第六章-可再生能源..ppt

第六章可再生能源 主讲人 马刚 提纲 一 太阳能二 风能三 地热能四 生物质能五 海洋能 2020 4 16 2 提纲 一 太阳能二 风能三 地热能四 生物质能五 海洋能 2020 4 16 3 三 地热能 2020 4 16 4 所谓地热能 简单地说 就是来自地下的热能 即地球内部的热能 据计算 地球陆地以下五公里内 15摄氏度以上岩石和地下水总含热量达1 05E25焦尔 相当于9950万亿吨标准煤 按世界年耗100亿吨标准煤计算 可满足人类几万年能源之需要 如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为标准来计算 那么 石油的贮存量约为煤炭的3 目前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭的15 而地热能的总贮存量则为煤炭的1 7亿倍 三 地热能 2020 4 16 5 地球是一个巨大的实心椭球体 它的表面积约为5 11x108km2 体积约为1 0833x1012km2 赤道半径为6378km 极半径为6357km 地球的构造好像是一只半熟的鸡蛋 主要分为3层 三 地热能 2020 4 16 6 地球内部有代表性的温度如下 地壳底部约100 至100km处 上地幔顶部局部熔融开始 达1300 至400km处 变相区 为1500 5100km处 内 外地核边界 为4300 6371km处 地心 为4500 有些学者认为是5000 还有些认为是6900 地球内部温度分布示意图 三 地热能 2020 4 16 7 地壳 一厚约30km的铝 硅酸盐薄层 它的厚度各处不一 介于10 70km之间 陆地上平均为30 40km 高山底下可达60 70km 海底下仅为10km左右 地幔 中间层 厚度约2800km 温度在1000 C的铁 镁硅酸盐层 其大部分是熔融状态的岩浆 可分为上地幔和下地幔两部分 地核 液态铁 镍层 其内还含有一个固态的内核 温度在2000 5000 之间 外核深2900 5100km 内核深5100km以下至地心 三 地热能 2020 4 16 8 地热的来源问题 有许多不同的解释 但是所有的解释都一致承认 地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源 放射性元素有铀238 铀235 钍232和钾40等 这些放射性元素的衰变是原子核能的释放过程 放射性物质的原子核无需外力的作用 就能自发地放出电子 氦核和光子等高速粒子并形成射线 在地球内部 这些粒子和射线的动能和辐射能 在同地球物质的碰撞过程中便转变成了热能 地热资源地热资源是指在当今的技术经济和地质环境条件下 地壳内能够科学 合理地开发出来的岩石中的热能量和热流体中的热能量及其有用的伴生成分 目前地热资源勘探的深度可达地表以下5000m 其中2000m以下为经济型地热资源 2000 5000m为亚经济型地热资源 三 地热能 2020 4 16 9 地热资源温度分级 国际上的一般划分方法为 150 以上为高温 90 150 为中温 如90 以下为低温 中国地热勘查国家标准 GBll615 1989 规定 地热资源按温度分为高温 中温 低温3级 按地热田规模分为大 中 小3类 三 地热能 2020 4 16 10 三 地热能 2020 4 16 11 形成地热资源有热储层 热储体盖层 热流体通道和热源4个要素 通常我们把地热资源根据其在地下热储中存在的个同形式 分为蒸汽型 热水型 地压型 干热岩型资源和岩浆型资源等几类 1 蒸汽型资源蒸汽型资源是指地下热储中以蒸汽为主的对流水热系统 它以产生温度较高的过热蒸汽为主 掺杂有少量其他气体 所含水分很少或没有 这种干蒸汽可以直接进入汽轮机 对汽轮机腐蚀较轻 能取得满意的工作效果 但这类构造需要独特的地质条件 因而资源少 地区局限性大 三 地热能 2020 4 16 12 2 热水型资源热水型资源是指地下热储中以水为主的对流水热系统 它包括喷出地面时呈现的热水以及水汽混合的湿蒸汽 这类资源分布广 储量丰富 根据其温度可分为高温 150 中温 90 150 和低温 90 以下 三 地热能 2020 4 16 13 3 地压型资源地压型资源是一种目前尚未被人们充分认识的 但可能是一种十分重要的地热资源 它以高压水的形式储存于地表以下2 3Km的深部沉积盆地中 并被不透水的盖层所封闭 形成长1000km 宽数百千米的巨大热水体 地压水除了高压 高温的特点外 还溶有大量的碳氢化合物 如甲烷等 所以 地压型资源中的能量 实际上是由机械能 压力 热能 温度 和化学能 