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1、武汉大学通识课程电与电能考试卷（2010.5.255.31）学院 资源于环境科学学院 学号 2009302450023 姓名 吴东东成绩 一、 （10分）“新能源”包括哪些类型的能源？与传统能源相比有哪些特点？为什么要大力发展新能源发电？答：新能源：水电、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、原子能、氢能。 特点：1清洁、污染少，对于解决当今世界严重的环境污染问题具有重要意义； 2储量大，相对与传统能源而言具有取之不尽、用之不竭的特点，可以缓解资源（特别是化石能源）枯竭问题；3很多新能源的能量高、并且能达到高效利用；4很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。为何大力发展新
2、能源发电：发展替代能源是我国经济实现可持续发展的前提。在我国现有能源供给的约束条件下，我国面临着能源供需结构性矛盾，能源自给安全压力以及巨大的环保压力。我国能源的供给矛盾突出的表现在两个方面，一是石油和天然气可采年限远低于世界平均水平，其次是人均能源占有量较低。按照我国目前的能源消费增速，我国传统能源储量不足的问题将会愈加突出，能源供给构成中长期内经济发展的重大瓶颈。我国能源供给的结构性矛盾突出，一次能源的生产和消费严重依赖煤炭，现阶段我国发电主要也是依赖于火力发电即燃烧煤炭。但是利用传统能源来发电会带来很多的问题，如大气污染、水污染等污染问题，其次，传统能源发电具有很多限制因素，而且发电效率
3、不高，损失严重，造成了很大的浪费。而且，目前我国的传统能源储量已不多，能维系的时间很有限，已经面临这能源紧缺的状况，发展新能源发电也是刻不容缓的事情。发展替代能源，实现传统能源之间、传统能源和新能源之间的替代是解决我国能源供需瓶颈，供需结构性矛盾以及减轻环境压力的有效途径，我国必将步入更为多元化、清洁、高效的能源消费新时代。二、 （8分）什么是电力负荷的功率因数？功率因数低有什么不好？如何提高负荷的功率因数？答：电力负荷的功率因数：负荷功率因数是指基波下，负荷的有功率P与视在功率S之比值。功率因数低不好之处： (1) 电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了供电线路的
4、损失，为减少损失需增大线路截面而增加了投资。(2)增加了线路电压降，降低了电压质量。(3)降低了发、供电设备的利用率。(4)增加了企业电费支出，加大了成本。提高负荷功率因数的方法：（1）提高自然功率因数。自然功率因数是在没有任何补偿情况下，用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法有： 合理选择异步电机； 避免电力变压器轻载运行； 合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的运行状况； 在生产工艺条件允许的情况下，采用同步电动机代替异步电动机。 （2）采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备进行人工补偿，电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器，又称并联电容器、移相电容器、静电电容器。三、 （8
5、分）什么是断路器？什么是隔离开关？两者结构和作用有什么不同？断路器：断路器按其使用范围分为高压断路器，和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。 低压断路器又称自动开关，俗称空气开关也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。隔离开关：在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显
6、的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。结构作用的不同：隔离开关：类似闸刀开关，没有防止过流、短路功能，无灭弧装置；主要作用是形式可看得见的空气绝缘间隙，在设备或线路检修时将电路可靠地隔离，从而保证安全。另外，还可以用隔离开关来改变运行接线方式。因此，隔离开关是电路中必不可少的设备。断路器：具有过流、短路自动脱扣功能，带有消磁灭弧装置，可以用来接通、切断大电流；一般情况下，隔离开关不能用来接通或切断电流，它仅仅是在断路器断开的情况下分断，提供一个“明显的断开点”。四、 （24分）填空： 城市民用电压的额定值为 220伏，其最大电压
7、值为 380 伏。我国电力系统目前最高额定电压等级为 750K 伏。 到2009年底，我国电力系统发电机组总装机容量达到 80000 万千瓦，居世界第 二 位。 异步电动机的转子转速总是 小于 同步转速，异步电动机启动时的电流总是 大于 其正常工作电流。 截面积相同，截面形状不同的导线的直流电阻大小 相等 ；交流电阻大小 不等，这是由于被称为“ 趋肤效应 ”的缘故。太阳能光伏发电发出的是 直流 电，因此将其接入电力系统时必须经过 逆变 。 常规水电厂的发电效率在 80% 以上。额定转速为150转/分钟的水电机组共有 20 对转极。 人体的电阻大约在 2K-20M 欧姆之间，我国规定的交流安全电
8、压等级最高为 42 伏。五、 （50分）以教材为基础，收集互联网及专业期刊相关文、图信息，围绕“电力（电能）”和“节能减排（低碳）”两关键词为主题自拟题目，按科技期刊论文格式写一篇综述论文，以尽可能详实的数据事例分析论述在中国和世界能源和电力发展中节能减排、低碳经济的重要意义。（40006000字）电力的节能减排中国经济增长模式的主要特征是投资推动和高增长。近三十年来，国内生产总值增长率年均为9.5%；在大部分时期，投资在国内生产总值中的比重大于40%；现在接近50%。中国经济中的主导一直是重工业。在1985年，重工业比重占国内工业总产值的55%。1990年降到50%，2000年回升到60%，
