溫差熱發(fā)電技術(shù)及分布式供能

1、溫差熱發(fā)電技術(shù)與分布式供能溫差熱發(fā)電技術(shù)與分布式供能Thermal power generation technologyThermal power generation technology單位單位：XXXXXXXXXXXXXXXX 專業(yè)專業(yè)：XXXXXXXXXXXXXXXX姓名姓名：XXXXXXXXXXXXXXXX 溫差熱發(fā)電技術(shù)與分布式供能溫差熱發(fā)電技術(shù)與分布式供能溫差熱發(fā)電技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀溫差熱發(fā)電技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀12溫差熱發(fā)電技術(shù)的基本原理溫差熱發(fā)電技術(shù)的基本原理3溫差熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用溫差熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用4溫差電技術(shù)的研究溫差電技術(shù)的研究始于始于2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代年

2、代2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代達到高峰年代達到高峰應(yīng)用：應(yīng)用：u航天、軍事航天、軍事u少用于工業(yè)、少用于工業(yè)、民用產(chǎn)業(yè)民用產(chǎn)業(yè)科技發(fā)達國家已先后將發(fā)展溫差電技術(shù)列入中長期能源開發(fā)計劃?？萍及l(fā)達國家已先后將發(fā)展溫差電技術(shù)列入中長期能源開發(fā)計劃。發(fā)達國家：發(fā)達國家：十分重視溫差熱發(fā)電技術(shù)，太陽能熱發(fā)電技術(shù)在歐美等國家已經(jīng)成熟，且已經(jīng)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電; 日本：日本：在海洋溫差熱發(fā)電技術(shù)方面居世界領(lǐng)先地位中國：中國：溫差熱發(fā)電技術(shù)目前仍處于試驗研究與工程示范階段透平機（透平機（turbineturbine）與溫差發(fā)電機相結(jié)合）與溫差發(fā)電機相結(jié)合熱電效應(yīng)與半導(dǎo)體溫差發(fā)電熱電效應(yīng)與半導(dǎo)體溫差發(fā)電 溫差發(fā)電通過

3、熱電轉(zhuǎn)換材料得以實現(xiàn)，而檢定熱電轉(zhuǎn)換材料的標(biāo)志，在于它的三個基本效應(yīng)：帕爾帖（帕爾帖（PeltierPeltier） 效應(yīng)效應(yīng)塞貝克（塞貝克（SeebeckSeebeck）效應(yīng)）效應(yīng) 溫差發(fā)電的基礎(chǔ)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。湯姆遜（湯姆遜（ThomsonThomson）效應(yīng)）效應(yīng)熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)半導(dǎo)體溫差發(fā)電原理半導(dǎo)體溫差發(fā)電原理 將許多對P型和N型熱電轉(zhuǎn)換材料連接起來組成模塊，就可得到足夠高的電壓，形成一個溫差發(fā)電機。 熱電轉(zhuǎn)換材料直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，是一種全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式， 無需化學(xué)反應(yīng)或流體介質(zhì)，因而在發(fā)電過程

4、中具有優(yōu)點優(yōu)點： 無噪音、無磨損、無介質(zhì)泄漏、免維護、無噪音、無磨損、無介質(zhì)泄漏、免維護、 體體積小、重量輕、移動方便、使用壽命長。積小、重量輕、移動方便、使用壽命長。 在軍用電池、遠程空間探測器、 遠距離通訊與導(dǎo)航、微電子等特殊應(yīng)用領(lǐng)域具有“無可替代”的地位。半導(dǎo)體溫差發(fā)電半導(dǎo)體溫差發(fā)電 在 21 世紀(jì)全球 環(huán)境和能源條件惡化、燃料電池又難以進入實際應(yīng)用的情況下，溫差電技術(shù)更成為引人注目的研究方向。 溫差熱發(fā)電技術(shù)溫差熱發(fā)電技術(shù)是一種利用高、低溫?zé)嵩粗g的溫差，采用低沸點工作流體作為循環(huán)工質(zhì)，在朗朗肯循環(huán)肯循環(huán)( Rankine Cycle，RC) 基礎(chǔ)上，用高溫?zé)嵩醇訜岵⒄舭l(fā)循環(huán)工質(zhì)產(chǎn)生的

