低温热能发电的研究现状和发展趋势
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低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨摘要:随着可持续发展战略的提出,工业生产中对中低温能源有效利用、低污染处理问题逐渐重视,特别是对煤炭资源及电力资源需求量巨大的水泥产业,更是充分认识到余热处理的重要性,不断对余热发电技术进行探究。
本文分析了低温余热发电技术的特点和发展趋势。
关键词:低温余热;发电技术特点;发展趋势全球范围内能耗的升高和温室效应的加剧,对发展更高级的能量系统以提高能量利用率,并减少CO2排放提出了更迫切的要求。
在工业生产中至少50%的热量以各种形式的余热被直接排放到大气中,不仅造成了能源浪费,而且对环境造成热污染。
一、低温余热发电技术的特点1.含尘量较大。
对于低温余热发电技术的具体运行环境来看,其含尘量一般而言是比较大的,这种较大的含尘量也就很可能会对于相应的发电锅炉运行产生一定的影响,甚至会导致其出现较为明显的磨损现象,在日常运行过程中也容易出现一些堵塞现象。
在实际低温余热发电技术运行中,因为其工矿生产烟气的含尘量一般都比较大,进而也就很容易出现积灰问题,最终影响到相应系统的运行效果,必须要在具体的系统中恰当安装相应的除尘装置,避免因为粉尘的问题影响其运行效果。
2.腐蚀性效果明显。
结合工矿企业中低温余热发电技术的应用来看,相应腐蚀性表现也是比较明显的,这种腐蚀性问题主要就是指含有低温余热的烟气因为其内部含有较多的杂质,进而也就很容易促使其表现出较为明显的腐蚀性效果,尤其是对于烟气中存在的大量SO2气体而言,其腐蚀性更是极为突出,进而也就需要引起相应管理人员的高度重视。
在实际运行过程中,为了促使其能够更好避免腐蚀性威胁和影响,应该针对相应余热锅炉进行有效的防腐蚀处理,首先在受热面以及炉膛的材质选择上,促使其能够具备理想的耐腐蚀效果,在表面也应该通过合理的防腐蚀进行处理,保障其能够形成一层致密的保护膜,最终有效提升其整体应用实效性。
3.安装现场环境较为复杂。
为了更好促使低温余热发电技术能够得到较好运用,还需要重点针对其相应的系统安装进行有效关注,尤其是对于相应系统中涉及到的各个设备,更是需要促使其能够在最为恰当的位置得到有效安装处理。
低温热能发电的研究现状和发展趋势摘要:我们各国拥有丰富、温暖和节能的资源,对空间和能源的开发非常宝贵。
低热量被广泛使用,在太阳能和工业能源生产中起着重要作用。
本文研究了低温发电的现状和未来趋势,为低温发电研究提供了行业参考。
关键词:低温热能;低品位能源;热力发电;环保工质低温热能是一种可再生能源,提供了回收的好处。
根据一项调查,中国每年排放大量二氧化硫,主要是低质量的。
低温热能加剧了能源短缺。
高效利用低温是符合我国能源战略的重要措施,也是社会各界应注意和重视的节能减排重要工具。
到目前为止,循环系统早就准备好降低我国的热量了。
这项系统技术是在19世纪初开发的,现已近200年。
它是一种回收工质用于复杂回收过程的系统。
这些系统通常用于回收,并且在实践中易于快速使用。
因此,它们被用于许多工业制造企业。
1.概述低温热能是相对较低的热量。
总温度低于200℃。
有各种各样的可再生能源,包括太阳能、工业热能、地热能源和海洋温度变化。
数目庞大,关于工业废热,统计数据表明,50%的人直接将低温热能作为低质量废物的热量散发。
使用和回收这部分能源不仅有助于解决各国的能源问题,而且有助于减少能源生产过程中的污染。
节节能技术主要基于朗肯循环热发电系统,如有机物朗肯循环、水蒸气扩容、Kalina、氨吸收循环等。
有机朗肯循环有机物工质(或混合材料)使用不同的有机工质在不同温度下回收热量。
水蒸气扩容循环主要用于地热发电。
karina氨结合合成氨的回收利用是一种新型的合集循环。