天然气 3个部分组成的 三 地热能 2020 4 16 14 4 干热岩型资源干热岩型资源是比上述各种资源规模更为巨大的地热资源 它是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石 从现阶段来说 干热岩型资源专指埋藏较浅 温度较高的有开发经济价值的热岩石 提取干热岩中的热量 需要有特殊的办法 技术难度大 三 地热能 2020 4 16 15 5 岩浆型资源岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状岩浆中的巨大能量 它的温度高达600 1500 左右 在一些多火山地区 这类资源可以在地表以下较浅的地层中找到 但多数则是埋在目前钻探还比较困难的地层中 目前能为人类开发利用的 主要是地热蒸汽和地热水两大类资源 人类对这两类资源已有较多的应用 干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段 开发利用少 三 地热能 2020 4 16 16 三 地热能 2020 4 16 17 在上述5类地热资源中 目前能为人类开发利用的 主要是地热蒸汽和地热水两大类资源 人类对这两类资源已有较多的应用 干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段 开发利用很少 不过 仅仅是蒸汽型资源和热水型资源所包括的热能 其储量也是极为可观的 仅按目前可供开采的地下3km范围内的地热资源来计算 就相当于2 9 1012t煤炭燃烧所发出的热量 世界地热资源分布 根据板块学说 在各大板块的交接处形成了有丰富地热资源的地热带 从世界范围来说 主要有如下4个地热带 1 环太平详地热带2 大西洋洋中脊型地热带3 红海 亚丁湾 东非裂谷型地热带4 地中海一喜马拉雅缝合线型地热带 三 地热能 2020 4 16 18 中国地热资源 1 高温地热资源中国的高温地热资源丰富 可用于地热发电的合255处 总发电潜力为5800Mw 主要分布在西藏 滇西和中国台湾地区 预计到20l0年 还可开发利用10余处新的高温地热资源 发电潜力约为300MW 三 地热能 2020 4 16 19 2 中 低温地热资源中国的中 低温地热资源中可用于非电直接利用的有2900多处 其中盆地型潜在地热资源埋藏量约相当于2000亿t标准煤 主要分布在松辽盆地 华北盆地 江汉盆地 渭河盆地 太原盆地 临汾盆地 运城盆地等众多的山间盆地以及东南沿海的福建 广东 赣南 湘南等地 目前的开发利用量还不到资源保有量的1 三 地热能 2020 4 16 20 3 中国地热资源的分类 按地热资源成因 1 现代活火山型 在台湾和云南 2 岩浆型 在西藏 3 断裂型 如辽宁 山东 山西 陕西以及福建 广东等地 4 断陷 凹陷盆地型 如华北盆地 松辽盆地 江汉盆地等 三 地热能 2020 4 16 21 地热发电原理和技术 地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大方面一 地热发电原理及分类原理 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术 它涉及地质学 地球物理 地球化学 钻探技术 材料科学和发电工程等多种现代科学技术 分类 按照载热体类型 温度 压力和其他特性的不同 可把地热发电的方式划分为地热蒸汽发电和地下热水发电两大类 三 地热能 2020 4 16 22 1 地热蒸汽发电 1 背压式汽轮机发电系统 最简单的地热干蒸汽发电 是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统工作原理 首先把干蒸汽从蒸汽井中引出 先加以净化 经过分离器分离出所含的固体杂质 然后就可把蒸汽通入汽轮机做功 驱动发电机发电 做功后的蒸汽 可直接排入大气 也可用于工业生产中的加热过程 应用 这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合 或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合 三 地热能 2020 4 16 23 2 凝汽式汽轮机发电系统为提高地热电站的机组出力和发电效率 通常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统 在该系统中 由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力 因而能做出更多的功 