低溫?zé)崮馨l(fā)電的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)探析

張軒

（神木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 神木 719399）

低溫?zé)崮苁且环N可再生能源，可再生及再利用。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，我國(guó)每年產(chǎn)生大量的廢熱能源，其中大部分被浪費(fèi)掉了。低熱能還屬于一種相對(duì)比較低的熱能，溫度一般不超過200℃，其中包含太陽能等可再生能源。目前，有機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)低溫?zé)崮馨l(fā)電中，該系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)于19 世紀(jì)初，使用了將近200 年。該系統(tǒng)是回收有機(jī)物，用復(fù)合循環(huán)處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在回收有機(jī)物過程中，對(duì)溫度范圍具有廣泛的包容性，并且在實(shí)際操作中具有方便快捷的性能，因此，多數(shù)企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中使用。

1 低溫?zé)崮馨l(fā)電概述

低溫?zé)崮苁侵笢囟鹊陀?00℃的較低檔次的熱能，包括太陽能、各種產(chǎn)業(yè)廢熱、地?zé)崮?、海洋溫差及其他可再生能源等多種能源，以產(chǎn)業(yè)廢熱為例，總量龐大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類使用的熱量的50%是通過低級(jí)廢熱的形式直接排出的。這部分能源都屬于可再生能源，可以在一定程度上解決世界能源短缺的問題，同時(shí)在生產(chǎn)過程中還不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生問題。

國(guó)內(nèi)外對(duì)低溫?zé)崮芾玫难芯恐饕加?0 世紀(jì)70 年代石油波動(dòng)時(shí)期。其中有機(jī)朗肯循環(huán)的研究和應(yīng)用最廣泛。1924 年年初，有人開始研究用二苯乙醚作為工作的有機(jī)物的冷卻循環(huán)。目前，全世界有2000 多臺(tái)ORC 在運(yùn)行，生產(chǎn)了單一單元容量為14000kW 的ORC 發(fā)電機(jī)套裝。對(duì)低溫發(fā)電系統(tǒng)的研究，主要著眼于以下方面，主要包括工質(zhì)熱力學(xué)特性和環(huán)境保護(hù)性能、適用混合作業(yè)媒體、熱循環(huán)優(yōu)化等。本文將介紹低溫發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀及開發(fā)動(dòng)向。

2 低溫?zé)崮馨l(fā)展現(xiàn)狀

2.1 太陽能發(fā)電

除了生活中常用的太陽能電池外，太陽能熱點(diǎn)技術(shù)也是太陽能發(fā)電的一種。因?yàn)?，太陽能具有密度低的特點(diǎn)是一種非常典型的低溫?zé)崮?，也是被開發(fā)時(shí)使用次數(shù)最多的能源。太陽能不僅包括直接太陽能，還包括風(fēng)能、波浪能等。太陽能熱能系統(tǒng)利用太陽能收集器收集光和熱，并利用光和熱將水燒開，產(chǎn)生水蒸氣，把陽光的輻射能轉(zhuǎn)換成熱動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電。

2.2 產(chǎn)業(yè)廢熱發(fā)電

產(chǎn)業(yè)廢熱也是一種低溫?zé)崮?，有利于廢熱利用和環(huán)境保護(hù)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，工廠生產(chǎn)過程中有一大部分的熱能都被直接排放出去了，并沒有對(duì)廢氣中的熱能進(jìn)開發(fā)和利用。因此，工程需要對(duì)這些廢氣進(jìn)行二次利用。目前，很多電廠都是使用排污熱回收器對(duì)鍋爐污水中的余熱進(jìn)行回收和存放，以此提高能源的使用效率。因此，無論是從經(jīng)濟(jì)效益方面還是從社會(huì)效益方面，產(chǎn)業(yè)廢熱的廣泛利用對(duì)發(fā)電具有較大的可能性。

