新能源发电技术

1新能源发电技术东南大学电气工程学院程明教授第七讲其他可再生能源发电技术生物质能发电地热发电2热发电海洋能发电生物质发电技术生物质能发电起源于20世纪70年代,当时世界性石油危机爆发。丹麦BWE公司1988年诞生了世界上第一座秸杆生物燃料发电厂。目前,美国生物质能发电的总装机容量达10000MW,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其他林产品加工厂。西班牙、瑞典、芬兰、法国、英国、加拿大、奥地利等国也投产运行了多个秸秆焚烧发电机组。其中,位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是目前世界上昀大的秸秆发电厂,装机容量38MW,总投资约5亿丹麦克朗。除这些发达国家外,泰国、印度、巴西和东南亚等3发展中国家也通过引进技术或自行研发开展了多个生物质能发电项目生物质能发电汽化炉雨光合作用4Biomass生物废料矿物灰烬生物质资源十分丰富：全球每年水、陆生物质产量约为目前全球总能耗量的6～10倍左右。目前生物质已成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，约占全球总能耗的14％。据预测，到2050年，生物质能用量将占全球燃料直接用量的38％，发电量占全球总电量的17％。因此，许多发达国家和一些发展中国家将生物质看作是对环境和社会有益的能源资源，加快了生物质生物质能发电5家将生物质看作是对环境和社会有益的能源资源，加快了生物质能源的产品化进程。注：traditionalrenewable主要为发展中国家的生物质能图1UNDP关于世界未来能源构成的一种情景我国生物质资源十分丰富，资源总量不低于30亿吨干物质/年，相当于10亿多吨油当量，约为我国目前石油消耗量的3倍。生物质能发电9我国生物质资源非常丰富，仅各类农作物秸秆和农产品加工残余废弃物约为6～7亿吨/年9若每年有2亿吨秸秆用来热解液6化，可获得1亿吨生物油（约合4000万吨油当量）9若秸秆收购价为250元/吨，则每年可为农民增收500亿元9若生物油市场价为1500元/吨，则其总价值将达1500亿元2生物质能发电生物质能发电的特点：‹生物质能发电的关键是生物质能的转化技术‹利用当地生物资源发电的源料必须有足够数量的储存‹所用发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行方7式‹就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电，适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧业区及山区‹生物质能发电所用能源为可再生能源，污染小、清洁卫生，有利于环境保护生物质能的开发和利用方式直接燃烧方式分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固型燃料燃烧等物化转换方式主要包括干馏技术、生物质气化技术及热裂解技术等生物质能发电8生化转化方式利用生物化学过程将生物质原料转变为优质气态或液态燃料,主要包括厌氧消化技术和酶技术采用机械压榨或化学提取等工艺从生物质中直接取生物柴油植物油技术合成新化学产品提供丰富的化学化工产品农业废弃物林业废弃物有机固废其它生锅炉燃烧热解炭化热解液化热解气化热化学转化热/电固体燃料精炼提质合成气生物质能转化技术9生物质淀粉和糖类动植物油脂有机废液其它热解液化水解发酵厌氧发酵生物转化酯交换精炼提质燃料乙醇沼气生物柴油液体燃料生物质发电技术10生物质直燃发电生物质直燃发电是指将生物质代替煤炭直接燃烧产生热和水蒸气进行火力发电的形式。其适用于生物质资源比较集中的区域,如谷米加工厂、木料加工厂等附近。由于生物质具有分散、热值低的特点,生物质在收集、运送过程中可能需要致密成型,在固化后将其分批次、每次多量地运送到传输半径合理的区域进行直燃发电。国际上该技术比较成熟的是丹麦BWE公司,而国内的国能生物发电有限公司、中国节能投资公司、江苏国信集团公司等也正在利用此项技术大力发展生物发电。