中国的能源安全

众所周知,中国是世界生产中心,也是能量需求大国。

但中国自身的能源蕴藏量却不足,严重依赖进口。在和平环境下,中国的能源供应尚且会受到一些外部不友好势力的掣肘,不时地被不公正地高价盘剥。可想而知战时将会受到怎样的威胁。

中国政府倡导的一带一路,既是为了在经济上与沿线各国建立互联互通的伙伴关系,促进共同繁荣和发展,同时也有为中国的能源进口架设安全通道的考量。

世界霸主美国显然不乐见中国的发展和影响力的提高,各种的搅局和使坏。再加上沿线国家的政局也不是十分的稳定,变数多多。故一带一路并不能百分之百地保证中国的能源安全。

其实,依靠进口解决能量需求的缺口,始终是一件非常吃力的事情。最好、最稳妥的办法是能够自己就地解决。

这谁不知道?只是中国地下并没有大油田,煤也不多,被自然条件局限了。

难道只有石油、煤、天然气等化石燃料是能源吗?

当然不是,还有风能、太阳能、水力能、核能等能源。目下炒作正盛的所谓新能源电池、氢能源等其实是个伪概念。电力是二手能,电不是一种纯粹的能源。氢燃料更甚,制取氢需要用很多电。

风能和太阳能因受天气影响,不够稳定,而且能量密度较低,故只能作为局部的补充,在国民经济发展中担当不了主角。

水力能则受地形和生态的制约,并不是任何地方都能搞的。

核能威力巨大,且能量密度高。问题是核废料难于处理,给子孙后代留下隐患。

这样数下来,发现,在当前情况下,以石油为代表的化石燃料仍然是现代生活中的主力能源。

人们是通过燃烧的方式来提取化石燃料中的能量。根据燃烧方式的不同,分外燃和内燃2种方式。

外燃的方式比较简单粗暴。让燃料直接在空气中燃烧放热。对燃料要求不高。

内燃的方式对燃料要求相对较高,只有从石油中精制提炼出来的汽油、柴油才能胜任。目前大、中型可移动式设备,如汽车、轮船等多数采用内燃机为动力。

石油作为能源,最大的价值就在于能提炼燃油供内燃机使用。其余的石油化工产品只是充分利用石油资源的副产品。

考察内燃机的工作原理,是将燃油与空气的混合气在密闭的气缸内燃爆而获得动力。

能产生燃爆的混合气不局限于来源于石油的燃油+空气混合气。来源于植物的酒精+空气的混合气也能产生燃爆现象。但由于酒精的能量密度比汽油和柴油低很多,直接用于为汽油而设计的现有内燃机上,造成内燃机无力的现象。故酒精代油喧嚣一阵后也归于沉寂。

我们知道,面粉的粉尘在空气中达到一定的浓度后也能产生燃爆现象。而作为固体的面粉,其能量密度比酒精混合气就高了许多。面粉的平均热值约为每公斤14.1千焦耳,汽油的热值约为每公斤43.45千焦耳。面粉的能量密度约为汽油能量密度的三分之一。

但汽油是从石油中提炼出来的。提炼过程也是一个耗能的过程,若还加上万里运输,给沿线国家的援助(给地头蛇的买路钱),那比磨面粉可耗能多了。所以,若将整个获得、生产和使用过程综合考量的话,燃爆面粉比燃爆汽油的净能量输出并不见得逊色,或许还更优。

再算一下经济账,今天(2021年4月5号)国内汽油价格是7.295元/升,汽油的比重是0.725kg/升。即汽油价格为10.06元/公斤。折算到能量价格为0.2315元/千焦耳。

同期国内面粉批发价格为每公斤3元。折算到能量价格为0.2128元/千焦耳。面粉的能量价格还略优于汽油的能量价格。

注:在德国可能面粉比较便宜,其计算的结果是汽油的能量价格几乎是面粉能量价格的1.8倍

由于目前的内燃机都是根据燃油的特性设计的,直接将面粉用在现有的内燃机设备上显然行不通。但面粉的粉尘化比燃油的汽化更容易,粉尘也更持久,故而根据粉尘的特点设计相应的内燃机应该是可行的。

油气燃爆非常迅速,但也因过于迅速,氧化时间不足,常常导致燃烧不充分,折损了理论燃烧值(目前的发动机效率还不到20%),还污染了大气。而粉尘燃爆不如油气那么迅速,相对地更厚重持久和彻底。如针对这个特点在内燃机设计上采取相应措施,比如使用更高效的回转式发动机方案,并采取二次燃爆法,即在第一次燃爆后,将出气排入相邻气缸内,再输入新鲜空气进行二次燃爆(如下图所示),就有可能使粉尘得到充分的燃烧,通过提高燃烧效率,有望达到虽然面粉的理论燃烧值不如汽油但实际使用中达到或超过汽油的输出功率密度的效果。

转子发动机

错位双转子,实现二次燃爆

如我国的科学家、工程师们花些精力和资源在面粉发动机这个方向上进行研究,比万马奔腾地都去赶新能源电池的潮流、或跟风氢动力等,对国家在能源安全上的意义可能更大。新能源电池和氢燃料性能再优异,一点减少不了国家对进口石油的依赖。新能源电池和氢燃料也不存在对环保有贡献,只是把污染提前到发电过程中了,而制作电池还增加了附加的污染。有些时候,因地制宜的简单东西比高科技的东西更管用。

面粉发动机若能研制成功,虽说不一定能完全替代石油,但必将大大减轻国家对石油的依赖。大家都知道,石油资源是不可再生资源,总有用完的一天。而面粉的生产可以就地种植,一个小磨坊都能磨出面粉。战时敌对势力的导弹再智能,再精准,能炸掉核电厂,炸掉炼油厂,它还能炸完小麦地,炸光面粉厂?所以开发研究面粉发动机对国家的能源安全,会有积极的作用。只是担心,内燃机与人争食面粉后,馒头会不会涨价?

 

 

 

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