2.3 地?zé)崮茉窗l(fā)電

工業(yè)發(fā)展用的地?zé)崮茉粗饕堑蜏?、低熱，主要用途是蒸汽熱和溫水熱能。地?zé)岚l(fā)電方式大致分為容量擴(kuò)張方式和多層方式兩種。容量擴(kuò)張的方法主要用于處理蒸汽地?zé)?，發(fā)電系統(tǒng)通過蒸汽以增加系統(tǒng)容量，減小壓力后，向汽輪機(jī)散發(fā)熱能，推動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。多層能處理蒸氣地?zé)岷蜏厮責(zé)?，發(fā)電系統(tǒng)將地?zé)崮茏鳛橛袡C(jī)物，利用冷冰周期原理處理，添加冷處理和加工后，利用由此產(chǎn)生的熱源發(fā)電。

2.4 生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)能適用于小型發(fā)電系統(tǒng)，具有低投入和高產(chǎn)出成本的性能優(yōu)勢(shì)?？梢詮募揖?、木材和其他工業(yè)過剩材料中提取生物質(zhì)能源原料，成本低。而且，生物質(zhì)燃燒很容易控制，因此屬于環(huán)保能源。規(guī)劃生物智能質(zhì)量能源電站，要保證其分布形態(tài)的科學(xué)性和系統(tǒng)性。與分散型小規(guī)模發(fā)電站結(jié)構(gòu)相比，中央集中型小規(guī)模發(fā)電站集團(tuán)的經(jīng)濟(jì)利益更高，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)和最佳管理更有幫助。

2.5 海洋溫差能發(fā)電

海洋熱點(diǎn)發(fā)電并不適合所有的城市，一般是在沿海城市中使用。這樣的發(fā)電方式成本比較低。發(fā)電原理就是利用海洋和水溫差產(chǎn)生的能量來發(fā)電。這種發(fā)電系統(tǒng)把海水或低沸點(diǎn)啟動(dòng)流體用于循環(huán)，該發(fā)電系統(tǒng)幾乎不排放溫室氣體，而且還可以將海水轉(zhuǎn)換為淡水，因此，可以同時(shí)緩解困擾全世界的兩個(gè)主要環(huán)境問題，即地球溫暖化和淡水不足問題。海洋熱電發(fā)電站分為陸上發(fā)電站和海上水上發(fā)電站兩種。

3 低溫?zé)崮馨l(fā)展的趨勢(shì)

作為可再生能源的重要一環(huán)，隨著中國(guó)《可再生能源法》的公布，低溫?zé)崮?太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱等)也將得到很大發(fā)展。根據(jù)2010 年國(guó)家計(jì)劃，小型水電、風(fēng)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為6000萬千瓦，其中相當(dāng)一部分是利用了低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的研究，低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的開發(fā)動(dòng)向是使得能源系統(tǒng)有效運(yùn)行。

3.1 生態(tài)與環(huán)保

環(huán)保制冷劑是加熱運(yùn)行的第一種選擇，這種天然制冷劑在加工過程中更安全、更健康，更符合節(jié)約能源和減少排放的環(huán)保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。但是，環(huán)境保護(hù)工質(zhì)的熱性能比一般媒體工質(zhì)要差，需要優(yōu)化系統(tǒng)的構(gòu)成，以保證生產(chǎn)的高效率。合成制冷劑具有相對(duì)的安全性、環(huán)保和較高的熱水性優(yōu)點(diǎn)，更適合低溫?zé)崮苓\(yùn)行。

3.2 高效循環(huán)系統(tǒng)

能源的多用和再利用是目前行業(yè)非常受歡迎的運(yùn)營(yíng)方式，是節(jié)約能源和熱能最大化使用的有效方法。低溫?zé)崮艿鹊湍艿那闆r下，循環(huán)系統(tǒng)尤其適合能源的生產(chǎn)。在促進(jìn)復(fù)合運(yùn)行技術(shù)的同時(shí)，為提供能源的使用，將進(jìn)一步提高低溫?zé)崮芾眯省?/p>

