新能源技術專題 光熱與其他

1、1. 太陽能熱發(fā)電工作原理太陽能熱發(fā)電工作原理 太陽能熱發(fā)電是利用聚光集熱器把太陽能聚集，將某種工質加熱到數百攝氏度的高溫，然后經熱交換器產生高溫高壓的過熱蒸汽驅動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。從汽輪機出來的蒸汽，其壓力和溫度均已大大降低，經過冷凝器凝結成液體后，重新返回熱交換器，開始新的循環(huán)。所以，太陽能熱發(fā)電就是把太陽輻射轉換為熱能，進而轉換為機械能及電能。太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電 2. 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能熱發(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) 動力機發(fā)電機動力機發(fā)電機 太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電

2、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) 塔式太陽能熱發(fā)電站的聚塔式太陽能熱發(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，形成一個巨大的鏡場。電站設計成一個巨大的鏡場。電站設計的容量越大，則鏡場尺寸也就的容量越大，則鏡場尺寸也就越大。根據經驗，發(fā)電功率越大。根據經驗，發(fā)電功率100MW需鏡場面積約需鏡場面積約2.5km2。 一個大型塔式太陽能熱發(fā)一個大型塔式太陽能熱發(fā)電站，鏡場中通常裝有幾千臺電站，鏡場中通常裝有幾千臺定日鏡。定日鏡。太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主

3、要類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型 定日鏡是電站的主要投資部分，是發(fā)電站的關鍵部件之一，因此對定日定日鏡是電站的主要投資部分，是發(fā)電站的關鍵部件之一，因此對定日鏡的性能具有嚴格的要求：鏡面反射率高；鏡面平整度誤差小于鏡的性能具有嚴格的要求：鏡面反射率高；鏡面平整度誤差小于16；整體機械結構強度高，運行中能抵抗整體機械結構強度高，運行中能抵抗8級臺風的壽命；運行穩(wěn)定；全級臺風的壽命；運行穩(wěn)定；全天候工作；可以大批量生產；易于安裝；維護少，工作壽命長。天候工作；可以大批量生產；易于安裝；維護少，工作壽命長。 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)n槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)又稱槽式拋

4、物面反射鏡又稱槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（SEGS），也稱分散），也稱分散型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。型太陽能熱發(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，經過串并聯(lián)的排熱器，經過串并聯(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，加熱工質溫度的熱能，加熱工質產生過熱蒸汽，驅動汽產生過熱蒸汽，驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。輪發(fā)電機組發(fā)電。太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型 槽式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)可以分為四個部分：聚光集熱裝置、輔助能源槽式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)可以分為四個部分：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。與塔式太陽能熱發(fā)電相比，除聚光集熱裝與塔式太陽能熱發(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。盤式拋物面鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)盤式拋物面鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)n盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以單盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以單個旋轉拋物面反射鏡為基礎，個旋轉拋物面反射鏡為基礎，構成了完整的聚光、集熱和構成了完整的聚光、集熱和發(fā)電單元。由于單個旋轉拋發(fā)電單元。由于單個旋轉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、太陽能熱發(fā)電裝置因此這種太陽能熱發(fā)電裝置的單個功率都比較小，一般的單個功率都比較小，一般為為550kW。它可以分散地。它可以分散地單獨進行發(fā)電，也可以又多單獨進行發(fā)電，也可以又多個組成一個組成一 個較大個較大的發(fā)電系統(tǒng)。的發(fā)電系統(tǒng)。 太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型 n獨立運行的盤獨立運行的盤式拋物面鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由三個部分組成：太陽能式拋物面鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由三個部分組成：太陽能收集器系統(tǒng)、熱機收集器系統(tǒng)、熱機發(fā)電機系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)。發(fā)電機系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)。 太陽池熱發(fā)電系統(tǒng)太陽池熱發(fā)電系統(tǒng)n太陽池是一個含鹽量具有一定濃太陽池是一個含鹽量

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，使得在沿太陽池的垂直方向維持使得在沿太陽池的垂直方向維持一定鹽度的梯度。一定鹽度的梯度。 太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型 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流層，起著隔熱的作用。由于水對紅外輻射是不透明的，入射到太陽池表面的太陽輻射，紅外部分在近表面幾毫米以內的層中被吸收。太陽光的可見光和紫外線部分可以透過幾米深的清凈水，這部分輻射能量將被池的深色底部吸收。當池底部的鹽水被太陽能加熱后，水開始膨

8、脹上升，若膨脹所產生的浮力還不足以擾亂池內鹽水濃度的穩(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流趨勢。這樣，貯存在池底部的熱量只有通過傳導才能向外散失。這就是太陽池熱發(fā)電的基本原理。 非 對 流 層 （ 隔 熱 層 ）對 流 層 （ 貯 熱 層 ）土 壤 （ 貯 熱 ）熱 鹽 水 （ 出 ）冷 鹽 水 （ 入 ）新 鮮 水排 出 口太陽池熱發(fā)電系統(tǒng)太陽池熱發(fā)電系統(tǒng)n 一般太陽池都是依靠天然鹽湖建造，因此在技術上有很大優(yōu)點：池表面積大，是巨大的平板集熱器；鹽水容量大，是巨大的儲熱槽；設計結構簡單；貯熱時間長，可在1年以上；不污染環(huán)境；依托天然鹽湖，建造成本低。太陽能熱發(fā)電太陽