该技术机组容量较大,当前在建或拟建机组,国外已达到单机容量10MW级水平,其热效率较高,受环境影响较小,可单独作为公用电源建设适用于规模化推广。生物质直燃发电11独作为公用电源建设,适用于规模化推广。直接混合燃烧发电流程生物质能发电¾甲醇发电：甲醇气化—水蒸气反应产生氢气，以氢气作燃料驱动燃气轮机¾城市垃圾发电：垃圾焚烧产生蒸气¾生物质燃气发电1-煤气发生炉；2-煤气冷却过滤装置3煤气发动机4发电机12装置；3-煤气发动机；4-发电机；5-配电盘；6-离心过滤器；7-灰粉收集器；8-底座；9-燃料输送带；10-生物质燃料生物质燃气发电系统3生物质直燃发电13生物质直燃发电14生物质直燃发电Logisticsystemstoragecapacity20000m3Unloadingcapacity600kton/yr15AmerPowerPlant,Hollandkton/yrQuayfor2ships生物质气化发电生物质气化发电是将生物质首先转化成生物质气（H2、CH4、CO、CO2和其他多元混合气体）,用生物质气供给内燃机或是燃气轮机带动发电装置对外提供动力。生物质气化发电的代表技术为中国科学研究院广州能源研究所研发的机组,该技术已先后在江苏、黑龙江等地通过多种投资方式建立了多台发电机组。此项技术容量较小,对燃料要求较为苛刻,且气体净化要求高。故多建在木材加工厂、米厂等周围,宜作为此类工厂的自备电厂,不便于大规模、大面积推广。同时,秸秆气化热值低,在稳定运行、焦油消除、气体净化等技术上也需进一步提高。生物质气化发电16气体净化等技术需步提高沼气发电沼气来自畜禽粪污或是含有机物的工业废水,经过厌氧发酵产生以CH4和CO2为主体的混合生物质能发电¾沼气发电技术与普通柴油发动机相同进料17沼气发电系统工艺流程图我国从1987年起开始生物质能发电技术研究。1998年,1MW谷壳气化发电示范工程建成投入运行。1999年,1MW木屑气化发电示范工程建成投入运行。2000年,6MW秸秆气化发电示范工程建成投入运行。2003年以来,国家先后批准了河北晋州、山东单县、江苏如东和湖南岳阳等多个秸秆发电示范项目。2006年,我国颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策,使生物质能发电,特别是秸秆发电迅速发展。截至2007年底,相关部门已核准项目87个,总装机规模220万kW。我国的生物质发电18迅速发展。截至00年底,相关部门已核准项目8个,总装机规模0万。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。4地热能发电(GeothermalPowerGeneration)地热能地球的内部是一个高温、高压的世界，是一个巨大的热库。蕴藏着无比巨大的热能。19地热能发电(GeothermalPowerGeneration)20地热能发电地热资源类型¾蒸气型：干蒸气可直接进入汽轮机。资源少，地区局限性大。¾热水型：资源分布广储量丰富21地热总储量为12TW，只有小部分可利用¾热水型：资源分布广，储量丰富，占10%。高温：150°C（昀高360°C）中温：90~150°C低温：90°C地热能发电地热资源类型¾地压型：以高压水的形式储存于地表以下2~3km的深部沉积盆地中。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）。（150-260°C），占20%。机械能、热能、化学22能¾干热岩型：没有水或蒸汽的热岩石（150~650°C）占30%。¾岩浆型：温度高达600~1500°C，多埋在钻探比较困难的地层中。占40%。地热能发电地热发电原理地热发电主要利用水热资源。可分为干蒸汽田、湿蒸汽田和热水地热田。231-地热蒸汽；2-地热蒸汽井；3-汽轮机；4-发电机地热能发电地热发电类型¾地热蒸汽发电¾地下热水发电241、直接利用地下热蒸汽进入汽轮机工作——闪蒸地热发电系统这时井口流体为汽水混合物。经净化后的湿蒸汽进入汽水分离器，分离出的蒸汽再进入汽轮机口膨胀做功。5地热能发电25地热能发电2、用地下热水加热某种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作——双循环地热发电系统常用低沸点工质：氯甲烷、正丁烷、氟利昂-11缺点：工质价格贵、易燃、易爆、有毒等26适用于低于大气压的饱和温度的热水田。