70年代石油危机中,开始了一项关于低温利用的国家和国际研究。
有机物朗肯循环最常面临生物重复的研究和应用结构。
早在1924年就开始研究二苯醚作为工业物质的循环。
到目前为止,全球已部署了2000多ORC装置,共有14000 kW半兽发电机组人。
低温热能发电的研究主要研究工质的热特性和环境特性。
混合工质的应用优化冷却循环等。
二、系统描述能量转换系统以理想的朗肯循环为基础,利用有机工质低沸点的物理特性,利用膨胀机、发电机将低温热能转换为高质量机械能量。
2024年中低温余热发电市场发展现状简介中低温余热发电是一种利用工业过程产生的中低温余热能进行发电的技术。
这项技术可以有效地提高能源利用效率,减少环境污染,具有良好的可持续性和经济性。
本文将对中低温余热发电市场的发展现状进行探讨。
发展背景随着全球能源需求的增长和对环境污染的关注,提高能源利用效率和减少环境污染已成为各国政府和企业的重要目标。
中低温余热发电技术正是为了实现这一目标而应运而生的。
它可以利用工业生产中产生的中低温余热能,将其转化为电能,从而实现能源的再利用,减少温室气体的排放。
市场规模及发展趋势中低温余热发电市场在过去几年中取得了快速的发展。
根据市场研究机构的数据显示,2019年全球中低温余热发电市场规模达到xx亿美元,并预计在未来几年内将保持较高的增长率。
这一市场的发展得益于以下几个因素的推动:1.政策支持:各国政府纷纷制定了相关政策和法规,鼓励企业采用中低温余热发电技术。
政府的支持和补贴措施为中低温余热发电市场提供了重要的动力。
2.节能减排需求:随着环境意识的普及,企业对节能减排的需求更加迫切。
中低温余热发电技术正是为了满足这一需求而出现的,它可以有效地减少碳排放,降低企业的运营成本。
3.技术进步:随着科技的不断进步,中低温余热发电技术的效率和可靠性得到了显著提高。
新型的发电设备和材料的不断研发,使得中低温余热发电技术具备了更广阔的应用前景。
市场发展环境及挑战中低温余热发电市场虽然发展迅速,但仍面临一些挑战和限制因素:1.技术成熟度:中低温余热发电技术相对于传统的发电技术还比较新颖,其技术成熟度相对较低。
需要进一步加大研发投入,提高技术水平,降低设备成本,以增加市场的竞争力。
2.行业标准化:中低温余热发电行业缺乏统一的标准和规范,这给市场的发展带来了一定的不确定性。
需要加强行业间的合作与交流,加快标准化进程,促进市场的规范化发展。
3.市场竞争:中低温余热发电市场的竞争愈发激烈,各个厂商纷纷进军该领域。
2023年中低温余热发电行业市场调研报告随着经济的发展和能源消耗的增长,传统能源的资源日益减少,环境问题也越来越引起人们的关注,因此,开发和利用可再生能源日益成为人们探索的方向。
其中,中低温余热是被广泛关注的可再生能源之一,有着广阔的应用前景和市场需求。
一、中低温余热发电的概念和特点中低温余热发电是指利用工业生产中产生的中低温余热,在经过热交换后,通过发电机转化成电能的过程。
中低温余热发电具有以下特点:(1)环保:中低温余热发电可以充分利用废热资源,减少二氧化碳等污染物的排放,减少对自然环境的影响。
(2)节能:中低温余热发电可以将废热再利用,提高自身能量利用效率,减少能源消耗。
(3)高效:中低温余热发电可以提高工业生产过程中产生的能量利用效率,实现节能减排和经济效益的双重效果。
二、行业市场需求分析(1)政策支持:随着国家对节能减排和环境保护的重视,政府加强了对中低温余热发电的政策支持,为中低温余热发电产业的发展提供了有力的政策保障。
(2)"十三五"规划:在"十三五"规划中,国家明确提出推进"智能+"改造,加快工业过剩产能消化,开发产业新动能等一系列发展目标,为中低温余热发电行业的发展提供了广泛的发展空间。
(3)工业发展:随着工业的发展和日益增长的能源需求,中低温余热发电行业市场需求不断增长。
在钢铁、水泥、化工、电子、纺织、食品等行业中,中低温余热发电得到广泛的应用。
