温差热发电技术与分布式供能

1、温差热发电技术与分布式供能温差热发电技术与分布式供能 Thermal power generation technologyThermal power generation technology 单位单位：XXXXXXXXXXXXXXXX 专业专业：XXXXXXXXXXXXXXXX 姓名姓名：XXXXXXXXXXXXXXXX 温差热发电技术与分布式供能温差热发电技术与分布式供能 温差热发电技术的历史及现状温差热发电技术的历史及现状 1 2 温差热发电技术的基本原理温差热发电技术的基本原理 3 温差热发电技术的发展应用温差热发电技术的发展应用 4 温差电技术的研究温差电技术的研究 始于始于202

2、0世纪世纪4040年代年代 2020世纪世纪6060年代达到高峰年代达到高峰 应用：应用： u航天、军事航天、军事 u少用于工业、少用于工业、 民用产业民用产业 科技发达国家已先后将发展温差电技术列入中长期能源开发计划。科技发达国家已先后将发展温差电技术列入中长期能源开发计划。 发达国家：发达国家：十分重视温差热发电技术，太阳 能热发电技术在欧美等国家已经成熟，且已 经实现并网发电; 日本：日本：在海洋温差热发电技术方面居世界领 先地位 中国：中国：温差热发电技术目前仍处于试验研究 与工程示范阶段 透平机（透平机（turbineturbine）与温差发电机相结合）与温差发电机相结合 热电效应与

3、半导体温差发电热电效应与半导体温差发电 温差发电通过热电转换材料 得以实现，而检定热电转换材料 的标志，在于它的三个基本效应： 帕尔帖（帕尔帖（PeltierPeltier） 效应效应 塞贝克（塞贝克（SeebeckSeebeck）效应）效应 温差发电的基础，又称作第 一热电效应，它是指由于两种不 同电导体或半导体的温度差异而 引起两种物质间的电压差的热电 现象。 汤姆逊（汤姆逊（ThomsonThomson）效应）效应 热电效应热电效应 半导体温差发电原理半导体温差发电原理 将许多对P 型和N型热电转换 材料连接起来组成 模块，就可得到足 够高的电压，形成 一个温差发电机。 热电转换材料直接

4、将热能转化为电能，是一 种全固态能量转换方式， 无需化学反应或流体介 质，因而在发电过程中具有优点优点： 无噪音、无磨损、无介质泄漏、免维护、无噪音、无磨损、无介质泄漏、免维护、 体体 积小、重量轻、移动方便、使用寿命长。积小、重量轻、移动方便、使用寿命长。 在军用电池、远程空间探测器、 远距离通讯 与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可替代” 的地位。 半导体温差发电半导体温差发电 在 21 世纪全球 环境和能源条件恶化、燃料 电池又难以进入实际应用的情况下，温差电技术 更成为引人注目的研究方向。 温差热发电技术温差热发电技术是一 种利用高、低温热源之间 的温差，采用低沸点工作 流体作为循环

5、工质，在朗朗 肯循环肯循环( Rankine Cycle， RC) 基础上，用高温热源 加热并蒸发循环工质产生 的蒸汽推动透平发电的技 术。 温差热发电技术原理温差热发电技术原理 u四大组件：蒸发器，冷凝器，蒸发器，冷凝器， 气轮机，工作流体泵气轮机，工作流体泵。 u高温热源加热蒸发器蒸发器内工作 流体并使其蒸发，然后在气轮机气轮机 内绝热膨胀，推动气轮机叶片而发电，发电后 的工作流体导入冷凝器冷凝器内，将其热量传给低温热 源，冷却再恢复成液体，经循环泵循环泵送入蒸发器， 形成一个循环。 温差热发电技术原理温差热发电技术原理 u温差热发电循环目前主要有闭式循环、开式循环、 回热循环、联合循环和

6、Kalina 循环，在相同的运行 条件下，回热循环的循环转换效率最高 u循环工质及循环装置对温差热发电循环系统的热效 率也有影响。 温差热发电技术温差热发电技术 几种采用不同循环工质的低温热源型的小型双工质发电装置 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 海洋温差发电海洋温差发电/ /海洋热能转换海洋热能转换 （Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC） 定义：定义：利用海洋表层温海水（2030）与 距海面2001000m深度的冷海水（38） 温差产生的热能获取电能。

