第五章典型新能源动力装置

1、第五章第五章 典型新能源动力装置典型新能源动力装置1一一. .蓄热蓄热 蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术, 可用于解决热能供给与需求失配的矛盾 , 在太阳能利用、电力的“移峰填谷” 、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景 , 目前已成为世界范围内的研究热点。在化工生产和许多工业过程排放的废热是不连续的 , 要充分利用这些不稳定的能源 , 就需要采用蓄热技术 , 将这些热量暂时储存起来 , 在需要的时候再释放出去。这样既可以降低企业能耗 , 又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染。21.1.蓄热方式蓄热方式目前主要的蓄

2、热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热目前主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种三种。显热蓄热是利用物质的温度升高来存储热量的。这种蓄热方式在各类蓄热方式中是最简单和最成熟的 ,应用也最广泛 ,可用于供暖和发电。潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中, 都要吸收或放出相变潜热的原理。根据相变温度高低 , 潜热蓄热又分为低温和高温两部分。低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统。高温潜热蓄热可用于热机、太阳能电站、磁流体发电以及人造卫星等方面。高温相变材料主要采用高温熔化盐类、混合盐类和金属及合金等。高温熔化盐类主要是氟化

3、盐、氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐类物质。混合盐类温度范围宽广 , 熔化潜热大 , 但盐类腐蚀性严重 , 会在容器表面结壳或结晶迟缓。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。发生化学反应时 , 可以有催化剂 , 也可以没有催化剂 , 这些反应包括气相催化反应、气固反应、气液反应、液液反应等等。33.3.蓄热技术的近期发展及未来展望蓄热技术的近期发展及未来展望随着人类对节约能源、开发新能源和环境保护的重视 , 蓄热技术受到世界各国越来越多的重视 ,并不断取得进展。(1) 利用浓度差蓄热的吸收式热泵又称化学热泵 , 作为蓄热和低品位废热升级利用的有效技术装置受到人们的重视 , 很多公司竞

4、相开发。(2) 低温蓄热技术尤其是 0 时的潜热蓄热(储存冰) 是一种非常有效的蓄热方法。利用昼间放热、夜间储冰的0 低温潜热蓄热 (储存冰) 技术已成为当前空调行业的研究开发热点 , 并成为重要的节能手段。(3) 高温蓄热方面 , 80 年代中期美国自由号空间站计划的实施 , 极大地推动了高温相变潜热蓄热技术的发展。人类空间探索规模的不断扩大和活动的增多 , 必然促进高温相变蓄热技术不断取得进展和走向成熟。4(4) 随着纳米技术的发展 , 将纳米技术与复合相变蓄热材料结合 , 制备新型、高效的纳米复合材料蓄能相变材料对提高我国能源利用效率、保护环境具有十分重要的现实意义。总之, 随着人类社会

5、对环境保护、节能降耗、减少污染的要求越来越高, 对蓄热技术的需求也就会越来越强烈, 必然促进蓄热技术持续快速的发展。5二二. .蓄能蓄能储能技术可用于解决热能供给和需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，在太阳能利用、电力调峰、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景，已成为世界范围的研究热点。利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换（从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量），从而达到控

6、制环境温度和能量利用目的材料。与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑等众多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。6蓄能技术介绍：蓄能技术介绍：1.1.显热蓄能技术显热蓄能技术每一种物质均具有一定的热容，在物质态不变的情况下随着温度的变化，它会吸收或放出热量。显热蓄能技术就是利用物质的这一特性，从理论上说，所有物质均可以被应用于显热蓄能技术，但实际应用的是比热容较大的物质。在蓄能技术发展的初期，显热蓄能首先被提出并得到应用，应用最广泛的就是冷、热

7、水蓄能技术。冷、热水蓄能是利用价格低廉、使用方便，比热容大的水作为蓄能介质，利用水的显热进行能量储存，它具有投资少、系统简单、维修方便、技术要求低、可以使用常规蓄能空调、供热系统，曾被广泛采用冷、热水蓄能技术的缺点是：蓄能温差小，密度低，小能储存很大的能量。72.2.潜热蓄能技术潜热蓄能技术潜热潜能储存技术潜热蓄冷技术是利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放能量，包括冰蓄冷技术和共晶盐蓄能技术。3.3.热化学蓄能技术热化学蓄能技术在一定的温度范围内某些物质吸热或放热时，会产生某种热化学反应。利用这一原理构成的蓄冷技术称之为热化学蓄能技术。目前正常研究、开发的气体水台物蓄冷技术可以算