(4)节能减排:中低温余热发电的节能减排效果显著,能够有效减少能源消耗和废气排放,满足环保和节能减排的双重需求。
三、行业市场现状分析(1)市场规模:目前国内中低温余热发电行业市场规模还比较小,但是随着环保和能源问题的日益凸显,中低温余热发电行业的市场需求呈上升趋势。
(2)技术水平:目前国内中低温余热发电技术水平虽然有所提高,但相对于国外仍有一定差距。
技术水平的提高需要技术人才的引进和支持,加强国际合作和交流。
(3)市场主体:目前国内中低温余热发电行业的市场主体还比较分散,市场龙头企业还没有形成。
低温热电发电技术的开发和应用分析一、引言在当今社会,能源问题是世界面临的难题之一。
世界各国正在寻找更加可持续和环保的能源替代品。
低温热电发电技术是一种新型的清洁能源利用方式,它可以将低温的废热或环境温度转化为电能。
本文将对低温热电发电技术的开发与应用进行论述。
二、低温热电发电技术原理低温热电发电技术是一种基于热电效应的发电方式。
热电效应是指在热差异或者材料内部存在电场时,会产生电磁势,并产生电流的现象。
低温热电发电技术是指利用热电效应将废热或环境温度变成可以产生电力的源头,实现能源再利用。
具体来说,低温热电发电技术主要包括两个主要部分:热电材料和热电模块。
热电材料是指那些具有热电效应的材料,例如:硒化铋(Bi2Te3)、硫化铅(PbS)等。
热电模块是由多个热电材料单元组成的模块,热电材料的热电效应工作在模块的热差异场下,从而产生电能。
三、低温热电发电技术的优点1.低碳环保:低温热电发电技术利用的是废热或环境温度等少量能源,不会对环境造成负面影响。
2.高效节能:传统的发电方式存在很大的能量损失,而低温热电发电技术对于废热、环境温度等能量来源的利用率高达20%-30%,节能效果显著。
3.适用范围广:由于低温热电发电技术不需要高温蒸汽和高压气体等的支撑,因此适用范围非常广泛。
四、低温热电发电技术的应用研究进展1.低温热电发电技术在航空领域的应用:航空运输中需要利用废热收集和储存电能。
利用低温热电发电技术,可以把废热转化为电能,实现能源共享和节能减排。
2.低温热电发电技术在冶金工业中的应用:冶金生产中有大量的废热和高温烟气,如果不能充分利用会造成资源浪费和环境污染。
低温热电发电技术在冶金工业中的应用可以将这些废热转化为电能,实现资源再循环和环境友好型生产。
3.低温热电发电技术在汽车工业中的应用:汽车行驶时会产生大量的废热,如果不能充分利用,不仅浪费能源,而且会影响驾驶安全。
低温热电发电技术在汽车工业中的应用可以利用废热产生电能,为汽车提供电力,实现节能减碳。
低温热能发电的现状和发展前景摘要:目前,地球上人口数量已经接近70亿,近一个世纪以来,化石燃料的使用量几乎增加了30倍。
如何实现能源的可持续发展已经成为摆在人类面前的一个重要课题。
在各种新式能源利用研究中,低温热能发电近年来成为科学家研究的一个热点。
低温热能种类繁多,数量巨大,从人类热能工业余热利用,到自然环境中的太阳能、地热资源、海洋温差、生物质能等,涉及多方面的低温热资源利用。
现阶段低温热能发电的研究重点有:工质的热物性和环保性能、循环优化研究:提高低温热能发电效率的研究,包括混合工质循环、Kalina循环、回热、氨吸收式动力制冷循环等;基于有限时间热力学的系统最优控制等方面的研究。
关键词低温热能朗肯循环热力发电概述:低温热能是指品位相对较低的热能,一般温度低于200℃,这些能源种类繁多,包括太阳热能、各种工业废热、地热、海洋温差等可再生能源;同时总量巨大,以工业废热为例,有统计指出,人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放。
低温热能因发电教率很低、技术利用难度很大,因而在很多情况下都被直接排放至环境,造成大量浪费。
利用和回收这部分能源,既有助于解决我国的能源问题,又能减少能源生产过程中的环境污染。