5、蒸汽推動透平發(fā)電的技術(shù)。溫差熱發(fā)電技術(shù)原理溫差熱發(fā)電技術(shù)原理u四大組件：蒸發(fā)器，冷凝器，蒸發(fā)器，冷凝器， 氣輪機，工作流體泵氣輪機，工作流體泵。u高溫?zé)嵩醇訜嵴舭l(fā)器蒸發(fā)器內(nèi)工作流體并使其蒸發(fā)，然后在氣輪機氣輪機 內(nèi)絕熱膨脹，推動氣輪機葉片而發(fā)電，發(fā)電后的工作流體導(dǎo)入冷凝器冷凝器內(nèi)，將其熱量傳給低溫?zé)嵩?，冷卻再恢復(fù)成液體，經(jīng)循環(huán)泵循環(huán)泵送入蒸發(fā)器，形成一個循環(huán)。溫差熱發(fā)電技術(shù)原理溫差熱發(fā)電技術(shù)原理u溫差熱發(fā)電循環(huán)目前主要有閉式循環(huán)、開式循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)、聯(lián)合循環(huán)和Kalina 循環(huán)，在相同的運行條件下，回?zé)嵫h(huán)的循環(huán)轉(zhuǎn)換效率最高u循環(huán)工質(zhì)及循環(huán)裝置對溫差熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的熱效率也有影響。溫差熱發(fā)電技

6、術(shù)溫差熱發(fā)電技術(shù)幾種采用不同循環(huán)工質(zhì)的低溫?zé)嵩葱偷男⌒碗p工質(zhì)發(fā)電裝置太陽能利用地?zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾锰柲芾玫責(zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾煤Ｑ鬁夭畎l(fā)電海洋溫差發(fā)電/ /海洋熱能轉(zhuǎn)換海洋熱能轉(zhuǎn)換（Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC） 定義：定義：利用海洋表層溫海水（2030）與距海面2001000m深度的冷海水（38）溫差產(chǎn)生的熱能獲取電能。 從表面高溫?zé)嵩吹缴钐幍蜏責(zé)嵩?，可能獲得總溫差1520左右的有效能量，最終可能獲得具有工程意義的11溫差的能量。海洋溫差利用海洋溫差利用開式循環(huán)閉式循環(huán)混合式循環(huán)陸上設(shè)備型海上設(shè)備型

7、海洋溫差利用海洋溫差利用u 分類分類工質(zhì)及流工質(zhì)及流程的不同程的不同發(fā)電設(shè)備的發(fā)電設(shè)備的設(shè)置形式設(shè)置形式海洋溫差利用海洋溫差利用 閉閉式循環(huán)系統(tǒng)式循環(huán)系統(tǒng)不以海水而采用一些低沸點的物質(zhì)（如丙烷、異丁烷、氟利昂、氨等）作為工作流體，在閉合回路中反復(fù)進行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。因為系統(tǒng)使用低沸點工作流體，蒸汽的壓力得到提高。u陸上型陸上型是把發(fā)電機設(shè)置在海岸，而把取水泵延伸到5001000米或更深的深海處。u海上型海上型是把吸水泵從船上吊掛下去，發(fā)電機組安裝在船上，電力通過海底電纜輸送。海上設(shè)備型又可分成三類，即浮體式（包括表面浮體式、半潛式、潛水式）、著底式和海上移動式。 海洋溫差利用海洋溫差利用太陽

8、能利用地?zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾胾能量來自地球內(nèi)部的熔巖，并以熱力形式存在。在80至100公英里的深度處，溫度會降至650至1200u通過地下水的流動和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉(zhuǎn)送至較接近地面的地方。地?zé)崮艿責(zé)崮?Geothermal Energy )(Geothermal Energy )地?zé)崮芾玫責(zé)崮芾?根據(jù)可利用地?zé)豳Y源的特點以及采用技術(shù)方案的不同，地?zé)岚l(fā)電主要劃分為：1. 1. 四種發(fā)電方式四種發(fā)電方式地?zé)崮芾玫責(zé)崮芾玫責(zé)嵴羝?lián)合循環(huán)地下熱水地下熱巖石發(fā)電方式2. 2. 兩種發(fā)電裝置兩種發(fā)電裝置地?zé)崮芾玫責(zé)崮芾闷嗇啓C機發(fā)發(fā)電電二二元元發(fā)

