谈谈电能新技术之新的发电技术

谈谈电能新技术之新的发电技术第1页/共36页超临界燃煤技术的发展历程第一个阶段，是从上个世纪50年代开始，以美国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数，但随后由于电厂可靠性的问题，在经历了初期超超临界参数后，从60年代后期开始美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。第二个阶段，大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进，及对电厂水化学方面的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。第三个阶段，大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段，即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。其主要原因在于国际上环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本（三菱、东芝、日立）、欧洲（西门子、阿尔斯通）的技术为主第2页/共36页我国目前的超临界燃煤技术目前，我国超超临界机组有24台600MW和34台1000MW开始建设，该项目使我国大型发电设备的制造技术达到超超临界等级，标志着我国发电装备制造水平及发电厂的运行技术进入国际先进行列。第3页/共36页超临界燃煤技术在我国的发展前景我国现有火电机组总体技术水平与世界先进水平相比仍有较大差距：煤耗高、水耗大、污染排放较为严重；提高燃煤机组效率、节水、降低污染物排放是当前我国火电技术发展和结构调整的一项迫切和重要的任务。为了提高煤炭能源的利用率，改善环境质量，世界上许多国家积极开发效率更高、污染物排放更少的清洁煤发电技术，其目标围绕着提高能效与减少污染物排放对环境污染影响２个核心问题展开。这些技术主要有超临界和超超临界燃煤发电机组加烟气污染控制、常压循环流化床（ＣＦＢＣ）燃烧、增压循环流化床（ＰＦＢＣ）联合循环及整体煤气化联合循环（ＩＧＣＣ）等。目前，包括ＰＦＢＣ、ＩＧＣＣ等在内的技术仍处于试验或示范阶段，从技术难度和现实的可行性看，还有很长的路要走，近期内难以得到大规模的发展和商业上的应用。与ＩＧＣＣ和ＣＦＢＣ、ＰＦＢＣ－ＣＣ等相比，超超临界发电技术在技术的成熟性和大型化方面优于上述３种洁净煤发电技术，已成为目前国际上燃煤火电机组发展的主导方向。第4页/共36页超临界燃煤技术的应用1日本川越火电厂：日本川越火电厂的2×700MW机组是当代具有代表性的超超临界火力发电机组，其锅炉为三菱重工制造的露天型直流辐射二级中间再热直流炉。炉膛采用双切圆燃烧方式该燃烧方式能形成稳定的旋转火焰，达到高效的低NOX燃烧。通过与炉膛配置合理的4层燃烧器、适当的二次风速达到燃烧的最佳化。每层有8只喷嘴，总共32只，燃烧火焰形成2个涡流中心。这种布置有利于降低锅炉高度。第5页/共36页2丹麦NV电厂：丹麦NV电厂3号（1998年10月投运）411MW机组（285／580／580／580℃）锅炉为塔式炉设计，炉膛横截面12m×12m，高70m。水冷壁从炉底灰斗顶部开始，至燃烧器上方的二次风入口以上不远处，由螺旋管束构成。管子尺寸为38mm×7．1，丹麦NV电厂3号机组烟气净化系统包括相互独立的3个操作过程，即：脱硝（浓灰尘SCR）、静电除尘器除尘、脱硫。第6页/共36页

潮汐能发电潮汐能是指潮水涨潮和落潮时形成的水的势能，潮汐能是以势能形式出现的海洋能，是指海水涨潮和落潮时水的势能和动能，它包括潮汐和潮流两种形式所包含的能量。第7页/共36页潮汐发电原理潮汐发电它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。第8页/共36页发电形式潮水流动与河水流动不同，它是不断变化的，它有以下三种形式1）单池单向发电2）单池双向发电3）双池双向发电第9页/共36页潮汐发电前景潮汐发电是一项潜力巨大的事业，据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。经过多年来的实践，在工作原理和总体构造上基本成型，可以进入大规模开发利用阶段。潮汐发电的前景是广阔的。据估计到2000年全世界潮汐发电站的年发电量可达到3X1010～6X1010kw·h。潮汐电站除了发电外还有着广阔的综合利用前景，其中最大的效益是围海造田、增加土地，此外还可进行海产养殖及发展旅游。正由于以上原因潮汐发电已倍受世界各国重视。世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步，潮汐发电成本的不断降低，进入21世纪，将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。第10页/共36页潮汐能的应用第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米，平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥，坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。第11页/共36页

