新能源技術(shù)專(zhuān)題 光熱與其他

1、1. 太陽(yáng)能熱發(fā)電工作原理太陽(yáng)能熱發(fā)電工作原理 太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用聚光集熱器把太陽(yáng)能聚集，將某種工質(zhì)加熱到數(shù)百攝氏度的高溫，然后經(jīng)熱交換器產(chǎn)生高溫高壓的過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪機(jī)出來(lái)的蒸汽，其壓力和溫度均已大大降低，經(jīng)過(guò)冷凝器凝結(jié)成液體后，重新返回?zé)峤粨Q器，開(kāi)始新的循環(huán)。所以，太陽(yáng)能熱發(fā)電就是把太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為機(jī)械能及電能。太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電 2. 太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的組成 集熱系統(tǒng)集熱系統(tǒng) ：聚光裝置聚光裝置 ，接收器接收器 ，跟蹤裝置跟蹤裝置 熱傳輸系統(tǒng)熱傳輸系統(tǒng) 蓄熱系統(tǒng)蓄熱系統(tǒng) 動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī) 太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電

2、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng) 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的聚塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的聚光裝置是按一定排列方式布置光裝置是按一定排列方式布置的平面反射鏡陣列群，分布在的平面反射鏡陣列群，分布在高大的中心接收塔的四周，形高大的中心接收塔的四周，形成一個(gè)巨大的鏡場(chǎng)。電站設(shè)計(jì)成一個(gè)巨大的鏡場(chǎng)。電站設(shè)計(jì)的容量越大，則鏡場(chǎng)尺寸也就的容量越大，則鏡場(chǎng)尺寸也就越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電功率越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電功率100MW需鏡場(chǎng)面積約需鏡場(chǎng)面積約2.5km2。 一個(gè)大型塔式太陽(yáng)能熱發(fā)一個(gè)大型塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，鏡場(chǎng)中通常裝有幾千臺(tái)電站，鏡場(chǎng)中通常裝有幾千臺(tái)定日鏡。定日鏡。太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主

3、要類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型 定日鏡是電站的主要投資部分，是發(fā)電站的關(guān)鍵部件之一，因此對(duì)定日定日鏡是電站的主要投資部分，是發(fā)電站的關(guān)鍵部件之一，因此對(duì)定日鏡的性能具有嚴(yán)格的要求：鏡面反射率高；鏡面平整度誤差小于鏡的性能具有嚴(yán)格的要求：鏡面反射率高；鏡面平整度誤差小于16；整體機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，運(yùn)行中能抵抗整體機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，運(yùn)行中能抵抗8級(jí)臺(tái)風(fēng)的壽命；運(yùn)行穩(wěn)定；全級(jí)臺(tái)風(fēng)的壽命；運(yùn)行穩(wěn)定；全天候工作；可以大批量生產(chǎn)；易于安裝；維護(hù)少，工作壽命長(zhǎng)。天候工作；可以大批量生產(chǎn)；易于安裝；維護(hù)少，工作壽命長(zhǎng)。 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)n槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)又稱(chēng)槽式拋

4、物面反射鏡又稱(chēng)槽式拋物面反射鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)（SEGS），也稱(chēng)分散），也稱(chēng)分散型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。其主要工作原理是將眾其主要工作原理是將眾多的槽型拋物面聚光集多的槽型拋物面聚光集熱器，經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排熱器，經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，從而可以收集較高列，從而可以收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)溫度的熱能，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分：聚光集熱裝置、輔助能源槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分：聚光集熱裝置

5、、輔助能源裝置、蓄熱裝置和汽輪發(fā)電裝置。裝置、蓄熱裝置和汽輪發(fā)電裝置。與塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電相比，除聚光集熱裝與塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電相比，除聚光集熱裝置外，其他各部分的工作原理以及各自在系統(tǒng)中的作用上看，基本上都是一置外，其他各部分的工作原理以及各自在系統(tǒng)中的作用上看，基本上都是一樣的。樣的。盤(pán)式拋物面鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)盤(pán)式拋物面鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)n盤(pán)式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)以單盤(pán)式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)以單個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡為基礎(chǔ)，個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡為基礎(chǔ)，構(gòu)成了完整的聚光、集熱和構(gòu)成了完整的聚光、集熱和發(fā)電單元。由于單個(gè)旋轉(zhuǎn)拋發(fā)電單元。由于單個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡不可能做得很大，物面反射鏡不可能做得很大，因此這種