3.3 優(yōu)化循環(huán)流程

近年來，企業(yè)對(duì)電力質(zhì)量的要求越來越高，循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化成為很多社會(huì)發(fā)展高度發(fā)展的主要問題。未來，能源行業(yè)將進(jìn)一步促進(jìn)技術(shù)發(fā)展的優(yōu)化，以在降低成本的同時(shí)提高能源質(zhì)量。優(yōu)化主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：（1）提高系統(tǒng)設(shè)備性能；從機(jī)械靜態(tài)性能改善系統(tǒng)裝置的性能是提高有機(jī)制冷劑處理效率的保證。減少不必要的生產(chǎn)過程，科學(xué)地整合所有生產(chǎn)單元，并朝著最有效地控制熱能的方向發(fā)展。（2）優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間；在發(fā)電的時(shí)候，還需要根據(jù)環(huán)境和溫度的變化去調(diào)整。因?yàn)闇囟群铜h(huán)境的變化會(huì)對(duì)發(fā)電的工作環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，也會(huì)對(duì)太陽能設(shè)備產(chǎn)生影響。因此，企業(yè)應(yīng)根據(jù)熱力學(xué)原理和生產(chǎn)環(huán)境的變化，優(yōu)化電廠的工休時(shí)間，調(diào)整系統(tǒng)的工休時(shí)間，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行最佳控制。

3.4 利用低溫?zé)崮艿膶?shí)驗(yàn)研究

隨著低溫?zé)崮軕?yīng)用的擴(kuò)大，將會(huì)有越來越多的技術(shù)知識(shí)，將科學(xué)研究作為系統(tǒng)性知識(shí)是不可避免的。高校與一些技術(shù)性企業(yè)可以建立合作小組，共同研發(fā)新技術(shù)，這種合作方式也成為一種新趨勢(shì)。通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們可以根據(jù)功率和溫度進(jìn)一步了解有機(jī)制冷劑的熱性能，為系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)行提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，并促進(jìn)低溫?zé)崮艿拈_發(fā)和應(yīng)用。目前，低溫?zé)崮艿闹饕芯糠较蚴堑蜏責(zé)崮芑厥铡⒒旌狭黧w、熱力學(xué)特性、低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)、復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)、太陽能集熱發(fā)電等。廢氣、高溫蒸汽、尾氣和其他能源的再利用可緩解能源短缺狀況，幾乎不污染環(huán)境。然而，目前我國(guó)在這方面的研究還不夠充分，缺乏對(duì)低溫?zé)崮芑厥赵O(shè)備的獨(dú)立研究和開發(fā)，商用應(yīng)用設(shè)備大都依賴進(jìn)口，需要更多地注意。

4 結(jié)語

目前，我國(guó)低溫火力發(fā)電的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比相對(duì)落后，但發(fā)展速度非常快，發(fā)展空間廣闊。近年來，低溫?zé)崮艿难芯恳恢奔性趶?fù)合循環(huán)系統(tǒng)領(lǐng)域，并且對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)控制和其容量的最大擴(kuò)展投入了很多關(guān)注。高效、環(huán)保成為我國(guó)發(fā)電的主要指標(biāo)，也成為電力行業(yè)發(fā)展的主要方向。根據(jù)熱力學(xué)原理，熱源的溫度在一定范圍內(nèi)與熱效率成正比。因此，電力企業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)提高熱源溫度。改善熱源溫度主要有兩種方案。一種就是優(yōu)化熱源收集技術(shù)，另一種是減少熱能消耗。從環(huán)境保護(hù)的角度來看，發(fā)電系統(tǒng)的主要目的是使用天然制冷劑、合成制冷劑和其他原材料，對(duì)環(huán)境的破壞較小。除此之外，合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程可以有效減少能源消耗，提高電廠的工作效率。目前，我國(guó)很多發(fā)電廠的能源消耗都存在很多的問題，這些問題都或多或少制約了我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在今后的生產(chǎn)中，技術(shù)人員要把節(jié)能、降耗、環(huán)保等環(huán)保理念作為首要生產(chǎn)條件。