对低温热能发电技术研究的第一次热潮始于石油危机的爆发,人们对以戊烷、异丁烷以及一些氟利昂为工质的热力发电系统进行了大量的研究。
但是随着石油危机的结束,对这项技术的研究也走人低谷。
近年来随着人类对能源环境危机意识的增强,对低温热能技术的研究又逐渐增温,现阶段人类对其的研究相比较第一次热潮来讲更注重能源利用的可持续性,可以预见,这项技术将随着人类节约能源意识的增强而得到广泛的应用,从而为人类能源的可持续发展做出重大贡献。
一、低温热能发电利用的现状1、太阳能热电利用技术除了太阳能电池外,太阳能热电技术也是利用太阳能的方法之一。
由于太阳能能量密度低,热源温度不高,所以太阳能热电系统主要是基于集热技术的朗肯循环(如有机物朗肯循环)系统。
2023年中低温余热发电行业市场发展现状中低温余热发电是指利用加工生产过程中废弃的中低温余热,将其转换为电能的技术。
随着我国经济的快速发展,工业生产产量增加,因此中低温余热发电技术的应用前景非常广阔,在我国的市场发展前景也越来越受到重视。
目前,中低温余热发电市场在国内尚处于初级阶段,但各个地区的市场发展情况有所不同,主要体现在以下几个方面:一、市场规模不断扩大我国的工业经济快速发展,同时伴随着能源消耗总量的增加。
很多工业企业在生产过程中需要消耗大量的能源,其中废气、废水、废热等形成的中低温余热就是很大的能量浪费。
近年来,政府对中低温余热的资源利用逐渐重视,相应的政策也不断出台。
各地相继出台了促进余热利用的相关文件、政策等。
建立中低温余热发电工程,可满足电力需求,还可大幅减少企业的能源消耗,因此市场规模不断扩大。
二、技术不断进步中低温余热发电技术的发展已经十分成熟,其中常见的利用中低温余热发电的技术为有机朗肯循环、卡钳朗肯循环和卡诺循环等。
这些循环技术能够有效地将中低温余热转化为电能,提高了能源利用率。
目前,国内的中低温余热发电技术不断地创新和改进,不断提高其效率和可靠性。
三、市场应用范围扩大中低温余热发电的应用范围十分广泛。
除了在电力行业中的应用之外,还被广泛使用于石化、钢铁、水泥等行业。
中低温余热发电技术不仅可以减少能源的浪费,而且还可以解决环境污染的问题。
在当前环境保护和可持续发展背景下,中低温余热发电技术广泛应用的前景非常乐观。
四、存在一些挑战虽然中低温余热发电行业发展迅速,但也存在一些问题。
首先是技术问题。
虽然中低温余热发电技术已经非常成熟,但其在实际运行中还会存在一些问题,如运行效率低下、设备故障等。
其次是市场整合问题。
中低温余热发电市场尚处于初级阶段,市场混乱,同行业市场整合力度不够,整体行业发展陷入了瓶颈。
综上所述,中低温余热发电行业市场发展前景十分广阔,但也面临一些挑战。
政府和企业应该共同努力,加大政策支持和市场整合力度,推动中低温余热发电技术的进一步发展和应用。
低温太阳能热发电技术分析近年来,低温太阳能热发电技术备受青睐。
该技术是以太阳能作为能源,通过热量转换成电能的一种技术。
与传统太阳能光伏发电技术相比,低温太阳能热发电技术具有更高的发电效率,并且可以在昼夜之间进行稳定的发电。
本文将从技术原理、应用现状、优缺点等方面进行分析。
一、技术原理低温太阳能热发电技术主要是通过太阳能收集器,将太阳能转化为热能,然后与工质(例如水、有机流体等)进行换热,产生高温和低温的工质,使得工质的压力差驱动发电机发电。
低温太阳能热发电技术主要有两种类型:一种是朗肯循环发电系统,主要是利用太阳能热能驱动蒸汽涡轮机发电;另一种是斯特林循环发电系统,也就是利用太阳能热能驱动斯特林发电机发电。
二、应用现状低温太阳能热发电技术在欧美等发达国家已得到了广泛应用。
其中,以欧洲为例,低温太阳能热发电技术已成为欧洲一项主要的可再生能源技术之一。
这得益于欧洲的良好太阳能收集条件和丰富的政策资源,欧洲国家对低温太阳能热发电技术的发展进行了大力支持。
从应用领域来看,低温太阳能热发电技术可以广泛应用于电力、热水和蒸汽等领域。