6、太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置因此這種太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的單個(gè)功率都比較小，一般的單個(gè)功率都比較小，一般為為550kW。它可以分散地。它可以分散地單獨(dú)進(jìn)行發(fā)電，也可以又多單獨(dú)進(jìn)行發(fā)電，也可以又多個(gè)組成一個(gè)組成一 個(gè)較大個(gè)較大的發(fā)電系統(tǒng)。的發(fā)電系統(tǒng)。 太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型 n獨(dú)立運(yùn)行的盤(pán)獨(dú)立運(yùn)行的盤(pán)式拋物面鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：太陽(yáng)能式拋物面鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：太陽(yáng)能收集器系統(tǒng)、熱機(jī)收集器系統(tǒng)、熱機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)。 太陽(yáng)池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)n太陽(yáng)池是一個(gè)含鹽量具有一定濃太陽(yáng)池是一個(gè)含鹽量

7、具有一定濃度的鹽水池。池的上部有一層較度的鹽水池。池的上部有一層較輕的新鮮水，底部為較重的鹽水，輕的新鮮水，底部為較重的鹽水，使得在沿太陽(yáng)池的垂直方向維持使得在沿太陽(yáng)池的垂直方向維持一定鹽度的梯度。一定鹽度的梯度。 太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型 n工作原理工作原理 n 上層清水與底部鹽水之間是有一定厚度的非對(duì)流層，起著隔熱的作用。由于水對(duì)紅外輻射是不透明的，入射到太陽(yáng)池表面的太陽(yáng)輻射，紅外部分在近表面幾毫米以?xún)?nèi)的層中被吸收。太陽(yáng)光的可見(jiàn)光和紫外線部分可以透過(guò)幾米深的清凈水，這部分輻射能量將被池的深色底部吸收。當(dāng)池底部的鹽水被太陽(yáng)能加熱后，水開(kāi)始膨

8、脹上升，若膨脹所產(chǎn)生的浮力還不足以擾亂池內(nèi)鹽水濃度的穩(wěn)定性，則可有效地抑制和消除因浮力而可能引起的池水混合的自然對(duì)流趨勢(shì)。這樣，貯存在池底部的熱量只有通過(guò)傳導(dǎo)才能向外散失。這就是太陽(yáng)池?zé)岚l(fā)電的基本原理。 非 對(duì) 流 層 （ 隔 熱 層 ）對(duì) 流 層 （ 貯 熱 層 ）土 壤 （ 貯 熱 ）熱 鹽 水 （ 出 ）冷 鹽 水 （ 入 ）新 鮮 水排 出 口太陽(yáng)池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)n 一般太陽(yáng)池都是依靠天然鹽湖建造，因此在技術(shù)上有很大優(yōu)點(diǎn)：池表面積大，是巨大的平板集熱器；鹽水容量大，是巨大的儲(chǔ)熱槽；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；貯熱時(shí)間長(zhǎng)，可在1年以上；不污染環(huán)境；依托天然鹽湖，建造成本低。太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)

9、能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類(lèi)型 n實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用 n以色列奧爾馬特汽輪機(jī)公司在美國(guó)加州東圣伯納第諾地區(qū)一個(gè)干涸湖泊上建筑了世界上最大的太陽(yáng)池發(fā)電站，其總凈發(fā)電功率為48MW。第一組12MW機(jī)組于1985年投入運(yùn)行，整座電站于1987年12月投入運(yùn)行。這座電站有4個(gè)鹽水湖，每個(gè)面積達(dá)48103m2，池深3.64.8m，可供12組汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。池底的濃鹽水被太陽(yáng)光加熱后，溫度可達(dá)93.3oC。用泵將濃鹽水抽出，通過(guò)熱交換器加熱氟利昂，使之汽化，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。汽輪機(jī)排出的蒸汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)后，返回?zé)峤粨Q器再行加熱。系統(tǒng)運(yùn)行溫度可達(dá)82

10、.2oC。 分離器鍋爐G太陽(yáng)池水輪機(jī)泵汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器 地?zé)嵴羝l(fā)電地?zé)嵴羝l(fā)電 地下熱水發(fā)電地下熱水發(fā)電 地下熱水發(fā)電有兩種方式：一種是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作，叫做閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；另一種是利用地下熱水來(lái)加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作，叫做雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng) 地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電1 14 43 32 2 生物質(zhì)能是人類(lèi)最古老的能源。人類(lèi)自從學(xué)會(huì)使用火，就開(kāi)始利用生物質(zhì)能。所謂生物質(zhì)，就是所有來(lái)源于植物，動(dòng)物和微生物的除礦物燃料外的再生的物質(zhì)。 通常把生物質(zhì)能資源劃分為下列幾大類(lèi)別： 1）農(nóng)作物類(lèi)。包括產(chǎn)生淀粉可發(fā)酵生產(chǎn)酒精的薯類(lèi)、玉米、甜高粱等，產(chǎn)生糖類(lèi)的甘

