分布式发电技术.ppt

分布式发电技术 黄守道 主要内容 一 新能源简介二 风力发电的国内外发展现状三 直驱式风力发电系统四 盘式永磁同步发电机 第一节地热能的利用 一 地热资源的形式和分布地热是地球内所包含的热能 地热的总能量是地球上储存的全部煤炭可释放能量的1 7亿 不过可以加以利用的只有很少一部分 地热资源带的形成和分布 一般认为与地球板块构造有密切关系 在板块的相对运动活动中产生的热物质岩浆侵入到地壳中加热岩石和地下水就形成了地热资源 从世界范围看 个大板块交接处有丰富的地热带形成 主要有四个大的地热带 一是环太平洋地带 二是大西洋洋中脊地热带 三是红海 亚丁湾 东非地热带 四是地中海 喜马拉雅合缝线地热带 包括我国著名的地热田西藏羊八井 云南的热海 二 地热能的利用状况 1904年 意大利在拉德瑞罗地热电站的往复蒸汽机上试用地热蒸汽发电 1913年又在拉德瑞罗地热站的汽轮发电机组正式发电运行 开创了世界地热发电的历史 此后 新西兰 菲律宾 美国 日本等国相继开发地热资源 各种类型的地热站不断出现 到2005年全世界地热发电装机容量达到8912MW 美国居世界首位 菲律宾局第二位 墨西哥居第三位 1 美国的地热发电美国大部分地热发电机组集中在盖赛斯地热站 1922年钻成了第一口汽井 开始利用地热蒸汽取暖和驱动小型蒸汽机发电 其后发电机单机容量不断增大 1980年投入单机容量133MW的机组 盖赛斯地热站最兴盛时期的总装机容量达到2084MW 是世界上最大的地热电站 2 我国的地热发电我国地热发电事业从20世纪60年代末开始 开始发展的地热电站容量小 大多在50 100kW左右 1977年7月1日 西藏羊八井的第一台1000kW试验地热发电机组发电 1983年又建成了两次扩容3000kW的地热机组 20世纪80年代 西藏阿里地区建成了1台单机容量1000kW的地热发电机组 80年代末期90年代初期 在西藏的那曲地区又安装了一台1000kW的双工质循环地热机组 三 地热能的利用技术 1 地热的发电利用 1 地热直接发电 当地热井中可以直接提取蒸汽 并且蒸汽的温度和压力适合是 可以直接利用地热井中的干蒸汽推动汽轮机发电 由于地热蒸汽的品质较差 参数较低 试用热汽轮机工作范围进入湿蒸气区 蒸汽中含有杂质并具有腐蚀性 因此对地热汽轮机的要求较高 2 闪蒸 扩容 发电方式该方式适合于井口参数较高的湿蒸汽田和热水田 从地热井提取湿蒸汽或热水到闪蒸器 闪蒸器内压力较低 一部分热水气化沉蒸汽 引入汽轮机作功 其余热水被引出直接热利用或导入回灌井内 这种方式不适合低温地热田 同时杂质的负面影响也较大 当不凝结气体含量很高时 也不宜采用这种方式 3 双工质循环 利用地热能加热低沸点工质 生成蒸汽 工质通过汽轮机 凝气器 再进入换热器 完成封闭的作功循环 能量利用效果好于采用闪蒸的汽轮机发电机组 同时该技术也使得大量的低温地热资源得以利用 采用双工质循环则在一定程度上避免汽轮机 凝结器等主要部件的腐蚀问题 地热发电的优点 地热资源丰富 安全 也是可再生资源 使用现代的污染物排放控制技术之后 对环境影响较小 运行稳定可靠 减少进口燃料的经济压力 地热发电的制约因素 地热发电生产非凝结的气体污染物 地热发电可能引起地面沉降 地热发电可能诱发地震 目前还有争议 地热发电引起地热田参数降低 并不是完全可持续利用的方式 2 地热能的直接利用地热能的直接利用有悠久的历史 早年人们利用温泉进行浴疗 灌溉等 随着技术的发展 地热的直接利用领域日益扩大 可以从地热流体中提取硫 硝 盐等物质 除了农业灌溉 还可以用于蔬菜 瓜果 花卉等种植业 