9、2005年高达69%。在经济增长和城市化进程引起的大规模基础设施投资的推动下，重工业，尤其是高耗能产业在近几年经历了最快速的发展，而重工化和高耗能产业的快速发展，也就说明中国能源消费的高增长不可避免。这其中消耗的资源很大一部分就是电力资源。近期中国能源消费的快速增长将能源需求推上了一个更高的台阶。在这一基数上，即使能保持较低的能源消费增长，能源需求的绝对增量也将是巨大的。2006年能源消耗达到24.6亿吨标准煤(大约占世界能源总消耗的15%)。如果将能源需求降低到5%，年增加量也需要1.23亿吨标准煤。事实上，如果GDP增长为9%，以目前的经济结构和增长方式，很难将能源需求降低到5%。因此，2
10、007年4月10日国家发改委公布能源发展“十一五”规划，将2010年一次能源消费总量目标控制目标为27亿吨标准煤左右。这是一个过于保守，而且从一开始就已经是落后了的总量控制目标。因为即使所有的都做对了，仍然不可能有足够的时间去完成调整经济结构和耗能方式来达到总量控制。能源需求总量的问题是相对于能源储量和人口而言的。应当说中国能源资源储量并不少，但人口众多导致了中国人均能源占有率远低于世界平均水平，2005年石油、天然气和煤炭人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的7.69%、7.05%和58.6%。以储量最丰的煤炭为例，根据国际通行的标准，2001年中国煤炭的经济可开发剩余可采储量有1145亿吨
11、。2002年用煤12亿吨，煤炭够挖100年；如果没有长足的储量增加，2006年再计算经济可采储量就只够用50年，这个数字实际上没有太大意义，因为它是按现在的年消费量（24.6亿吨）来计算的。如果现在把资源的承受能力夸大了，将来是一定要吃亏的。能源需求总量的问题也是相对于国际市场而言的。对于一个缺乏能源的小国家，能源需求增长可以在国际市场上得到满足而不引起注意，对市场不会有实质性影响。相对于中国的能源需求总量来说，国际原材料市场和能源市场可能不够大，因而中国的能源需求变动足以引起国际市场的明显发应。例如，近期各大投资银行的预测报告都认为中国对铁矿石的需求是国际铁矿石价格上扬的主要因素，这与先前中
12、国购买导致世界石油价格飙升的逻辑一是样的。虽然这是一个有争议的问题，但至少中国的消费总量是国际市场十分关注的问题。不同于其它产品，能源需求弹性小，能源资源大买家常常没有价格的话语权，而过多依靠国际市场就等于把自己的能源安全置于他人之手。中国本身长久可靠的能源安全只能立足于国内储备，因为只有国内能源才在价格和数量上最终可控。中国的能源储量将是中国经济增长的硬约束。按目前能源开发利用的效率和经济增长速度与增长模式(高投入和高消耗)，实现到2020年GDP翻两番、能源只翻一番的政府发展目标可能性不大。国内生产总值继续高速增长，城市化和相关基础设施建设持续快速，高能源需求增长的状况可能延续到2020年
13、。如果动态地来看待能源问题，无论是已知的还是猜测的能源来源，以及期望的技术进步，都不足以消除人们对中国能否有供给充裕、价格合理的能源和环境来支持向中等收入国家过渡的担忧。因此，中国的国情决定必须节能。能源开发利用是环境的主要污染源。能源的生产和消费涉及环境问题的所有领域，包括大气污染、水污染、固体废弃物和生态环境破坏等。事实上，许多能源问题来自于对环境的担忧。二氧化碳等产生的温室效应使地球变暖，全球性气候异常，海平面上升，自然灾害增多；随着二氧化硫排放量增加而形成的酸雨使生态遭到破坏，农业减产；氯氟烃类化合物的排放使大气臭氧层遭到破坏；粉尘的大量排放则严重威胁人类健康。高耗能的经济增长方式和工
14、业结构导致了严重的环境污染。虽然对环境污染影响很难具体量化，但粗略地估算一下，目前的环境污染状况很令人吃惊。国家环保局的绿色国民经济核算研究报告指出，2004年全国因环境污染造成的经济损失为5118亿元，占当年GDP的3%。全国有3亿多农村人口饮用不到洁净水，4亿多城市人口呼吸不到干净的空气。在中国11个最大城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使5万人夭折，40万人感染上慢性支气管炎。其它一些指标也充分显示出环境状况的严峻性。目前，全国1/5的城市空气污染严重，70%江河水系受到污染，40%受到严重污染，流经城市的河段普遍受到污染，1/3的国土面积受到酸雨影响，近1/5的土地面积有不同程度的沙化
15、现象，近1/3的土地面临水土流失，90%以上的天然草原退化。二氧化硫和二氧化碳的排放量分别列居世界第一和第二。2006年，中国38%的城市未达二级空气质量标准。世界空气污染最严重的10座城市中，中国占了6个。还有，自上世纪九十年代中期，中国经济增长有三分之二是在透支生态环境的基础上实现的。目前的增长模式正在给子孙后代带来巨额环境清理费用的重担。国家环保局对治理成本核算的结果表明，如果在现有的治理技术水平下全部处理2004年排放到环境中的污染物，需要的一次性直接投资占当年GDP的6.8%，同时每年还需另外花费治理运行成本2874亿元，占当年GDP的1.8%。由于计划生育政策和人口的老龄化，估计劳动力从2020年将开始缩减，出现第三代的一对年轻夫妇最多赡养12位老人的现象。如果没有一个根本性的转变，试想一下未来，中国背负着巨大环境清理费用，只有较少的劳动力和已经为数不多的资源来养活庞大的人口，这种情形将是十分令人担忧的。另一个令人担忧的问题是目前仓促满足能源高需求的方式。由于缺乏有效的能源预测和规划，面对能源高需求增长，政府无法从容应对。从2002年6月到2006年6月，中国经历了严重的电力短缺。为了消除电力短缺，中国以前所未有的速度增加电力产能。然而，这种做法有很大风险。现