做功后的蒸汽排入混合式凝汽器 并在其中被循环水泵打入冷却水所冷却而凝结成水 然后排走 在凝汽器中 为保持很低的冷凝压力 即真空状态 设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽气 把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走 三 地热能 2020 4 16 24 2 地下热水发电 两种方式 闪蒸地热发电系统 双循环地热发电系统 1 闪蒸地热发电系统 直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机工作 也叫做减压扩容法地热发电系统 类型 1 单级闪蒸地热发电系统 包括湿蒸汽型和热水型两种 2 两级闪蒸地热发电系统 3 全流法地热发电系统 三 地热能 2020 4 16 25 2 双循环地热发电系统 利用地下热水来加热某种低沸点工质 使其产生蒸汽进入汽轮机工作 双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电 又叫做热交换法地热发电 在这种发电系统中 低沸点介质常采用两种流体 一种是采用地热流体作热源 另一种是采用低沸点工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热能转变为机械能 所谓双循环地热发电系统即是由此而得名 常用的低沸点工质有氯乙烷 正丁烷 异丁烷 氟利昂 11 氟利昂 12等 三 地热能 2020 4 16 26 地热发电示意图1 三 地热能 2020 4 16 27 地热发电示意图2 三 地热能 2020 4 16 28 背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 三 地热能 2020 4 16 29 地热电站外景图 三 地热能 2020 4 16 30 地热发电示意图3 三 地热能 2020 4 16 31 世界地热发电历程 1904年 意大利在拉德瑞罗建立起世界上第1座小型地热蒸汽试验电站 1913年正式投运 250kw 自1958年起 美国 墨西哥 前苏联 日本 菲律宾 萨尔瓦多 冰岛和中国先后开始进行地热发电的研究试验和开发建设 但发展速度不快 特别是20世纪80年代以来 世界地热发电装机容量增加迅速 1990年 由1980年的2388Mw增加为5827 55MW 增幅达1 44倍 1998年 又增加到8239MW 比1990年增加了2372MW 增幅达41 38 三 地热能 2020 4 16 32 迄今为止 全世界至少已有83个国家已经开始开发利用地热资源或计划开发利用地热资源 约有50个国家统计了地热能利用数量 有21个国家利用地热发电 约有250个地热电站 1998年 全世界地热发电装机容量为8239MW 其中美国2850MW 居第1位 菲律宾1848MW 居第2位 意大利769MW 后第3位 墨西哥743MW 后第4位 印度尼西亚590MW 居第5位 目前世界上最大的地热电站 美国加州的吉塞斯地热电站 总装机容量达1918MW 三 地热能 2020 4 16 33 中国地热利用概况中国地热能的开发利用 在20世纪50年代以前 主要是应用于医疗和洗浴 自20世纪60年代起 开始应用于上农业生产 20世纪70年代以来 地热能作为新能源的一种 已扩大到用于发电 工业加工 比用采暖 农业温室 农田灌溉 水产养殖 医疗卫生以及旅游业等诸多方面 应用范围越来越广 取得了明显的节能效益 经济效益和环保效益 到1998年底 中国的地热发电装机容量达32MW 居世界第13位 中国的地热直接利用设备总功率达2443MW 居世界前列 三 地热能 2020 4 16 34 中国地热发电的研究试验上作开始于20世纪70年代初 30余年来的发展经历了两大阶段 1 1970 1985年期间 为以发展低温地热试验电站为主的阶段 2 1985年以后 进入发展商业应用高温地热电站的阶段 三 地热能 2020 4 16 35 中国中 低温地热试验电站 1970年 广东省丰顺县邓屋建立起中国第一座闪蒸系统地热试验电站 利用91 的地热水发电 机组功率为86kw 随后 江西省宜春市温汤和河北省怀来县 也相继建设起双循环系统地热试验电站 20世纪70年代中后期 湖南省灰汤 辽宁省熊岳以及山东省招远又先后建成闪蒸及双循环系统地热试验电站 所有这些电站发电机组的功率都不大 从50 300kw不等 地热水温度均较低 从61 92 不等 三 地热能 2020 4 16 36 中国高温地热电站 日前中国高温地热电站主要集中在西藏地区 