9、發(fā)電電裝裝置置目前世界上多數(shù)正在運行的地?zé)岚l(fā)電裝置屬于汽輪機型，但二元發(fā)電裝置越來越普及。 汽輪發(fā)電機制造和運行都不太貴，但為了在高效率下操作，它要求水溫在180200以上。 二元發(fā)電裝置制造和運行費用較高，但它可用100或更低溫的水發(fā)電。地?zé)崂美唬汉５缀跓焽璧責(zé)崂美唬汉５缀跓焽?與傳統(tǒng)的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)不同海底黑煙囪海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)是以海洋地?zé)釣闊嵩匆陨詈＠渌疄槔湓吹陌l(fā)電系統(tǒng) 。地?zé)崮芾玫責(zé)崮芾玫責(zé)崂美貉┑責(zé)崂美貉┤毡厩锾锎髮W(xué)研制，由海水溫差發(fā)電的啟發(fā)，成功利用雪進行溫差發(fā)電。1. 利用高原積雪融化成雪水將一般冷藏庫使用的液體氟利昂進行氣化，推動汽輪機發(fā)電，再通過雪和

10、雪水使其變成液體2. 將雪作為冷源，地?zé)崴蚺欧艧崴鳛闊嵩?，利用溫差發(fā)電地?zé)崮芾玫責(zé)崮芾锰柲芾玫責(zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾?將太陽能集熱技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，利用太陽能產(chǎn)熱再利用溫差發(fā)電技術(shù)將熱能轉(zhuǎn)化成電能。太陽能利用太陽能利用1.太陽能水暖溫差發(fā)電2.太陽能集熱板溫差發(fā)電3.太陽能輔助小溫差熱發(fā)電利用太陽能真空管集熱，促使管內(nèi)水溫高于水箱水溫，因熱水比冷水輕，形成對流，最終使水箱中的溫度達到使用所需的溫度。太陽能利用太陽能利用太陽能水暖溫差發(fā)電太陽能水暖溫差發(fā)電太陽能熱發(fā)電屋頂結(jié)構(gòu)在屋頂設(shè)置了熱電轉(zhuǎn)換器件，太陽能輻射到集熱板上，使溫差發(fā)電器熱端溫度升高，與冷端形成

11、溫差，從而發(fā)出電能，在環(huán)境溫度30-35，輻射強度為800 W/時，能夠產(chǎn)生12 W /的電力。太陽能利用太陽能利用太陽能集熱板溫差發(fā)電太陽能集熱板溫差發(fā)電u工質(zhì)：工質(zhì)：氨u蒸發(fā)器熱源：蒸發(fā)器熱源：工業(yè)廢水u原理：原理：從汽輪機排放的低壓氣體被冷凝器冷卻后，通過工質(zhì)泵加壓送人蒸發(fā)器中，該蒸發(fā)器的熱源可采用工業(yè)廢水，循環(huán)工質(zhì)被蒸發(fā)器預(yù)熱后流入太陽能集熱器中，從集熱器中蒸發(fā)并過熱后的高溫高壓蒸汽推動汽輪機做功太陽能輔助小溫差熱發(fā)電太陽能輔助小溫差熱發(fā)電太陽能利用太陽能利用太陽能利用地?zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾?大多數(shù)工業(yè)過程都會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢熱，如果直接排放到環(huán)境中，不僅嚴(yán)重污染環(huán)

12、境，而且是一種極大的能源浪費；以傳統(tǒng)的方式加以回收，其經(jīng)濟效益又非常有限。將朗肯循環(huán)整合到朗肯循環(huán)整合到能源系統(tǒng)，即以工業(yè)余熱廢熱驅(qū)動朗肯循環(huán)能源系統(tǒng)，即以工業(yè)余熱廢熱驅(qū)動朗肯循環(huán)，不但可在相同輸出的條件下，減少CO2等污染物的排放，有利于環(huán)境保護；而且還可將低品位能源升級成高品位的電能。余熱回收利用余熱回收利用 工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱數(shù)量相當(dāng)可觀，例如，印刷廠排出的70 90 的廢水，熱電廠、核電廠等排出的50 以上的冷凝水，發(fā)動機排出的溫度在450以上的廢氣，輕型汽車排放的溫度達700的廢氣，中型汽車排出的溫度達500以上的廢氣等，利用以上工業(yè)余熱可作為小溫差熱發(fā)電系小溫差熱發(fā)電系統(tǒng)的高