其中,电力领域应用最为广泛,低温太阳能发电系统可以被整合到传统的电力网中,为城市电网等提供稳定可靠的绿色电能。
三、优缺点优点:第一,低温太阳能热发电技术具有高效率。
传统的太阳能光伏发电技术需要在充足的阳光下才能发电,而低温太阳能热发电技术则可以在昼夜之间进行稳定的发电。
第二,低温太阳能热发电技术具有良好的环保性。
与传统化石能源发电方式相比,低温太阳能发电无任何环境污染物排放,不会对环境造成任何危害。
第三,低温太阳能热发电技术适用于广泛的应用领域。
从电力、热水到蒸汽等领域都可以应用该技术,且可根据应用需求进行灵活调整。
缺点:第一,低温太阳能热发电技术成本较高。
虽然近年来技术逐步成熟,但是目前该技术的成本仍然较高,这也使得该技术在高成本领域的应用有所限制。
第二,低温太阳能热发电技术对环境要求较高。
2023年ORC低温余热发电系统行业市场发展现状近年来,随着环保意识的增强和对可再生能源的广泛应用,低温余热发电技术得到了越来越广泛的应用和推广。
其中,ORC低温余热发电系统作为重要的一种低温余热利用技术,也越来越得到人们的关注和认可。
本文将从市场发展现状、主要应用领域、发展趋势等方面探讨ORC低温余热发电系统行业市场发展现状。
一、市场发展现状目前,ORC低温余热发电系统在全球范围内的市场规模不断扩大。
根据市场调查机构的数据分析,自2001年以来,全球ORC低温余热发电系统市场年均增长率一直保持在20%以上。
截至目前,全球ORC低温余热发电系统的年安装容量已经达到100万千瓦以上。
在国内市场方面,随着能源需求的不断增长和能源结构的调整,ORC低温余热发电系统在我国的市场也呈现出较快的发展态势。
据统计,2018年我国ORC低温余热发电系统的装机容量已经超过20万千瓦,发展前景广阔。
同时,政府对于可再生能源的支持力度也在逐渐加大,为ORC低温余热发电系统的发展提供了政策上的保障。
二、主要应用领域1. 工业制冷领域工业制冷领域是ORC低温余热发电系统的一个主要应用领域。
许多制冷企业在生产过程中产生的低温余热可以通过ORC系统转化为电能,实现资源的有效利用和节能减排的目的。
2. 钢铁冶金领域钢铁冶金领域是另一个主要的ORC低温余热发电系统的应用领域。
钢铁生产过程中常常产生高温热和低温余热,通过ORC系统可以将其中的低温余热转化为电能,达到节能减排的目的。
3. 热力发电领域ORC低温余热发电系统还可以应用于热力发电领域。
在燃煤、燃气等发电厂中,通过ORC系统利用烟气中的低温余热,可以将其转化为电能,提高热电联产效率。
三、发展趋势1. 技术不断提升随着科技不断进步,ORC低温余热发电技术也在不断升级和完善。
未来,ORC系统的发电效率将不断提高,同时,其可适应的工艺流程也将不断丰富。
2. 应用领域更加广泛ORC低温余热发电系统的应用领域将越来越广泛,不再局限于工业制冷和钢铁冶金领域,而是在能源、环保等多个领域得到广泛应用。
ORC低温余热发电市场现状及发展趋势ORC(Organic Rankine Cycle)是一种利用低温余热进行发电的技术。
在传统发电中,高温余热可以通过蒸汽透平进行利用,但低温余热的利用则面临技术难题。
ORC技术通过将有机工质取代蒸汽,能够在较低的温度下工作,因此适用于低温余热利用。
首先,技术进步和成本下降推动了ORC低温余热发电市场的发展。
随着ORC技术的不断改进和成本的降低,它已经成为一种经济可行的低温余热利用技术。
许多工业企业开始将ORC系统应用于其低温余热发电装置中,以提高能源利用效率和经济效益。
其次,政策支持也对ORC低温余热发电市场的发展起到重要作用。
一些国家和地区的政府出台了鼓励利用低温余热的政策,为ORC低温余热发电项目提供了财政和税收方面的支持。
这些政策的出台,为ORC低温余热发电市场创造了良好的市场环境。
此外,需求的增长也推动了ORC低温余热发电市场的发展。
随着能源需求的增长和环境意识的提高,许多企业开始寻求使用低温余热发电技术来减少能源消耗和碳排放。