以及水产品养殖业等 地热作为热源的热泵系统 可以作为取暖 空调系统 其优点是不仅可以在动机取暖 也可以在夏季进行制冷 第二节生物质能 自有人类以来 生物质能源一直是我们赖以生存的重要资源 目前 全世界仍有25亿人口用生物质煮饭 取暖和照明 生物质能源指在近期内来自于动 植物体的一类物质 植物体中的能量本质上来自太阳能 经过光合作用转化为生物质中的化学能 在自然界中 所有的生物质都会分解释放出热量 消耗氧气并放出二氧化碳 生物质能的利用过程相当于这种自然过程的模拟 只不过认为的加快了分解的速度而已 生物质能利用氧气和二氧化碳在自然界中的自然循环过程 理论上不会增加环境中二氧化碳含量 一 生物质能的分类1 农作物秸秆2 柴薪和林业废弃物3 禽兽粪便4 其他资源 包括食品 发酵 造纸工业废水 生活垃圾 农产品加工废渣 二 我国生物质能利用现状生物质能开发利用在我国农村地区占有重要地位 提供了40 的农村用能 占农村生活燃料的70 以上 1 薪炭林和节柴灶我国从1981年开始有计划的进行薪炭林建设 但仍供不应求 形式紧迫 传统就是炉灶工艺落后 大规模推广节能煤炉灶是农村节能的一项重要工作 2 生物质直接燃烧利用生物质直接燃烧利用是目前最主要方式 小规模的直接燃烧利用是很不经济的 30 90 的能量损失 大规模的应用可提高能量的利用水平 如垃圾焚烧锅炉的燃烧 3 生物质热解气化技术通过化学的或生物的方法将固体或液体的生物质转化为气体燃料 气体燃料高效 清洁 方便 因此得到国内外广泛重视 并取得了可喜的进展 4 生物质成型燃料技术是指具有一点粒度的生物质材料 在一定压力作用下 可以制成各种成型燃料 能量密度可与中质煤相当 燃烧特性明显改善 便于运输与存储 生物质成型燃料还可以进一步炭化 生产生物炭 优质的生物炭还可以应用于冶金工业 5 沼气技术沼气和残留物的综合利用 所带来的经济效益远比沼气本身的价值高得多 沼气发酵残留物养猪养鱼都能增产 沼肥不但是优质有机肥 而且是土壤的改良剂 沼液是无污染的广谱性农药 又是良好的浸种液 沼气储粮和保鲜水果均能受到良好的效果 沼气发酵系统已经称为综合解决农村能源生态环境 发展农村经济以及农业可持续发展的重要措施 三 生物质气化供气技术1 生物质气化供气技术的的优势生物质作为气化原料具有以下突出优点 1 挥发分含量高 2 炭的活性高 3 灰分低 4 硫含量极低 2 生物质气化集中供气系统生物质气化集中供气系统是以秸秆为主要原料 以自然村为单元的生物质能源转换和炊事燃气供应系统 将锄成小段的秸秆送入气化器经过热解气化转换成可燃气体 出去杂质后 由风机送入气柜内 3 生物质气化集中供气系统发展前景国内该项技术仍处于研究开发阶段 技术上的问题主要是 燃气质量不稳定且燃气热值低 CO含量过多 燃气净化有待于改进 整套设备商缺长期考验 可靠性及使用寿命尚待确定 工程施工规范尚未形成 难以实现气化技术的工程化 但是 由于资源丰富和市场需求旺盛 生物质气化集中供气系统仍具有良好的发展前景 四 生物质能发电生物质能用于发电 有多种方式 可直接利用固体生物种植用于热力发电 也可以只用生物质成型燃料进行热力发电或热电联产 或利用生物质气化技术进行热力发电或热电联产 这些都有比较成功的应用案例 利用固体生物质燃料的热电联产系统 和常规的煤热电联产系统一样 利用汽轮机抽汽供热 基于生物质气化技术的热电联产系统以燃气为燃料 可采用燃气轮机循环 第三节海洋能 一 潮汐能潮汐能是指海洋潮涨和潮落形成的水的势能 其利用原理与水力发电相似 潮汐能的能量与潮量和潮差成正比 与水力发电相比 潮汐能的能量密度很低 