总装机容量为27 18Mw 其中羊八井地热电站装机容量为25 18Mw 朗久地热电站装机容量为1Mw 那曲地热电站装机容量为1MW 据不完全统计 西藏地热显示区达700多处 其中可供开发的地热显示区342处 绝大部分地表泉水温度超过80摄氏度 地热资源发电潜力超过100万千瓦 西藏地热发电总量占拉萨电网的30 左右 且地热发电成本远远低于水电 三 地热能 2020 4 16 37 羊八井地热电站介绍 羊八升地热电站是中国自行设计建设的第1座用于商业应用的 装机容量最大的高温地热电站 总装机容量为25 18Mw 年发电量约达l亿kwh 占拉萨电网总电量的40 以上 对缓和拉萨地区电力紧缺的状况起了重要作用 电站利用145 左右的地热水 汽水混和物 发电 向92km以外的拉萨地区供电 羊八井地热电站包括第一电站和第二电站两部分 三 地热能 2020 4 16 38 第一电站由l台1MW机组 1号机组 和3台3MW机组 2号 3号和4号机组 构成 1号机组于1977午10月10日投入运行 2号和3号机组分别于1981年12月和1982年11月建成并投入发电 1985年又扩建了4号机组 至此 第一电站的总装机容量达到10MW 三 地热能 2020 4 16 39 20世纪80年代中期 开始建造第二电站 站址位于羊八井地热田北部 中尼公路以北约45km处 距第一电站约3km 该电站一期工程安装了1台日本生产的3 18MW机组 自动化程度较高 以后 又安装了4台功率各为3MW的国产机组 目前 第二电站的总容量为15 18MW 到2002年底 整个羊八井地热电站的总装机容量为25 18MW 三 地热能 2020 4 16 40 羊八井第一电站1号机组是最初的试验机组 采用单级扩容法发电系统 以后建造的台3MW机组 则均采用两级扩容法发电系统 较单级扩容法可增发20 的发电量 羊八外地热田迄今共打了40多眼地热井 根据地质部门对羊八井地区浅层热储能的勘探与评价 南 北两区的发展潜力约为28 32MW 三 地热能 2020 4 16 41 提纲 一 太阳能二 风能三 地热能四 生物质能五 海洋能 2020 4 16 42 生物质资源 生物质是指由光合作用而产生的有机体 光合作用将太阳能转化为化学能储存在生物质中 四 生物质能 2020 4 16 43 生物质资源包括 1 农作物 产生淀粉的玉米 甘薯 产生糖类的甘蔗 甜菜 果实 2 林作物 白杨 3 水生藻类 海带 4 光合成微生物类 硫细菌 非硫细菌 5 其他类 农产品废弃物 稻秸 谷壳 城市垃圾 林业废弃物 畜业废弃物 排泄物 四 生物质能 2020 4 16 44 生物质能源定义生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源 四 生物质能 2020 4 16 45 光合作用 绿色植物通过叶绿体 利用可见光中的光能 把二氧化碳和水合成为储存能量的糖类 通常指葡萄糖 并且释放出氧气的过程 光合作用的反应式 6CO2 6H2O 光能 叶绿体 C6H12O6 6O2 糖 单糖 淀粉 多糖 纤维素 糖聚合物 四 生物质能 2020 4 16 46 CO2 人类需要的能 生物质的产生和利用循环 H2O 太阳能 C6H12O6 燃烧 分解 气化 四 生物质能 2020 4 16 47 碳循环 生物质能的定义与范畴 人类最重要的间接利用太阳能的方式 氧循环 生物质利用 太阳能驱动的碳 氢 氧循环 氢循环 四 生物质能 2020 4 16 48 生物质包括 糖类 甘蔗 甜菜 淀粉类 土豆 玉米 纤维类 木材 农作物秸杆 杂草 等 四 生物质能 2020 4 16 49 生物质的化学组成 四 生物质能 2020 4 16 50 生物质资源特点和状况 地球上每年生物质能总量约1400 1800亿吨 干重 相当于目前每年总能耗的10倍 总量大 四 生物质能 2020 4 16 51 通过碳 氢 氧循环利用太阳能的过程 理论上不产生温室气体 低含量的N S化合物 可以大量减少SOx等有毒气体排放 被称为 绿色石油 每利用一万吨椐杆代替燃煤 可以减少CO2排放1 4t SO240t 烟尘100t 低污染 四 生物质能 2020 4 16 52 我国可利用的生物质资源量 1 农作物秸秆年产量约7亿吨2 林业及木材加工废弃物年产量约9亿吨3 畜禽养殖和工业有机废水年产沼气资源量约800亿立方米4 城市生活垃圾年产生量约1 2亿吨 分布广 四 生物质能 2020 4 16 53 直接燃烧 热效率低于20 loss loss 四 生物质能 2020 4 16 55 直接燃烧 炕 热效率20 30 四 生物质能 