这种需求的增长为ORC低温余热发电市场提供了更广阔的应用前景。
对于ORC低温余热发电市场的发展趋势来说,可以总结为以下几个方面:首先,技术的不断发展将进一步降低ORC系统的成本,提高其效率。
随着工程实践的积累和研发投入的增加,ORC技术将会不断改进和完善。
这将带来更高的发电效率和更低的发电成本,使得ORC低温余热发电技术更加具有竞争力。
其次,市场规模将进一步扩大。
随着ORC低温余热发电技术的成熟和应用案例的不断增加,更多的企业将会意识到低温余热发电的潜力。
这将促使更多的企业采用ORC系统来利用低温余热,从而进一步扩大市场规模。
此外,可再生能源的发展将为ORC低温余热发电市场提供更多机遇。
随着可再生能源的发展和普及,尤其是太阳能和风能等分布式能源的快速增长,需要解决其输出不稳定的问题。
利用ORC技术对低温余热的利用,可以为可再生能源的平稳输出提供一种解决方案。
收稿日期:2006-05-31; 修订日期:2006-11-13基金项目:国家自然科学基金资助项目(50376038);教育部重点科研基金资助项目(104078)作者简介:顾 伟(1981-),男,浙江平湖人,上海交通大学博士研究生.专题综述文章编号:1001-2060(2007)02-0115-05低温热能发电的研究现状和发展趋势顾 伟1,翁一武1,曹广益2,翁史烈1(11上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030;21上海交通大学电子信息学院,上海200030)摘 要:低温热能种类繁多,数量巨大,利用这部分能源意义重大。
介绍了低温热能发电技术的研究现状和发展趋势。
低温热能发电技术主要应用于太阳能热电、工业余热发电、地热发电、生物质能发电、海洋温差发电等方面。
现阶段低温热能发电的研究重点有:工质的热物性和环保性能、循环优化研究;提高低温热能发电效率的研究,包括混合工质循环、Kalina 循环、回热、氨吸收式动力制冷循环等;基于有限时间热力学的系统最优控制等方面的研究。
关键词:低温热能;有机物朗肯循环;热力发电中图分类号:TK14文献标识码:A概 述低温热能是指品位相对较低的热能,一般温度低于200e ,这些能源种类繁多,包括太阳热能、各种工业废热、地热、海洋温差等可再生能源;总量巨大,以工业废热为例,有统计指出,人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放[1]。
利用和回收这部分能源,既有助于解决我国的能源问题,又能减少能源生产过程中的环境污染。
利用低温热能的发电技术主要是基于朗肯循环的热力发电系统,如有机物朗肯循环(OrganicRankine Cycle,ORC)、水蒸气扩容循环、Kalina 循环、氨吸收式动力制冷复合循环等[2~3]。
有机物朗肯循环采用不同的有机物工质(或者混合物),可回收不同温度范围的低温热能;水蒸气扩容循环主要用于地热发电;Kalina 循环是以氨水混合物为工质的循环;氨吸收式动力制冷复合循环是一种新型的复合循环。
国内外对于低温热能利用的研究主要开始于20世纪70年代石油危机时期。
其中,有机物朗肯循环的研究和应用最为广泛。
早在1924年,有人就开始研究采用二苯醚作为工质的有机物朗肯循环。
到目前为止,全世界已有2000多套ORC 装置在运行,并且生产出单机容量为14000kW 的ORC 发电机组。
对低温热能发电系统的研究主要集中在以下几个方面:工质的热力学特性和环保性能;混合工质的应用;热力循环的优化等[1~4]。
本文将介绍低温热能发电技术,特别是基于有机物朗肯循环的发电技术国内外的研究现状和发展趋势,以及这种技术的几个关键性问题。
1 低温热能发电利用的现状低温热能发电技术主要应用于太阳能热电、工业余热、地热、生物质能和海洋温差能等。
1.1 太阳能热电除了太阳能电池外,太阳能热电技术也是利用太阳能的方法之一。
