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1、1,机械工业出版社,第9章其他形式新能源的发电与应用技术,2,机械工业出版社,3,机械工业出版社,主要内容,4,机械工业出版社,9.1.1 海洋能简介,海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。,5,机械工业出版社,潮汐电站,设想中的温差发电装置,9.1.1 海洋能简介,6,机械工业出版社,波浪发电站,潮流发电站,9.1.1 海洋能简介,7,机械工业出版社,9.1.2 地热能简介,所谓地热能(geothermal energy)，简单地说就是来自地下的热
2、能，即地球内部的热能。它有两种不同的来源，一种来自地球外部，一种来自地球内部。地热能是来自地球深处的可再生热能。其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。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。,8,机械工业出版社,9.2.1 海洋能的分类与应用,海洋能的表现形式多种多样，通常包括：潮汐能、海流能、波浪能、海洋温差能和海洋盐差能等。1潮汐能 潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。主要是指海水潮和潮落形成
3、的水的势能，利用的原理与水力发电的原理类似，而且潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。,9,机械工业出版社,2海流能 海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能也主要用来发电，发电原理与风力发电类似。但是由于海水的密度比较大，而且海流发电装置必须置于海水中，所以海流发电还存在了以下一些关键技术：安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能、海流装置的固定形式和透平设计等。,9.2.1 海洋能的分类与应用,10,机械工业出版社,9.2.1 海洋能的分类与应用,3波浪能 波浪能是海洋能利用研究中近期研究最多、政府
4、投资项目最多和最重视的一种能源。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比，波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离（即风区）有关。,11,机械工业出版社,9.2.1 海洋能的分类与应用,4温差能 温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。赤道附近太阳直射多，其海域的表层温度可达2528，波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围，其海面水温可达35，而在海洋深处5001000m处海水温度却只有36，这个垂直的温差就是
5、一个可供利用的巨大能源。海洋温差能转换主要有开式循环和闭式循环两种方式。温差能利用的困难主要是温差太小，能量密度太低。温差能转换的关键是强化传热传质技术。,12,机械工业出版社,9.2.1 海洋能的分类与应用,5盐差能 盐差能是以化学能形态出现的海洋能。它是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差（相当于240m的水头）。从原理上来说，可通过让淡水流经一个半渗透膜后再进入一个盐水水池的方法来开发这种理论上的水头。如果在这一过程中盐度不降低的话，产生的渗透压力足可以将
6、水池水面提高240m，然后再把水池水泄放，让它流经水轮机，从而提取能量。,13,机械工业出版社,9.2.2 海洋能发电原理与应用技术,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,潮汐是海水受太阳、月球和地球引力的相互作用后，所发生的周期性涨落现象。,潮汐过程线,14,机械工业出版社,单库单向作用”落潮发电”步骤 向水库注水；等候，直至水库中的水到退潮，这样使库内外产生一定的水头；将水库中的水通过水轮机放入大海中，直到海水涨潮，海水水头降到最低工作点为止；第二次涨潮时重复以上工作步骤。也可以反过来，使海水从海里向水库注入时推动水轮机发电，这种方式称为“涨潮发电”。但是，蓄水库的坝边通常是斜坡形的，
7、所以“落潮发电”一般更为有效。,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,15,机械工业出版社,单库双向作用 步骤 通过水闸向库内注水；等候，使水在库内保持一段时间；利用落潮发电；通过水闸将库中的水泄干；等候一段时间；涨潮发电。无论是单向发电还是双向发电，出力的大小都与水库的深度、潮差以及电站的结构设计有关。,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,16,机械工业出版社,我国运行发电的主要潮汐电站简况表,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,17,机械工业出版社,世界现有投入运行的潮汐电站,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,18,机械工业出版社,我国的潮汐能开发技术研究已取得很大
8、进展。小型潮汐电站开发技术已趋成熟。江厦潮汐电站已成功地使用了我国自己设计制造安装的双向贯流灯泡型机组，水轮机具有正、反向发电和泄水的工况。为了保证潮汐电站的发电质量，提高经济效益，有些电站也采用了新的电子技术，实行自动运行控制。江厦潮汐电站利用计算机能正确地做潮位预报，能够保证机组的最大出力。,9.2.2.1 潮汐能发电原理及应用技术,19,机械工业出版社,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,海流发电概况：海流和潮汐实际上是同一潮波现象的两种不同表现形式。潮汐是潮波运动引起的海水垂直升降，潮流是潮波运动引起的海水水平流动。一般来说，开阔的外海潮差小，流速亦小，靠岸边越大，在港湾口、水道