2020 4 16 56 直接燃烧 发电 秸秆直接燃烧发电垃圾直接燃烧发电 四 生物质能 2020 4 16 57 直接燃烧 秸秆发电 热效率可达90 生物质能净转化效率 40 四 生物质能 2020 4 16 58 直接燃烧 秸秆发电 每两吨秸秆的热值相当于一吨煤 平均含硫量只有3 8 远远低于煤1 的平均含硫量 丹麦 已建立了130多家秸秆生物发电厂 秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24 以上 能源草 秸秆 四 生物质能 2020 4 16 59 河北晋州 两台秸秆直燃锅炉 华光股份生产 2台75t h 江苏如东 25MW生物质发电项目 江苏宿迁和句容 每个项目的装机容量为2 4万千瓦 完全采用我国自主研发设计和制造的秸秆直燃锅炉技术 生物质与煤混合燃烧效果最佳 直接燃烧 秸秆发电 截至2006年 我国已经有100多个县市已经开始投建或签订秸秆发电项目 四 生物质能 2020 4 16 60 直接燃烧 秸秆发电 2005年 我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产 引进了丹麦BWE公司的技术设备 对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造 十里泉电厂 四 生物质能 2020 4 16 61 直接燃烧 垃圾发电 生活垃圾焚烧后 质量只有焚烧前的10 体积最多只有1 4 西方发达国家大都建有垃圾发电厂 美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂 90年代又建了近400座发电厂 垃圾焚烧率达40 日本垃圾电站有131座 四 生物质能 2020 4 16 62 直接燃烧 垃圾发电 垃圾电站 四 生物质能 2020 4 16 63 浦东御桥工业区 国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂 每天可处理120 150万城市居民产生的生活垃圾 约1000吨 我国目前规模最大的垃圾焚烧厂 上海江桥生活垃圾焚烧厂 每天处理垃圾2000吨 截至2006年 我国已经建成有100多个日处理量在200吨以上的焚烧装置 直接燃烧 垃圾发电 四 生物质能 2020 4 16 64 目前全球有垃圾电站近1000座 预计未来三年内 将超过3000座 直接燃烧 垃圾发电 四 生物质能 2020 4 16 65 垃圾发电平均上网电价为0 54元 千瓦时 发电成本为0 5元 千瓦时 火力发电成本仅为0 2元 千瓦时 水力发电的运营成本仅为0 03 千瓦时 0 05元 千瓦时 相比之下 垃圾发电成本是相当高的 没有任何竞争优势 直接燃烧 垃圾发电 四 生物质能 2020 4 16 66 热化学转化 气化液化转脂反应 四 生物质能 2020 4 16 67 热化学转化 气化 生物质气化是在高温条件下 利用部分氧化法 使有机物转化成可燃气体的过程 产物为CO H2 CH4等可燃性气体 四 生物质能 2020 4 16 68 用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电 这种方式对气体要求不很严格 直接在锅炉内燃烧气化气 效率低 在燃气轮机内燃烧带动发电机发电 这种利用方式要求气化压力在10 30个大气压 有灰尘 杂质等污染的问题 在内燃机内燃烧带动发电机发电 这种方式应用广泛 而且效率较高 但该种方式对气体要求严格 气化气必须净化及冷却 气化发电的三种方式 四 生物质能 2020 4 16 69 我国当前情况下 如果生物质收集范围大于50km 气化发电价格就会大于电网价格 约0 55元 度 而失掉经济性方面的优势 小于50km 燃料不足 气化技术障碍 燃气除焦电机要求焦油含量 0 02 0 05g m3 H2 15 而汽化后焦油含量 2 50g m3 四 生物质能 2020 4 16 70 农村生物质生态循环型利用系统 关键 四 生物质能 2020 4 16 71 生物质能利用 热化学转化 液化 热解液化 不需催化剂 650 800 原料需干燥 生物油 70 和气体 快速热解 生物油 80 85 和焦炭 慢速热解 高加热速率 102 104K s 产物停留时间 0 2 3s 干馏 木炭 四 生物质能 2020 4 16 72 旋转锥反应器 oil 热化学转化 液化 四 生物质能 2020 4 16 73 热化学转化 液化 四 生物质能 2020 4 16 74 2 加压液化 需催化剂 300 350 原料不需干燥 12