由于太阳能能量密度低,热源温度不高,所以太阳能热电系统主要是基于集热技术的朗肯循环(如有机物朗肯循环)系统。
20世纪50年代后期,以色列国家物理实验室设计制造了用于有机物朗肯循环的透平,其热源为平板集热器收集的低于100e 的太阳热能。
以色列OR MA T 公司将该项技术商业化,但未能实现广泛的商业利用[5]。
石油危机时期,人们注意到太阳能对于人类的重要作用,美国从80年代开始建造的SEGS,其总发电量达到354MW,单系统的最大装机容量达到80MW(SEGS VIII and SEGS I X),是世界上最大的太阳能热电系统。
太阳能热电系统有槽式、塔式、碟式3种。
有研究指出,在容量为10kW~10MW 范围内,模块化槽式有机物朗肯循环系统可能是风险最小且投资回报效益最高的太阳能热电技术[6],采用抛物面集热装置可以达到300e ,工作工质可以是戊烷、异丁烷等。
1.2 工业余热发电回收工业余热可减少工业能源消耗和温室气体的排放。
工业第22卷第2期2007年3月热能动力工程JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWERVol.22,No.2Mar.,2007表1 典型的地热系统热力学效率效率工质说明Otake pi lot plant 0.1290.539异丁烷18级闪蒸器Nigorika wa plant 0.09810.216R114Heber SIGC plant 0.1340.132)复合循环Husaci k plant ))氨水Kali na 循环那曲地热电厂))异丁烷1MW 余热的总量是非常巨大的:据估计,美国精练、化工、钢铁等行业在2002年所具有的余热发电潜力约为3000MW 。
而我国单位产值能耗比世界平均水平高2.4倍,能源效率比国际先进水平低10个百分点,回收工业余热具有巨大的节能潜力。
另外,工业余热发电的环保效应也是非常巨大的,例如,利用ORC 循环回收工业余热,以美国2002年能源消耗计算,可以减少286万吨C O 2、5063t NO x 、12159t SO 2排放[7]。
美国MTI 公司曾经建造了利用炼油厂余热(110e )的ORC 系统,该系统以R113为工质,采用单级向心透平,输出功率约为1174kW 。
ORMAT 公司和日本也曾经建造了利用废热的ORC 系统,取得了很好的经济和环保效益[5]。
不过,这些系统所采用的工质多为CFC 类工质,会对臭氧层产生破坏。
现阶段的ORC 循环需要采用对臭氧层没有破坏的HFC 类工质,因而给ORC 系统的研究和应用带来了新的问题。
1.3 地热发电地热发电一般利用地热蒸汽或者热水。
地热发电系统有扩容法和中间介质法,扩容法是将地热蒸汽通过闪蒸器降压扩容,然后通入汽轮机做功;而中间介质法是将地热热水或蒸汽作为闭式有机物朗肯循环的热源来进行发电,采用的工质可以是各种有机物工质,如异戊烷、异丁烷等,也可以采用Kalina 循环来进行地热发电。
我国从70年代开始陆续建造了一批地热电站。
如羊八井地热电站使用扩容法,首台机组于1977年10月开始试运行。
那曲地热电站1993年底建成,装机容量1MW,采用以色列ORMAT 公司的双工质(即中间介质)机组系统,地热热源温度为110e[8]。
世界范围内已经建造了很多地热发电系统,表1为一些典型的地热电站系统的相关数据[9]。
从表中可以看出,采用多级闪蒸器可以大幅度提高系统的效率。
1.4 生物质能发电对于使用生物质能的小型热电系统,与水蒸气朗肯循环相比较,ORC 系统表现出更高的性能。
生物质的集中燃烧由于可以控制燃烧过程,因而也具有很好的环保效应。
Damiana Chinese 等人在仿真研究中指出,基于ORC 系统的集中式生物质电站其经济效益高于分散的小型系统[10]。