7、从表面高温热源到深处低温热源，可能获得 总温差1520左右的有效能量，最终可 能获得具有工程意义的11温差的能量。 海洋温差利用海洋温差利用 开式循环 闭式循环 混合式循环 陆上设备型 海上设备型 海洋温差利用海洋温差利用 u 分类分类 工质及流工质及流 程的不同程的不同 发电设备的发电设备的 设置形式设置形式 海洋温差利用海洋温差利用 闭闭式循环系统式循环系统不以海 水而采用一些低沸点的物 质（如丙烷、异丁烷、氟 利昂、氨等）作为工作流 体，在闭合回路中反复进 行蒸发、膨胀、冷凝。因 为系统使用低沸点工作流 体，蒸汽的压力得到提高。 u陆上型陆上型是把发电机设置在 海岸，而把取水泵延伸到 5

8、001000米或更深的深海处。 u海上型海上型是把吸水泵从船上 吊挂下去，发电机组安装在 船上，电力通过海底电缆输 送。海上设备型又可分成三 类，即浮体式（包括表面浮 体式、半潜式、潜水式）、 着底式和海上移动式。 海洋温差利用海洋温差利用 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 u能量来自地球内部的熔岩， 并以热力形式存在。在80 至100公英里的深度处，温 度会降至650至1200 u通过地下水的流动和熔岩 涌至离地面1至5公里的地 壳，热力得以被转送至较 接近地面的地方。 地热能地热能(Geothermal Energy )(Geothermal Energy

9、) 地热能利用地热能利用 根据可利用地热资源的特点以及采用技术方案 的不同，地热发电主要划分为： 1. 1. 四种发电方式四种发电方式 地热能利用地热能利用 地热蒸汽联合循环 地下热水地下热岩石 发电 方式 2. 2. 两种发电装置两种发电装置 地热能利用地热能利用 汽汽 轮轮 机机 发发 电电 二二 元元 发发 电电 装装 置置 目前世界上多数正在运行的地热发电装置属于 汽轮机型，但二元发电装置越来越普及。 汽轮发电 机制造和运行 都不太贵，但 为了在高效率 下操作，它要 求水温在180 200以上。 二元发电 装置制造和运 行费用较高， 但它可用100 或更低温的水 发电。 地热利用例一：

10、海底黑烟囱地热利用例一：海底黑烟囱 与传统的海洋温差发电系统不同海底 黑烟囱海洋温差发电系统是以海洋地热为 热源以深海冷水为冷源的发电系统 。 地热能利用地热能利用 地热利用例二：雪地热利用例二：雪 日本秋田大学研制，由海水温 差发电的启发，成功利用雪进 行温差发电。 1. 利用高原积雪融化成雪水将 一般冷藏库使用的液体氟利昂 进行气化，推动汽轮机发电， 再通过雪和雪水使其变成液体 2. 将雪作为冷源，地热水或排 放热水作为热源，利用温差发 电 地热能利用地热能利用 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 将太阳能集热技术与温差发电技术相结 合，利用太阳能产热再利用温

11、差发电技术将热 能转化成电能。 太阳能利用太阳能利用 1.太阳能水暖温差发电 2.太阳能集热板温差发电 3.太阳能辅助小温差热发电 利用太阳能真空 管集热，促使管 内水温高于水箱 水温，因热水比 冷水轻，形成对 流，最终使水箱 中的温度达到使 用所需的温度。 太阳能利用太阳能利用 太阳能水暖温差发电太阳能水暖温差发电 太阳能热发电屋顶结构 在屋顶设置了热电转换 器件，太阳能辐射到集 热板上，使温差发电器 热端温度升高，与冷端 形成温差，从而发出电 能，在环境温度30- 35，辐射强度为800 W/时，能够产生12 W /的电力。 太阳能利用太阳能利用 太阳能集热板温差发电太阳能集热板温差发电