相当于微水头发电的水平 浙江和福建沿海为潮汐能教丰富地区 二 波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能 波浪能的能量与波高的平方 波浪的运动周期及迎波面的宽度成正比 英国建成有利用波浪能发电的装置 三 海流能海流能是指海水流动的动能 主要是之海底水道和海峡中较为稳定的流动 以及由于潮汐导致的有规律的海水流动 海流能的能量与流速的平方和流量成正比 相对于波浪而言 海流能的变化要平稳而且有规律得多 我国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一 特别是浙江舟山群岛的金塘 龟山和西侯门水道 开发环境和条件很好 四 温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能 利用这一温差可以实现热力循环发电 南海的表层水温年均26 以上 深层水温常年保持5 温差为21 属于温差能丰富区域 五 盐差能是指海水和淡水之间 或者两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能 主要存在于河海交接处 盐差能是海洋中能量密度最大的一种可再生能源 这种位差可以通过利用半渗透膜在盐水和淡水交接处实现 利用这一位差就可以直接由水轮发电机发电 3 2燃料电池 燃料电池 fuelcell 是一种将燃料和氧化剂中的化学能以电化学方式直接转化为电能的发电装置 燃料和氧化剂由外部供给 即只要不断向其提供燃料和氧化剂 就可以连续不断地发电 其发电方式具有不可比拟的优越性 作为小规模联供技术的原动机 燃料电池是一种高效 洁净的发电装置 既适合于作分布式电源 又可在将来组成大容量中心发电站 将是21世纪重要的发电方式 目前 国际上把燃料电池分为 磷酸型燃料电池 PAFC 熔融碳酸盐型燃料电池 MCFC 固体电解质型燃料电池 SOFC 及固体高分子型燃料电池 PEFC 四种类型 而酸型燃料电池已进入商业化 其它几种燃料电池预计在未来几年乃至2010年将全面进入商业化生产应用 燃料电池发电技术的发展现状 美国于1997年开始研制1998年就有42台200kWPAFC发电机组投入运行 PAFC己商业化 不再投入资金进行研究开发 2002年 250KW和MW级MCFC达到商业化 2003年 100kw 1MW级SOFC进行商业化 2001年10kwPEFC实现商业化运营 人们对燃料电池成为未来主流发电技术持肯定态度 各国都在投巨资进行研发 至今已开发了多种类型燃料电池 其中质子交换膜燃料电池 protonexchangemembranefuelcell PEMFC 和固体氧化物燃料电池 solidoxidefuelcell SOFC 被认为是最具潜力的两种燃料电池 磷酸燃料电池 PAFC 电站技术 PAFC采用浓H3PO4为电解质 工作温度为100 200 燃料主要是天然气重整气 也可使用液化石油气 甲醇 煤油 汽油 沼气等的重整气 氧化剂为空气 它是所有民用燃料电池中发展最快 技术最成熟 最接近实用的一种 目前可制造出从kW级至11MW的多种规模的PAFC装置 其发电效率为35 41 热电联产时总效率71 85 亟待解决的PAFC研究课题 概括来讲就是 1 提高电池功率密度 2 延长电池使用寿命 提高其运行可靠性 3 进一步降低电池制造成本 PAFC电厂比起一般发电厂具有如下优点 即使在发电负荷较低时 依然保持高的发电效率 由于采用模板结构 现场安装 简单 省时 并且电厂扩容容易 1991年 东芝与IFC联合为东京