9、能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型 n實際應用實際應用 n以色列奧爾馬特汽輪機公司在美國加州東圣伯納第諾地區(qū)一個干涸湖泊上建筑了世界上最大的太陽池發(fā)電站，其總凈發(fā)電功率為48MW。第一組12MW機組于1985年投入運行，整座電站于1987年12月投入運行。這座電站有4個鹽水湖，每個面積達48103m2，池深3.64.8m，可供12組汽輪發(fā)電機組發(fā)電。池底的濃鹽水被太陽光加熱后，溫度可達93.3oC。用泵將濃鹽水抽出，通過熱交換器加熱氟利昂，使之汽化，產生過熱蒸汽，驅動低沸點工質汽輪發(fā)電機組發(fā)電。汽輪機排出的蒸汽經凝汽器凝結后，返回熱交換器再行加熱。系統(tǒng)運行溫度可達82

10、.2oC。 分離器鍋爐G太陽池水輪機泵汽輪發(fā)電機組凝汽器 地熱蒸汽發(fā)電地熱蒸汽發(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生的蒸汽進入汽輪機工作，叫做閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)；另一種是利用地下熱水來加熱某種低沸點工質，使其產生蒸汽進入汽輪機工作，叫做雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng) 地熱發(fā)電地熱發(fā)電1 14 43 32 2 生物質能是人類最古老的能源。人類自從學會使用火，就開始利用生物質能。所謂生物質，就是所有來源于植物，動物和微生物的除礦物燃料外的再生的物質。 通常把生物質能資源劃分為下列幾大類別： 1）農作物類。包括產生淀粉可發(fā)酵生產酒精的薯類、玉米、甜高粱等，產生糖類的甘

11、蔗、甜菜、果實等。 2）水生藻類。包括海洋生的馬尾藻、巨藻、海帶等，淡水生的布帶草、浮萍等；微藻類的螺旋藻、小球藻類，以及藍藻、綠藻等。 3）可以提煉石油的植物類。包括橡膠樹、藍珊瑚、桉樹、葡萄牙草等。 4）農作物廢棄物（如秸稈、谷殼等）、林業(yè)廢棄物（如枝葉、樹皮、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。如流細菌、非流細菌等。生物質能發(fā)電生物質能發(fā)電 1)生物質氣化生產可燃氣體及熱裂解產品可燃性氣體、生物油、炭等。生物質燃氣是可燃燒的生物質如木材、鋸末屑。秸稈、谷殼等在高溫條件下經過干燥、干餾熱解、氧化還原等過程后產生的可燃混合氣體。其主要成分有CO、H2、C

12、H4等可燃氣體及不可燃氣體CO2、O2、N2和少量水蒸氣。另外，還有大量煤焦油，它是由生物質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。把植物纖維素經過一定的加工改造，發(fā)酵即可獲得乙醇（酒精）。 3)甲醇。甲醇是由植物纖維素轉化而來的重要產品，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。城市垃圾經過分類處理后，在特制的焚燒爐內燃燒后利用其產生的熱量發(fā)電是又一生物質能資源。 6)直接燃燒。生物質能轉化的能源形式生物質能轉化的能源形式 甲醇發(fā)電站

13、 城市垃圾發(fā)電技術：城市垃圾處理的新方向是通過發(fā)酵產生沼氣再用來發(fā)電 生物質燃氣（木煤氣）發(fā)電技術生物質量熱裂解發(fā)電 生物質能發(fā)電生物質能發(fā)電備用池熱水箱沼氣發(fā)動機控制設備水封料液熱交換器進料廢氣沼氣發(fā)動機組沼氣流量計氣水分離器消化池脫硫塔貯氣柜電力殘余物消化池潤滑冷卻器發(fā)電機沼氣發(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推動水輪機，再由水輪機帶動發(fā)電機來發(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。從能量轉換的角度來說，潮汐發(fā)電首先是把潮汐的動能和位能通過水輪機變?yōu)闄C械能，然后再由水輪機帶動發(fā)電機，把機械能轉變?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 機落 潮 發(fā) 電堤 壩海 水渦 輪 機漲 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，其燃料不經過燃燒，沒有復雜的從燃料化學能轉化為熱能，再轉化為機械能，最終轉化為電能的過程，而是直接將燃料中的氫氣借助于電解質與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，在生成水的同時進行發(fā)電，因此其實質是化學能發(fā)電。 燃料電池發(fā)電燃料電池發(fā)電化學反應與電子的運動 電氣狀態(tài)結合狀態(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，帶負電荷）2在氫與氧結合產生水時，首先氫氣放出電子，具有正電荷；同時，氧氣從氫氣中得到電子，具有負電荷，兩者結合成為中性的水。在氫和氧進行化學反應中，發(fā)生電子的移動，把電子的移動取出，加到外部連接的負載上面，這種結構 即為燃料電池。 n為使移動的電子能夠取出加到外部連接的負載上，有必要把氫與氧用以離子為導體的電解質將其分開，在電解質的兩邊進行反應。氫氣反應的地方為燃料極，氧氣反應的地方為空氣極，夾在這兩極中間通過離傳導電力的