发电厂多余的电力用于Biblioteka Baidu动 大型压缩式式制冷系统，使气态二氧化碳冷冻成固态二氧化碳，然后，再用固态 二氧化碳把气态氨冷却为液态氨。等到用电高峰时，使液态氨吸热气化，并推动 气轮发电机发电。这种系统的最大优点是占用空间小。例如，抽水蓄能电站，每