9、地区流速显著变化。潮流涨落方向如果呈旋转变化，则称旋转流，一般发生在较开阔的海区；潮流涨落方向如果为正反向变化，则称往复流，一般发生在较狭窄的水域。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。,20,机械工业出版社,链式发电系统,旋转式发电系统,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,21,机械工业出版社,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,链式海流发电装置：它主要由降落伞、环状链条、驱动轮和发电机组成。一般在环状链条上装有多个降落伞，链条在降落伞的带动下会转动，同时使驱动轮转动，驱动轮与船上发电机相连。当降落伞顺着海流方向时。
10、由于海流的作用，降落伞张开，当降落伞转到与海流相对的方向时，伞口收拢，带有降落伞的链条的运动使驱动轮转动。挂有降落伞的链条自动地向驱动轮的下游漂移，所以降落伞和链条的方向可以始终与流速较大的海流的方向保持一致。,22,机械工业出版社,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,链式海流发电装置,23,机械工业出版社,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,旋转式海流发电装置：这种发电装置有一台带外罩的水轮机。在喉部有一台用轮缘固定方式固定的双转式水轮机。当叶轮旋转速度加快时，可变式水轮叶片呈悬链线形，这样可最大限度地利用海流。水轮机边缘有多个动力输出装置，动力输出装置带动发电机组，从而使水轮机
11、的旋转运动转换为电能。这种装置通常采用绷紧式三点系泊装置进行固定。可以减少海面船舶活动造成的影响，发出的电能通过电缆输往岸上。,24,机械工业出版社,9.2.2.2 海流能发电原理及应用技术,旋转式海流发电装置,25,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,波浪能发电概况：波浪是由于风和水的重力作用形成的起伏运动，它具有一定的动能和势能。波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常波浪能要经过三级转换：第一级为受波体，它将大海的波浪能吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量；第三级为发电装置，与常规发电装置类似。波浪发电是波浪能利用的主要方式。波浪能利
12、用装置大都源于几种基本原理，主要是：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。其中具有商品化价值的装置包括有：振荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置三大类。,26,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,关于波浪能的计算,波浪能的大小可以用海水起伏势能的变化来进行估算，根据波浪理论，波浪能量与波高的平方成比例。波浪功率，即能量产生或消耗的速率，既与波浪中的能量有关，也与波浪到达某一给定位置的速度有关。按照Kinsman(1965年)的公式，一个严格简单正弦波单位波峰宽度的波浪功率 为：,式中：H为波高，T为波周期，
13、为海水密度，g为重力加速度。如有一周期为10s，波高为2m的涌浪涌向波浪发电装置，波列的10m波峰L的功率为：,它表明每10m波峰宽度的波浪功率等效为400kW。,27,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,28,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,波浪鸭装置：他的形状设计成能最大限度地吸收波浪能的形状。从左边过来的波浪使波浪鸭摆动，波浪鸭右边做成柱形，使右边的海面不再有波浪，能量从摇摆轴上获得。这个装置的效率比较高，该装置需要解决这样两个问题：需要把低速的摇摆运动转换成发电机需要的高速转动；需要把电能从一定水深中活动的装置上输送到较远的地方去。,29
14、,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,波动水柱波浪能发电装置,波动水柱波浪能发电装置工作原理,波动水柱波浪能发电装置：当波浪遇到部分浸在水中的空腔时，空腔中水柱会上下波动，从而引起上部气体或液体的压力变化。空腔可通过某种涡轮机与大气相连，并从涡轮机获得能量。这类装置的主要优点是可以把低速的波浪运动变成速度较高的气流，设备可以不浸在海水中。,30,机械工业出版社,“坝礁”波浪能利用装置：波浪进入靠近海面的开口，流经一组导片和旋转叶片。由于波浪的折射，波浪从各个方向进入结构物的中心部分。旋转的叶片使海水在中心区呈螺旋状向下运动。这种旋转的水柱就像一个液体飞轮，似水轮机转动，从
15、而可以推动发电机发电。,坝礁波浪能转换装置,沿海地区供电的坝礁发电装置,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,31,机械工业出版社,9.2.2.3 波浪能发电原理及应用技术,波浪能利用的关键技术：波浪聚集与相位控制技术；波能装置的波浪载荷及在海洋环境中的生存技术；波能装置建造和施工中的海洋工程技术；不规则波浪中的波能装置的设计与运行优化；波浪能的稳定发电技术和独立发电技术等。,32,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,海洋温差能发电：利用海洋表层暖水与底层冷水间温差来发电。工作方式一般可分为开式循环、闭式循环和混合式循环三种方式。,海洋热能转换的基本过程,33
16、,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,闭式循环 是利用海洋表层的温水来蒸发氨或氟里昂之类的工作流体。蒸汽流经涡轮机后，再由从海洋深处抽上来的冷水冷凝成液体。,闭式循环,34,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,开式循环 表层水本身就是流体。表层水在小于其蒸汽压的压力下蒸发，蒸汽流经涡轮机，然后如同氟利昂在闭式循环中那样冷却和凝聚。,开式循环,35,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,混合式循环系统,36,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,对于温差能发电 无论是闭式工作循环还