11、蔗、甜菜、果實(shí)等。 2）水生藻類(lèi)。包括海洋生的馬尾藻、巨藻、海帶等，淡水生的布帶草、浮萍等；微藻類(lèi)的螺旋藻、小球藻類(lèi)，以及藍(lán)藻、綠藻等。 3）可以提煉石油的植物類(lèi)。包括橡膠樹(shù)、藍(lán)珊瑚、桉樹(shù)、葡萄牙草等。 4）農(nóng)作物廢棄物（如秸稈、谷殼等）、林業(yè)廢棄物（如枝葉、樹(shù)皮、鋸末等）、畜牧業(yè)廢棄物（如骨頭、毛皮等）及城市垃圾等。 5）光合成微生物。如流細(xì)菌、非流細(xì)菌等。生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電 1)生物質(zhì)氣化生產(chǎn)可燃?xì)怏w及熱裂解產(chǎn)品可燃性氣體、生物油、炭等。生物質(zhì)燃?xì)馐强扇紵纳镔|(zhì)如木材、鋸末屑。秸稈、谷殼等在高溫條件下經(jīng)過(guò)干燥、干餾熱解、氧化還原等過(guò)程后產(chǎn)生的可燃混合氣體。其主要成分有CO、H2、C

12、H4等可燃?xì)怏w及不可燃?xì)怏wCO2、O2、N2和少量水蒸氣。另外，還有大量煤焦油，它是由生物質(zhì)熱解釋放出的多種碳氧化合物組成的。 2)綠色“石油燃料”酒精。把植物纖維素經(jīng)過(guò)一定的加工改造，發(fā)酵即可獲得乙醇（酒精）。 3)甲醇。甲醇是由植物纖維素轉(zhuǎn)化而來(lái)的重要產(chǎn)品，是一種環(huán)境污染很小的液體燃料。 4)沼氣。沼氣是高效氣體燃料，主要成分為甲烷（5570）、二氧化碳（約3035）和極少量硫化氰、氫氣、氨氣、磷化三氫、水蒸氣等。 5)垃圾燃燒供能。城市垃圾經(jīng)過(guò)分類(lèi)處理后，在特制的焚燒爐內(nèi)燃燒后利用其產(chǎn)生的熱量發(fā)電是又一生物質(zhì)能資源。 6)直接燃燒。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的能源形式生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的能源形式 甲醇發(fā)電站

13、 城市垃圾發(fā)電技術(shù)：城市垃圾處理的新方向是通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣再用來(lái)發(fā)電 生物質(zhì)燃?xì)猓久簹猓┌l(fā)電技術(shù)生物質(zhì)量熱裂解發(fā)電 生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電備用池?zé)崴湔託獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)備水封料液熱交換器進(jìn)料廢氣沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)組沼氣流量計(jì)氣水分離器消化池脫硫塔貯氣柜電力殘余物消化池潤(rùn)滑冷卻器發(fā)電機(jī)沼氣發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖 潮汐發(fā)電，就是利用海水漲落及其所造成的水位差來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。一般的水利發(fā)電的水流方向是單向的，而潮汐發(fā)電則不同。從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)說(shuō)，潮汐發(fā)電首先是把潮汐的動(dòng)能和位能通過(guò)水輪機(jī)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?潮汐能發(fā)電潮汐能發(fā)電潮汐發(fā)電原理圖

14、堤 壩蓄 水 池水 面海 平 面海 水海 水渦 輪 機(jī)落 潮 發(fā) 電堤 壩海 水渦 輪 機(jī)漲 潮 發(fā) 電蓄 水 池水 面海 平 面海 水燃料電池發(fā)電不同于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，其燃料不經(jīng)過(guò)燃燒，沒(méi)有復(fù)雜的從燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，而是直接將燃料中的氫氣借助于電解質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在生成水的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電，因此其實(shí)質(zhì)是化學(xué)能發(fā)電。 燃料電池發(fā)電燃料電池發(fā)電化學(xué)反應(yīng)與電子的運(yùn)動(dòng) 電氣狀態(tài)結(jié)合狀態(tài)氫分子氧分子水分子2 H2+ O22 H2O能量水平能量高能量低氫分子H2（中性）氫離子H+（放出電子，帶正電荷）氧原子O2（中性）氧離子O（吸收電子，帶負(fù)電荷）2在氫與氧結(jié)合產(chǎn)生水時(shí)，首先氫氣放出電子，具有正電荷；同時(shí)，氧氣從氫氣中得到電子，具有負(fù)電荷，兩者結(jié)合成為中性的水。在氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)中，發(fā)生電子的移動(dòng)，把電子的移動(dòng)取出，加到外部連接的負(fù)載上面，這種結(jié)構(gòu) 即為燃料電池。 n為使移動(dòng)的電子能夠取出加到外部連接的負(fù)載上，有必要把氫與氧用以離子為導(dǎo)體的電解質(zhì)將其分開(kāi)，在電解質(zhì)的兩邊進(jìn)行反應(yīng)。氫氣反應(yīng)的地方為燃料極，氧氣反應(yīng)的地方為空氣極，夾在這兩極中間通過(guò)離傳導(dǎo)電力的