8、作热化学蓄冷技术中的一种。气体水合物蓄冷技术从物质状态变化形式上可以划入潜热蓄冷技术。但从蓄冷原理上是由化学反应所产的化学反应热来蓄冷。8制冷制热潜能储存技术有独特的优点制冷制热潜能储存技术有独特的优点：(1)制冷潜能储存系统不需要采用绝热保温措施，能量可以在常温下无限期地储存。(2)能量以溶液化学势能形式储存，储存设备只是结构非常简单的储液罐而已。(3)单位质量工作溶液的储能密度大于目前已使用或正在研究的蓄冷介质的储能密度，可使能量储存系统的体积减小。(4)制冷制热潜能储存系统的制冷温度范围非常广，理论上可以在7060之间工作。(5)制冷制热潜能储存系统可以将多种能量转换成溶液的化学势能并被

9、储存起来，在需要时可较容易地转换成冷或热能。(6)制冷制热潜能储存系统所采用的物质均是自然物质，不影响环境。(7)储存的潜能不仅可以转换成冷能，而且还可以转换热能，或同时转换成冷、热能。(8)制冷制热潜能储存系统的基本设备与常规压缩式和吸收式制冷系统相同，相关技术比较成熟。(9)储存的潜能是以制冷的方式转换成冷能，因此很容易将普通的制冷空调系统改造成为蓄能制冷空调系统。9 相变蓄能技术是提高能源利用效率和保护环境的相变蓄能技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。在能源日益紧张的时代，随着人们日益重要技术。在能源日益紧张的时代，随着人们日益关注节约能源、开发新能源以及环境保护意识的普关注节约

10、能源、开发新能源以及环境保护意识的普遍增强，相变蓄能技术备受世界各国的重视，相变遍增强，相变蓄能技术备受世界各国的重视，相变蓄能材料的应用日趋广泛，必将促进该技术持续快蓄能材料的应用日趋广泛，必将促进该技术持续快速的发展。相变储能技术的节能性、环保性及经济速的发展。相变储能技术的节能性、环保性及经济性越来越受到人们的广泛重视，它的实际应用领域性越来越受到人们的广泛重视，它的实际应用领域和范围在不断扩展，不仅在航空航天、工农业生产、和范围在不断扩展，不仅在航空航天、工农业生产、能源电力、纺织材料、公路交通、发动机技术等方能源电力、纺织材料、公路交通、发动机技术等方面有着重要的应用，而且在改善人们

11、的日常生活方面有着重要的应用，而且在改善人们的日常生活方面也有着广泛的应用面也有着广泛的应用% %随着科技的进步与发展。相变随着科技的进步与发展。相变储能技术会给人们带来更为广阔的应用空间和巨大储能技术会给人们带来更为广阔的应用空间和巨大的经济利益。的经济利益。10三三. .热泵热泵热泵系统就是能够把能量从温度低（低品位能量）传递到温度高（高品位能量）的设备系统。它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，从而有效地利用了低水平的热能。热泵的原理及技术经济性分析：热泵的原理及技术经济性分析：所谓热泵，就是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到

12、供热效果的机械装置。11热泵装置用途广热泵装置用途广：凡用蒸汽进行提纯、浓缩、干燥、分离、净化等操作单元中热泵装置均可发挥其优势，化工、食品、轻工、医药、纺织、石油、环保等行业中都可采用，热泵蒸发法与普通单效蒸发器相比可节能80%左右，浓缩倍数可达12倍。热泵耗能低、净化效果好、浓缩倍数大、装置结构紧凑、操作简便、安全可靠、易于实现自动化。热泵装置将在经济建设中大显身手。12热泵蒸发：热泵蒸发：将蒸发操作产生的二次蒸汽绝热压缩，然后返回蒸发器作为加热蒸汽，以提高热能利用率的一种蒸发操作（见图）。蒸发产生的二次蒸汽温位较低，但含有大量潜热。将二次蒸汽用压缩机绝热压缩提高温位后，可以送回原蒸发器的

13、加热室用作热源。蒸汽压缩要消耗压缩功，但从压缩后的蒸汽中可回收更多的热量。回收的热量与所消耗的压缩功的比值，称为致热系数。蒸汽压缩所消耗的压缩功与压缩比（加热蒸汽压力与二次蒸汽压力的比值）有关。二次蒸汽与加热蒸汽的温差越小，所需压缩比越小，致热系数就越大。因此，热泵蒸发适用于沸点升高不大的有机溶液或稀溶液的蒸发，而且蒸发器应具有较大的传热面积。 13四四. .燃料电池燃料电池燃料电池的特点：燃料电池的特点：（1）燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制。 （2）清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SO x、NO x气体和固体粉尘的排放。 （3）可靠性和操作性良好，噪声低。

14、（4）所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大灵活性。14燃料电池的组成和工作原理燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。 15燃料电池中的催化作用：燃料电池中的催化作用： （1）燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面上。 （2）催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得人们可以更好地优选不同的催化剂。 *评价催化剂的主要技术指标为稳定性、电催化活性、电导率和经济性。1617五五. .先进动力循环先进动力循环 燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环燃气轮机的发展：热力参数与单机容量逐步提高，达W200MW，热效率3541%。可靠性9598.5%，可作为基本负荷电站。联合循环的现实可行性：（1）燃气轮机排气温度t=400600度。（2）