1968年，前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。

1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。

最大潮差19.6米第12页/共36页江厦潮汐试验电站，是一座我国自行研制、制造、安装的潮汐能开发利用的国家级试验基地。电站枢纽由大坝、发电渠道、厂房、泄水闸、开关站等组成,属于单库双向电站。1980年5月第一台500千瓦机组发电，到1985年底，5台机组全部投产。二十多年来，电站机组各项科学试验课题均取得了丰硕的成果，1986年电站被国家科委等有关部门授于国家“六五”科技攻关先进单位。2005年，龙源电力集团公司承担国家“863”新型潮汐项目的研制工作。在潮汐发电的同时，库区农、渔业经济综合开发逐步发展，所围海涂5600亩及水库水面均由当地乡镇分给农民发展种养殖业，社会效益十分显著。江厦潮汐试验电站建设实践证明它具有不用移民，无一次能源消耗，无洪水威胁，不影响生态平衡和环境污染等优越性。第13页/共36页潮汐能发电优点1、潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始，取之不尽，用之不竭。它完全可以发展成为沿海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源。2、它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。3、潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。而且可用拦海大坝，促淤围垦大片海涂地，把水产养殖、水利、海洋化工、交通运输结合起来，大搞综合利用。这对于人多地少、农田非常宝贵的沿海地区，更是个突出的优点。4、潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。5、潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低的特点。6、机组台数多，不用设置备用机组。第14页/共36页无论是从电能的产生还是是电能的输送使用，与单相正弦交流电相比，三相正弦交流电都有显著的优点。因此，各国的电力系统普遍采用了三相输配电制。城市供电局提供给用户的就是三相正弦交流电，也称为市电。三相交流发电技术第15页/共36页三相交流发电的原理首先，什么叫做三相交流电：由三相频率相同，电势振幅相等、相位互差120°角的交流电路的电力系统，叫三相交流电，三相交流电是三个交流电的组合，频率相同，只是相位彼此相差120°如何产生三相电它在同一个定子上，同时给它绕上三组任何参数都相同的线圈，这三组线圈彼此相差120度而发电机的转子为一磁铁，当它以匀角速度旋转时，每一个定子线圈都会产生交变电动势。三个线圈产生的交变电动势的幅值和频率都相同，位相彼此差120°。第16页/共36页三相发电机发出来的三相电，相位差分别相差120度，UA超前UB120度，UB又超前UC120度，就如上面这幅图所示。在我国，UA,UB,UC

三者的电压有效值都为220V,频率为50HZ。第17页/共36页三相发电的应用发电的目的就是为了给人们提供电能，所以采用三相发电发出来的电，如何传送到指定的用户?我国采用的就是三相四线制的输电方式来把发出来的三相电传送出去的.在三相四线制供电时，三相交流电源的三个线圈采用星形（Y形）接法，即把三个线圈的末端X、Y、Z连接在一起，成为三个线圈的公用点，通常称它为中点或零点，并用字母O表示。供电时，引出四根线：从中点O引出的导线称为中线或零线；从三个线圈的首端引出的三根导线称为A线、B线、C线，统称为相线或火线。第18页/共36页ABCNN线与任意A,B,C三条线中的一条所构成的一相电，电压有效值都为220V而A,B,C三条线中的任意其中两条线之间的电压有效值为380V。两者之间的相位差入下图所示ABACBCABC第19页/共36页

可见，使用三线发电技术和三相四线传送电能的技术，不仅可以为我们普通用户提供220V电压，还可以向工厂提供380V的电压。另外三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换成机械能等方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造容量相同的单相发电机、变压器节省材料，而且构造简单，性能优良，又如，由同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%，在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。所以，可以预见，在未来，三相交流发电技术一定会有更大的展示空间，将会运用到各种新能源发电技术和智能传送电能的技术中去。三相发电技术的展望第20页/共36页光伏发电第21页/共36页光伏发电的概念：光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的原理：光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次，是形成电压过程第22页/共36页光伏发电在社会生活中的应用一、用户太阳能电源：（1）小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；（2）3-5KW家庭屋顶并网发电系统；二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。第23页/共36页三、石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。四、光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。第24页/共36页五.太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。六、其他领域包括：（1）与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；（3）海水淡化设备供电；（4）卫星、航天器、空间太阳能电站等。第25页/共36页光伏发电的展望2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。第26页/共36页风力发电第27页/共36页风能的概况：风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。风是一种潜力很大的新能源，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。第28页/共36页风力发电的原理：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）第29页/共36页风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。风力发电所装置：第30页/共36页风力发电的应用：由于风力发电因风能不会产生污染，加上国家政策的支持，相关技术上的日益成熟，风力发电具有良好的发展前景。就如现在的许多绿色环保的智能建筑，就采用了风力发电，为自己所提供能源使用。第31页/共36页世界上最大的风力发电基地——甘肃酒泉千万千瓦级风力电站2008年8月，甘肃酒泉千万千瓦级风电基地建设全面启动，这标志着我国正式步入了打造“风电三峡”工程阶段工程投资额：1200亿工程期限：2008年——2020年目前酒泉正分步实施煤电基地