13、溫?zé)嵩唇y(tǒng)的高溫?zé)嵩从酂峄厥绽糜酂峄厥绽?溫差發(fā)電器安裝在汽車內(nèi)燃機的排氣管上，將內(nèi)燃機運行時排出的余熱直接轉(zhuǎn)化成電能。u汽車發(fā)動機余熱溫差發(fā)電汽車發(fā)動機余熱溫差發(fā)電余熱回收利用余熱回收利用太陽能利用地?zé)崮芾闷渌矫嬗酂峄厥绽煤Ｑ鬁夭罾?人體內(nèi)存在一定的溫差, 且從體核到體表逐漸下降。如果在體內(nèi)植入熱電片熱電片, 則熱電片兩側(cè)之間勢必存在一定溫度差, 其正負(fù)極于是可輸出一定電能。人體內(nèi)溫差長期存在人體內(nèi)溫差長期存在, , 因而可因而可保證熱電片持續(xù)不斷地獲取并保證熱電片持續(xù)不斷地獲取并輸出電能。輸出電能。通過處理后, 有望成為一些植入式醫(yī)療器械的理想電源。其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式u可植

14、入式溫差發(fā)電可植入式溫差發(fā)電 熱電片產(chǎn)生的電荷, 除了可以給植入式醫(yī)療器械供電, 還可引申出一些新興的可能用途：u利用熱電片產(chǎn)生的微電流促進藥物的運輸u利用脈沖電流磁場抑制癌細(xì)胞的生長u電流是神經(jīng)傳導(dǎo)的主要傳導(dǎo)信號, 由熱電片產(chǎn)生的電流可用于刺激神經(jīng)傳導(dǎo)其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式 現(xiàn)代戰(zhàn)爭中執(zhí)行地面主要突擊任務(wù)的坦克以大功率柴油機為動力。柴油機燃燒后的廢氣造成坦克排煙管表面具有很高的溫度，戰(zhàn)斗中火炮的連續(xù)射擊使炮管成為高溫?zé)嵩?。履帶、后裝甲因劇烈摩擦和高溫導(dǎo)熱產(chǎn)生較強的紅外輻射特征信號。u溫差發(fā)電用于坦克紅外抑制溫差發(fā)電用于坦克紅外抑制其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式 這些部位的熱特性與其他部位存在明顯

15、差異, 很容易遭到敵紅外探測儀器的識別、跟蹤和精確制導(dǎo)武器的攻擊, 因此實現(xiàn)對坦克溫表面紅外輻射特性的有效抑制已迫在眉睫。2022-2-10其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式 (1) 坦克排煙管高溫表面經(jīng)熱電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的電能能夠驅(qū)動直流冷卻風(fēng)扇運轉(zhuǎn), 風(fēng)扇的強制對流換熱加速了熱量的散發(fā), 熱電轉(zhuǎn)換和熱量轉(zhuǎn)移使得散熱器外表溫度較坦克排煙管表面溫度的降幅超過65%。 (2) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加致使溫差發(fā)電器件冷熱面溫差增大, 輸出電壓增大, 風(fēng)扇強制對流換熱增強,紅外抑制效果更加明顯。其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式核溫差發(fā)電垃圾焚燒發(fā)電空間探測溫差發(fā)電(放射性同位素溫差發(fā)電)其他應(yīng)用方式其他應(yīng)用方式更多領(lǐng)域更多領(lǐng)域： 分布式供能相對于傳統(tǒng)的集中式供能方式而言。是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱或(和)冷能的系統(tǒng)。 分布式發(fā)電模式的應(yīng)用趨勢就是由邊遠無電地區(qū)的獨立供電模式向有電地區(qū)的常規(guī)并網(wǎng)發(fā)電方向發(fā)展。與分布式供能的聯(lián)系與分布式供能的聯(lián)系 1.1.溫差熱發(fā)電是分布式供能的重要形式之一：溫差熱發(fā)電是分布式供能的重要形式之一： 2. 2.溫差熱發(fā)電將與分布式供能進一步結(jié)合：溫差熱發(fā)電將與分布式供能進一步結(jié)合： 為了使太陽能溫差發(fā)電這種分布式發(fā)電