17、是开式工作循环，都类似于常规的热电站，只是工作温度低一些，而且海洋热能电站用的是表层海水的热量，而不是燃料燃烧产生的热量。这种发电的基本原理是选取一种易挥发的介质如液态氨、丙烷等，使其被海面的高温海水汽化，气体从高温室(海面温水)向低温室(海底冷水)运动的过程中带动涡轮机转动发电，在低温室遇冷又变成液体，如此循环往复进行发电。,37,机械工业出版社,9.2.2.4 温差能、盐差能发电原理及应用技术,海洋盐差能发电：河流的淡水与邻近的海水之间具有浓度差，盐差能是由江河淡水流入大海，与苦咸的海水交融在一起由渗透引起的渗透压能。把这种压力差转换为势能，然后用于发电。,连续运转的盐差能发电系统,38,
18、机械工业出版社,9.2.3 海洋能发电的综合评价,海洋能对人类具有无限吸引力,人类在对海洋能开发的同时不断认识了解海洋,尽管海洋能发展的困难很大,投资也比较昂贵,但由于它在海上和沿岸进行,不占用土地资源,不消耗一次性矿物燃料,又不受能源枯竭的威胁,作为未来技术,把能源资源、水产资源和空间利用有效地结合起来,建立能发挥海洋优势的总能源系统,实现海洋能的综合利用体系。,39,机械工业出版社,9.2.3 海洋能发电的综合评价,利用前景有限的化石燃料资源日益枯竭，以及国际社会对环境保护的更高要求，为了减少环境污染和生态恶化，节约有限的能源，开发利用丰富的太阳能、水能、风能、生物质能、海洋能等可再生能源
19、无疑是实现可持续发展的必由之路。所以，充分利用丰富的海洋能资源将是未来发展的有力的能源支柱。,40,机械工业出版社,9.2.3 海洋能发电的综合评价,41,机械工业出版社,9.3.1 地热能概述,所谓地热能(geothermal energy)，简单地说就是来自地下的热能，即地球内部的热能。它有两种不同的来源，一种来自地球外部，一种来自地球内部。地球表层的热能主要来自太阳辐射，表层以下约1530m的范围内，温度随昼夜、四季气温的变化而交替发生明显的变化，这部分热能称为“外热”。从地表向内太阳辐射的影响逐渐减弱，到一定深度这种影响消失，温度终年不变，即达到所谓“常温层”。从常温层再向下，地温受地
20、球内部热量的影响而逐渐升高，这种来自地球内部的热能称为“内热”。每深入地下100m或1km地温的增加数称为地热增温率(或称地温梯度)。,42,机械工业出版社,9.3.1 地热能概述,不同温度的地热流体可利用的范围如下：(1)200400，直接发电及综合利用；(2)150200，可用于双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工等；(3)100150，可用于双循环发电、供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收 盐类、制作罐头食品等；(4)50100，可用于供暖、温室、家庭用热水、工业干燥；(5)2050，可用于沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工等。,43,机械工业出版社,9.3.2 地热能发电原
21、理与应用技术,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。地热发电和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能，地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。地热能发电是利用高温地热资源进行发电的方式。,44,机械工业出版社,9.3.2 地热能发电原理与应用技术,45,机械工业出版社,地热能发电方式：蒸汽型地热发电,蒸汽型地热发电
22、,1-地热井 2-湿蒸汽 3-热水 4-蒸汽 5-汽水分离器6-抽气 7-汽轮发电机组 8-凝汽器 9-循环水泵,9.3.2 地热能发电原理与应用技术,46,机械工业出版社,地热能发电方式：热水型地热发电,热水型闪蒸地热发电 1-热水井 2-地下热水 3-除气器 4-闪蒸器 5-排水泵 6-旁通阀 7-汽轮发电机组 8-凝汽器 9-凝结泵 10-循环水泵 11-抽气器 12-射水泵 13-冷却水源,9.3.2 地热能发电原理与应用技术,47,机械工业出版社,地热能发电的发展及现状,1904年意大利在拉德瑞罗地热田建立了世界上第一套地热发电机组，利用地热蒸汽发电，1913年拉德瑞罗的250kw地
23、热电站正式运行，开创了地热发电的历史。以后，又有一些国家相继投资开发地热资源，各种类型的地热电站也不断出现。但从总体上看，发展速度不快。美国的地热发电装机容量居世界首位，菲律宾居第二位，墨西哥居第三垃，下面依次是意大利、新西兰、日本、印度尼西亚。目前地热发电单机容量最大的机组为150Mw。,9.3.2 地热能发电原理与应用技术,48,机械工业出版社,中国的地热资源,高温地热资源主要集中在环太平洋地热带通过的台湾省，地中海喜马拉雅地热带通过的西藏南部和云南、四川西部。中国400万平方公里的沉积盆地的地热资源也比较丰富，但差别十分明显，除青藏高原外，总的来说盆地的地温梯度是由东向西逐渐变小。目前中
24、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，羊八井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，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。朗久地热电站装机容量为1MW，那曲地热电站装机容量为1MW。中国的地热发电在技术上和产业建设上均取得了很大的进步和发展，为未来更大地发展奠定了坚实的基础。在技术上，已建立起了一套比较完整的地热勘探技术方法和评价方法；地热开发利用工程的勘探、设计和施工，已有资质实体；地热开发利用设备基本配套，可以国产化生产，并有专业生产制造工厂；地热监测仪器基本完备，并可进行国产化生产。,9.3.2 地热能发电原理与应用技术,49,机械工业出版社,羊八井地热电站,