地热能发电单级双循环地热发电系统（中间工质双循环系统）271-热水井；2-蒸发器；3-预热器；4-工质循环泵；5-凝汽器；6-汽轮发电机组；7-冷却水；8-排水沟地热能发电利用干热岩发电从地面竖井钻到干热岩体，形成一口注射井，并在适当部位加压，使加压点周围产生宽几毫米、长几百28米的裂缝，再向其中注水，水吸收热量升温到200-300度。在裂缝另一端打一口喷汽井，热水会伴随蒸汽喷出，用于发电。地热能发电29海洋能发电技术潮汐能30海流能海浪能6潮汐能发电潮汐基本知识¾海水有规律的、周期性的涨落现象叫海洋潮汐。白天的涨落叫“潮”，夜间的涨落叫“汐”。¾潮差—潮峰与潮谷的水位差¾潮汐的平均周期=12h25min31¾太阴日：24h50min潮汐能发电潮汐成因：它的发生和太阳、月球的引力都有关系，也和中国传统农历对应。在农历每月的初一即朔点时刻处太阳和月球在地球的一侧，所以就有了昀大的引潮力，所以会引起“大潮”，在农历每32所以会引起大潮，在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”；在月相为上弦和下弦时，即农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”，故农谚中有“初一十五涨大潮，初八二十三到处见海滩”之说。潮汐能发电简明公式为：高潮时=0.8h×[农历日期-1(或16)]高潮间隙上式可算得一天中的一个高潮时，对于正规半日潮海区，将其数值加或减12时25分（或为了计算的方便可加或减1233将其数值加或减12时25分（或为了计算的方便可加或减12时24分）即可得出另一个高潮时。若将其数值加或减6时12分即可得低潮出现的时刻——低潮时。潮汐能发电潮汐能发电原理利用潮汐的动能发电34利用潮汐的势能发电潮汐能发电潮汐能发电站类型¾单库单向型潮汐能发电站：造价低，日均发电10~12小时，潮汐能不能充分利，电站效率仅为22%。35单库单向潮汐能发电站布置潮汐能发电潮汐能发电站类型¾单库双向型：涨落潮均可发电，日均发电16~20小时，但厂房和机组结构复杂。367潮汐能发电潮汐能发电站类型¾双库单向型：可连续发电，效率高，易于并网。但需建2座堤坝和水闸，造价高。37海洋能发电技术－潮汐能GeneratingSystemwithBulbTurbine38240MWtidalpowerstation,LaRance(France),1967,24bulbturbines,production0.84TWh/year潮汐能发电发电机组类型1、竖轴式发电机组39昀高水位昀低水位潮汐能发电2、卧轴式发电机组401-上游水位；2-闸门槽；3-水轮机；4-调速器；5-发电机；6-下游水位潮汐能发电3、贯流式发电机组¾灯泡贯流式：将水轮机、变速箱、发电机全部放在一个用混凝土做成的密封灯泡体内，只有水轮机的桨叶露在外面优点：发电效率高结构紧凑411-流道；2-发电机；3-水轮机；4-灯泡体结构紧凑缺点：安装不便占用水道多潮汐能发电¾全贯流式：发电机定子装于水道的周壁，水轮机、发电机转子则装在水道中的一个密封体内。优点：占用水道体积小操作方便外形小、质量轻厂房小或不用厂房421-流道；2-发电机；3-水轮机厂房小或不用厂房发电效率高缺点：动密封难度大8潮汐能发电贯流式机组的优点：可以满足涨落潮两个水流方向均能发电的要求，还可担负涨、落潮两个水流方向的抽水蓄能和泄水的任务，做到一机多用。43海流能发电44BlueEnergyCanada'sCurrentsystem海流能发电45Seaflow300kW/2.5m/s11mdiamSST,Lynmouth,Devon,UKBlueConcept(HammerfestStrøm),Kvalsundet,Norway,200420pitchedwatermills20mdiamProduction;32GWh/yearat4Eurocents/kwhSource:MCTLtd海流能发电46SwanTurbines,Univ.ofWalesDes