12、u工质：工质：氨 u蒸发器热源：蒸发器热源：工业废水 u原理：原理：从汽轮机排放的低 压气体被冷凝器冷却后， 通过工质泵加压送人蒸发 器中，该蒸发器的热源可 采用工业废水，循环工质 被蒸发器预热后流入太阳 能集热器中，从集热器中 蒸发并过热后的高温高压 蒸汽推动汽轮机做功 太阳能辅助小温差热发电太阳能辅助小温差热发电 太阳能利用太阳能利用 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 大多数工业过程都会产生大量的工业废热， 如果直接排放到环境中，不仅严重污染环境，而 且是一种极大的能源浪费；以传统的方式加以回 收，其经济效益又非常有限。将朗肯循环整合到朗肯循环整合到 能源系

13、统，即以工业余热废热驱动朗肯循环能源系统，即以工业余热废热驱动朗肯循环，不 但可在相同输出的条件下，减少CO2等污染物的排 放，有利于环境保护；而且还可将低品位能源升 级成高品位的电能。 余热回收利用余热回收利用 工业生产过程中产生的余热数量相当可观，例 如，印刷厂排出的70 90 的废水，热电厂、 核电厂等排出的50 以上的冷凝水，发动机排出的 温度在450以上的废气，轻型汽车排放的温度达 700的废气，中型汽车排出的温度达500以上的 废气等，利用以上工业余热可作为小温差热发电系小温差热发电系 统的高温热源统的高温热源 余热回收利用余热回收利用 温差发电器安装在汽车内燃机的排 气管上，将内

14、燃机运行时排出的余热直 接转化成电能。 u汽车发动机余热温差发电汽车发动机余热温差发电 余热回收利用余热回收利用 太阳能利用 地热能利用 其它方面 余热回收利 用 海洋温差利 用 人体内存在一定的温差, 且 从体核到体表逐渐下降。如果 在体内植入热电片热电片, 则热电片 两侧之间势必存在一定温度差, 其正负极于是可输出一定电能。 人体内温差长期存在人体内温差长期存在, , 因而可因而可 保证热电片持续不断地获取并保证热电片持续不断地获取并 输出电能。输出电能。通过处理后, 有望 成为一些植入式医疗器械的理 想电源。 其他应用方式其他应用方式 u可植入式温差发电可植入式温差发电 热电片产生的电荷

15、, 除了可以给植入式医疗器械 供电, 还可引申出一些新兴的可能用途： u利用热电片产生的微电流促进药物的运输 u利用脉冲电流磁场抑制癌细胞的生长 u电流是神经传导的主要传导信号, 由热电片产生的 电流可用于刺激神经传导 其他应用方式其他应用方式 现代战争中执行地面主要突击任务的 坦克以大功率柴油机为动力。柴油机燃烧 后的废气造成坦克排烟管表面具有很高的 温度，战斗中火炮的连续射击使炮管成为 高温热源。履带、后装甲因剧烈摩擦和高 温导热产生较强的红外辐射特征信号。 u温差发电用于坦克红外抑制温差发电用于坦克红外抑制 其他应用方式其他应用方式 这些部位的热特性与其他部位存在明 显差异, 很容易遭到

16、敌红外探测仪器的识 别、跟踪和精确制导武器的攻击, 因此实 现对坦克温表面红外辐射特性的有效抑制 已迫在眉睫。 2021-6-25 其他应用方式其他应用方式 (1) 坦克排烟管高温表面经热电转换后产 生的电能能够驱动直流冷却风扇运转, 风 扇的强制对流换热加速了热量的散发, 热 电转换和热量转移使得散热器外表温度较 坦克排烟管表面温度的降幅超过65%。 (2) 发动机转速增加致使温差发电器件冷 热面温差增大, 输出电压增大, 风扇强制 对流换热增强,红外抑制效果更加明显。 其他应用方式其他应用方式 核温差发电 垃圾焚烧发电 空间探测温差发电(放射性同位素温差发电) 其他应用方式其他应用方式 更多领域更多领域： 分布式供能相对于传统的集中式供能方式而言。 是指将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用 户附近，可独立地输出电、热或(和)冷能的系统。 分布式发电模式的应用趋势就是由边远无电地 区的独立供电模式向有电地区的常规并网发电方向 发展。 与分布式供能的联系与分布式供能的联系 1.1.温差热发电是分布式供能的重要形式之一：温差热发电是分布式供能的重要形式之一： 2. 2.温差热发电将与分布式供能进一步结合：温差热发电将与分布式供能进一步结合： 为了使太阳能温差发电这