第五章典型新能源動力裝置

1、第五章第五章 典型新能源動力裝置典型新能源動力裝置1一一. .蓄熱蓄熱 蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù), 可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾 , 在太陽能利用、電力的“移峰填谷” 、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 , 目前已成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。在化工生產(chǎn)和許多工業(yè)過程排放的廢熱是不連續(xù)的 , 要充分利用這些不穩(wěn)定的能源 , 就需要采用蓄熱技術(shù) , 將這些熱量暫時儲存起來 , 在需要的時候再釋放出去。這樣既可以降低企業(yè)能耗 , 又可以減少由一次能源轉(zhuǎn)變?yōu)槎文茉磿r產(chǎn)生各種有害物質(zhì)對環(huán)境的污染。21.1.蓄熱方式蓄熱方式目前主要的蓄

2、熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱目前主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種三種。顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來存儲熱量的。這種蓄熱方式在各類蓄熱方式中是最簡單和最成熟的 ,應(yīng)用也最廣泛 ,可用于供暖和發(fā)電。潛熱蓄熱是利用物質(zhì)在凝固/熔化、凝結(jié)/氣化、凝華/升華以及其他形式的相變過程中, 都要吸收或放出相變潛熱的原理。根據(jù)相變溫度高低 , 潛熱蓄熱又分為低溫和高溫兩部分。低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收、太陽能儲存以及供暖和空調(diào)系統(tǒng)。高溫潛熱蓄熱可用于熱機(jī)、太陽能電站、磁流體發(fā)電以及人造衛(wèi)星等方面。高溫相變材料主要采用高溫熔化鹽類、混合鹽類和金屬及合金等。高溫熔化鹽類主要是氟化

3、鹽、氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽類物質(zhì)?；旌消}類溫度范圍寬廣 , 熔化潛熱大 , 但鹽類腐蝕性嚴(yán)重 , 會在容器表面結(jié)殼或結(jié)晶遲緩。化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲存熱能。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時 , 可以有催化劑 , 也可以沒有催化劑 , 這些反應(yīng)包括氣相催化反應(yīng)、氣固反應(yīng)、氣液反應(yīng)、液液反應(yīng)等等。33.3.蓄熱技術(shù)的近期發(fā)展及未來展望蓄熱技術(shù)的近期發(fā)展及未來展望隨著人類對節(jié)約能源、開發(fā)新能源和環(huán)境保護(hù)的重視 , 蓄熱技術(shù)受到世界各國越來越多的重視 ,并不斷取得進(jìn)展。(1) 利用濃度差蓄熱的吸收式熱泵又稱化學(xué)熱泵 , 作為蓄熱和低品位廢熱升級利用的有效技術(shù)裝置受到人們的重視 , 很多公司競

4、相開發(fā)。(2) 低溫蓄熱技術(shù)尤其是 0 時的潛熱蓄熱(儲存冰) 是一種非常有效的蓄熱方法。利用晝間放熱、夜間儲冰的0 低溫潛熱蓄熱 (儲存冰) 技術(shù)已成為當(dāng)前空調(diào)行業(yè)的研究開發(fā)熱點(diǎn) , 并成為重要的節(jié)能手段。(3) 高溫蓄熱方面 , 80 年代中期美國自由號空間站計劃的實施 , 極大地推動了高溫相變潛熱蓄熱技術(shù)的發(fā)展。人類空間探索規(guī)模的不斷擴(kuò)大和活動的增多 , 必然促進(jìn)高溫相變蓄熱技術(shù)不斷取得進(jìn)展和走向成熟。4(4) 隨著納米技術(shù)的發(fā)展 , 將納米技術(shù)與復(fù)合相變蓄熱材料結(jié)合 , 制備新型、高效的納米復(fù)合材料蓄能相變材料對提高我國能源利用效率、保護(hù)環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實意義?？傊? 隨著人類社會

5、對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗、減少污染的要求越來越高, 對蓄熱技術(shù)的需求也就會越來越強(qiáng)烈, 必然促進(jìn)蓄熱技術(shù)持續(xù)快速的發(fā)展。5二二. .蓄能蓄能儲能技術(shù)可用于解決熱能供給和需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，在太陽能利用、電力調(diào)峰、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑采暖與空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，已成為世界范圍的研究熱點(diǎn)。利用相變材料的相變潛熱來實現(xiàn)能量的儲存和利用，提高能效和開發(fā)可再生能源，是近年來能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個十分活躍的前沿研究方向。相變儲能材料是指在其物相變化過程中，可以與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換（從外界環(huán)境吸收熱量或者向外界環(huán)境放出熱量），從而達(dá)到控