意大利Turboden 公司的生物质ORC 系统采用具有回热的ORC 系统,其商业化产品有从500~1500kW 的一系列产品,可以为用户提供电和热,实现分布式供能。
2005年在欧洲生产的电力达到约17MW,其所采用的生物质原料主要是家具工业的废弃木材等。
1.5 海洋温差能发电海洋温差能(OTEC,Ocean Ther mal Energy Conversion)利用海水表面和深层的温度差来进行发电。
OTEC 系统主要有开式循环和闭式循环两种系统,开式循环的工作工质为海水;闭式循环的工质可以是各种低沸点工质,如戊烷等。
海水通过换热器与工质进行换热,工质进入透平进行做功。
1888年D .Arsonval 最早提出了OTEC 的概念,1930年Claude 在古巴海岸建造了一个实验模型。
在这之后50年左右,由于现代技术的使用,美国、日本等国开始重新关注OTEC 技术,日本东京电力服务公司在太平洋岛国瑙鲁建造了一个OTEC 电站,这个电站的总电力输出为120kW,净电力输出为30kW[11]。
2 低温热能发电的关键性问题2.1 低温热能发电的关键性问题到目前为止,低温热能发电技术主要是基于朗肯循环的发电系统,所采用的工质多为各种有机物或其它一些低沸点工质,对有机物朗肯循环发电系统和应用过程进行重点研究。
2.1.1 工质的选择工质的选择特别是一些新的环保型工质的开发与研究是低温热电技术研究的重要内容。
如何选择工质使其技术可行、经济性好,并且符合环保要求,是低温热电技术的重要问题之一。
首先从技术可行性角度讲,其最重要的因素就是工质在循环过程中的压力不能过高,也不能太低,必须在装置抗压性和密封性允许的范围之内。
另外,工质需尽量选择干性工质,以保证透平工作的安全性[12]。
其次从经济性角度讲,主要从系统的效率因素考虑,系统的效率尽可能高。
不同的有机物工质主要通#116# 热能动力工程2007年过以下3个方面来影响系统的效率:(1)工质热物性影响ORC循环特性;(2)工质的传热特性影响换热器换热特性以及在其它部件中的换热损失;(3)工质的流动特性影响系统的流动损失。
从环保角度,工质应该是环境友好的,包括对臭氧层没有破坏作用,且温室效应低。
评价工质的环保性质主要有两个指标:分别是臭氧层衰减指数(ODP)和温室效应指数(GW P)。
上世纪七八十年代建造的大量低温热能电站系统,大多是采用各种C FC(指含氯、氟、碳的完全卤代烃)等对环境有破坏的有机物工质(或为异戊烷等易燃工质),随着5京都议定书6和5蒙特利尔协议6的生效,这些工质将被大量淘汰,应尽量选择环保的HFC(含含氢、氟、碳的不完全卤代烃)。
另外,工质选择还需要考虑以下一些因素:传热性和流动性、化学稳定性和热稳定性、毒性、价格等。
特别还需要注意工质可燃性,应该尽量采用不可燃的工质,以使系统更具安全性。
从上述分析可以看到,工质的选择需要综合考虑各方面的因素,大多数环保型新工质在热效率等方面的性能并不是特别理想,因而如何在工质热经济性、环保性以及毒性价格等因素中作出最合适的选择,是低温热发电的重要课题之一。
2.1.2热交换器的优化换热器特别是蒸发器的效率是影响系统整体效率的最重要因素之一,换热器性能的优化是提高循环性能的重要途径。
在表1中,Otake pilot binary geothermal plant由于采用了18级闪蒸器,因而,这个电站的效率达到了01539。
提高换热器效率的核心是减小换热过程的不可逆损失,尽量减小换热温差。
从设备上考虑,可以增加换热器换热面积、合理地设计换热器的结构、采用换热系数更高的材料等;从工质角度考虑,可采用换热好的有机物工质,同时尽量使工质的加热过程与热源温度变化过程相配合,从而减小换热温差。
对换热器换热过程的分析,特别是蒸发器和冷凝器两相换热过程的热力学分析,是低温热电技术理论分析的难点之一。
如何分析换热过程的静态和动态过程,包括过程的流动、传热等参数的计算,能对低温热电换热器的设计制造以及运行过程中的控制起到很好的指导作用。