6、制環(huán)境溫度和能量利用目的材料。與顯熱儲能相比，相變儲能具有儲能密度高、體積小巧、溫度控制恒定、節(jié)能效果顯著、相變溫度選擇范圍寬、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、太陽能利用、采暖和空調(diào)、供電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)學(xué)工程、軍事工程、蓄熱建筑等眾多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的前景。6蓄能技術(shù)介紹：蓄能技術(shù)介紹：1.1.顯熱蓄能技術(shù)顯熱蓄能技術(shù)每一種物質(zhì)均具有一定的熱容，在物質(zhì)態(tài)不變的情況下隨著溫度的變化，它會吸收或放出熱量。顯熱蓄能技術(shù)就是利用物質(zhì)的這一特性，從理論上說，所有物質(zhì)均可以被應(yīng)用于顯熱蓄能技術(shù)，但實際應(yīng)用的是比熱容較大的物質(zhì)。在蓄能技術(shù)發(fā)展的初期，顯熱蓄能首先被提出并得到應(yīng)用，應(yīng)用最廣泛的就是冷、熱

7、水蓄能技術(shù)。冷、熱水蓄能是利用價格低廉、使用方便，比熱容大的水作為蓄能介質(zhì)，利用水的顯熱進(jìn)行能量儲存，它具有投資少、系統(tǒng)簡單、維修方便、技術(shù)要求低、可以使用常規(guī)蓄能空調(diào)、供熱系統(tǒng)，曾被廣泛采用冷、熱水蓄能技術(shù)的缺點(diǎn)是：蓄能溫差小，密度低，小能儲存很大的能量。72.2.潛熱蓄能技術(shù)潛熱蓄能技術(shù)潛熱潛能儲存技術(shù)潛熱蓄冷技術(shù)是利用物質(zhì)相變時需要吸收或放出熱量的特性來儲存或釋放能量，包括冰蓄冷技術(shù)和共晶鹽蓄能技術(shù)。3.3.熱化學(xué)蓄能技術(shù)熱化學(xué)蓄能技術(shù)在一定的溫度范圍內(nèi)某些物質(zhì)吸熱或放熱時，會產(chǎn)生某種熱化學(xué)反應(yīng)。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱化學(xué)蓄能技術(shù)。目前正常研究、開發(fā)的氣體水臺物蓄冷技術(shù)可以算

8、作熱化學(xué)蓄冷技術(shù)中的一種。氣體水合物蓄冷技術(shù)從物質(zhì)狀態(tài)變化形式上可以劃入潛熱蓄冷技術(shù)。但從蓄冷原理上是由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)熱來蓄冷。8制冷制熱潛能儲存技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)制冷制熱潛能儲存技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)制冷潛能儲存系統(tǒng)不需要采用絕熱保溫措施，能量可以在常溫下無限期地儲存。(2)能量以溶液化學(xué)勢能形式儲存，儲存設(shè)備只是結(jié)構(gòu)非常簡單的儲液罐而已。(3)單位質(zhì)量工作溶液的儲能密度大于目前已使用或正在研究的蓄冷介質(zhì)的儲能密度，可使能量儲存系統(tǒng)的體積減小。(4)制冷制熱潛能儲存系統(tǒng)的制冷溫度范圍非常廣，理論上可以在7060之間工作。(5)制冷制熱潛能儲存系統(tǒng)可以將多種能量轉(zhuǎn)換成溶液的化學(xué)勢能并被

9、儲存起來，在需要時可較容易地轉(zhuǎn)換成冷或熱能。(6)制冷制熱潛能儲存系統(tǒng)所采用的物質(zhì)均是自然物質(zhì)，不影響環(huán)境。(7)儲存的潛能不僅可以轉(zhuǎn)換成冷能，而且還可以轉(zhuǎn)換熱能，或同時轉(zhuǎn)換成冷、熱能。(8)制冷制熱潛能儲存系統(tǒng)的基本設(shè)備與常規(guī)壓縮式和吸收式制冷系統(tǒng)相同，相關(guān)技術(shù)比較成熟。(9)儲存的潛能是以制冷的方式轉(zhuǎn)換成冷能，因此很容易將普通的制冷空調(diào)系統(tǒng)改造成為蓄能制冷空調(diào)系統(tǒng)。9 相變蓄能技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的相變蓄能技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)。在能源日益緊張的時代，隨著人們?nèi)找嬷匾夹g(shù)。在能源日益緊張的時代，隨著人們?nèi)找骊P(guān)注節(jié)約能源、開發(fā)新能源以及環(huán)境保護(hù)意識的普關(guān)注節(jié)約

10、能源、開發(fā)新能源以及環(huán)境保護(hù)意識的普遍增強(qiáng)，相變蓄能技術(shù)備受世界各國的重視，相變遍增強(qiáng)，相變蓄能技術(shù)備受世界各國的重視，相變蓄能材料的應(yīng)用日趨廣泛，必將促進(jìn)該技術(shù)持續(xù)快蓄能材料的應(yīng)用日趨廣泛，必將促進(jìn)該技術(shù)持續(xù)快速的發(fā)展。相變儲能技術(shù)的節(jié)能性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)速的發(fā)展。相變儲能技術(shù)的節(jié)能性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性越來越受到人們的廣泛重視，它的實際應(yīng)用領(lǐng)域性越來越受到人們的廣泛重視，它的實際應(yīng)用領(lǐng)域和范圍在不斷擴(kuò)展，不僅在航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、和范圍在不斷擴(kuò)展，不僅在航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源電力、紡織材料、公路交通、發(fā)動機(jī)技術(shù)等方能源電力、紡織材料、公路交通、發(fā)動機(jī)技術(shù)等方面有著重要的應(yīng)用，而且在改善人們

11、的日常生活方面有著重要的應(yīng)用，而且在改善人們的日常生活方面也有著廣泛的應(yīng)用面也有著廣泛的應(yīng)用% %隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展。相變隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展。相變儲能技術(shù)會給人們帶來更為廣闊的應(yīng)用空間和巨大儲能技術(shù)會給人們帶來更為廣闊的應(yīng)用空間和巨大的經(jīng)濟(jì)利益。的經(jīng)濟(jì)利益。10三三. .熱泵熱泵熱泵系統(tǒng)就是能夠把能量從溫度低（低品位能量）傳遞到溫度高（高品位能量）的設(shè)備系統(tǒng)。它是以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價，從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費(fèi)的高質(zhì)能一起向用戶供熱，從而有效地利用了低水平的熱能。熱泵的原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析：熱泵的原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析：所謂熱泵，就是一種利用人工技術(shù)將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮芏_(dá)到

12、供熱效果的機(jī)械裝置。11熱泵裝置用途廣熱泵裝置用途廣：凡用蒸汽進(jìn)行提純、濃縮、干燥、分離、凈化等操作單元中熱泵裝置均可發(fā)揮其優(yōu)勢，化工、食品、輕工、醫(yī)藥、紡織、石油、環(huán)保等行業(yè)中都可采用，熱泵蒸發(fā)法與普通單效蒸發(fā)器相比可節(jié)能80%左右，濃縮倍數(shù)可達(dá)12倍。熱泵耗能低、凈化效果好、濃縮倍數(shù)大、裝置結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、安全可靠、易于實現(xiàn)自動化。熱泵裝置將在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中大顯身手。12熱泵蒸發(fā)：熱泵蒸發(fā)：將蒸發(fā)操作產(chǎn)生的二次蒸汽絕熱壓縮，然后返回蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以提高熱能利用率的一種蒸發(fā)操作（見圖）。蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽溫位較低，但含有大量潛熱。將二次蒸汽用壓縮機(jī)絕熱壓縮提高溫位后，可以送回原蒸發(fā)器的

13、加熱室用作熱源。蒸汽壓縮要消耗壓縮功，但從壓縮后的蒸汽中可回收更多的熱量?；厥盏臒崃颗c所消耗的壓縮功的比值，稱為致熱系數(shù)。蒸汽壓縮所消耗的壓縮功與壓縮比（加熱蒸汽壓力與二次蒸汽壓力的比值）有關(guān)。二次蒸汽與加熱蒸汽的溫差越小，所需壓縮比越小，致熱系數(shù)就越大。因此，熱泵蒸發(fā)適用于沸點(diǎn)升高不大的有機(jī)溶液或稀溶液的蒸發(fā)，而且蒸發(fā)器應(yīng)具有較大的傳熱面積。 13四四. .燃料電池燃料電池燃料電池的特點(diǎn)：燃料電池的特點(diǎn)：（1）燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，不受卡諾效率限制。 （2）清潔、環(huán)保。燃料電池不需要鍋爐、汽輪機(jī)等大型設(shè)備、沒有SO x、NO x氣體和固體粉塵的排放。 （3）可靠性和操作性良好，噪聲低。

14、（4）所用燃料廣泛，占地面積小，建廠具有很大靈活性。14燃料電池的組成和工作原理燃料電池的組成和工作原理 燃料電池的基本組成：燃料電池的基本組成：陽極、陰極、電解質(zhì)和外電路。燃料電池中的電解質(zhì)有不同的種類。 15燃料電池中的催化作用：燃料電池中的催化作用： （1）燃料電池中的電催化作用是用來加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的一種作用，一般發(fā)生在電極與電解質(zhì)的分界面上。 （2）催化劑是一類可產(chǎn)生電催化作用的物質(zhì)。電催化劑可以分別用于催化陽極和陰極反應(yīng)。這種分離的催化特征，使得人們可以更好地優(yōu)選不同的催化劑。 *評價催化劑的主要技術(shù)指標(biāo)為穩(wěn)定性、電催化活性、電導(dǎo)率和經(jīng)濟(jì)性。1617五五. .先進(jìn)動力循環(huán)先進(jìn)動力循環(huán) 燃?xì)馊細(xì)? -蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展：熱力參數(shù)與單機(jī)容量逐步提高，達(dá)W200MW，熱效率3541%?？煽啃?598.5%，可作為基本負(fù)荷電站。聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實可行性：（1）燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度t=400600度。（2）