《新能源发电与控制技术 第4版》 课件 第6章 其他形式新能源的发电技术

1机械工业出版社第6章其他形式新能源的发电技术2机械工业出版社3机械工业出版社主要内容生物质能发电与控制技术6.1核能及其应用技术6.2水能与水力发电技术6.3海洋能利用与发电6.4地热能发电与应用6.54机械工业出版社6.1生物质能发电与控制技术6.1.1生物质能的形式及其利用生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。目前广泛使用的化石能源如煤、石油和天然气等，也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，其原料通常包括6个方面：①木材及森林工业废弃物；②农作物及其废弃物；③水生植物；④油料植物；⑤城市和工业有机废弃物；⑥动物粪便。在世界能源消耗中，生物质能约占10％，而在不发达地区却占60％以上，全世界约25亿人所需的生活能源的90％以上是生物质能。生物质能属于清洁能源，其优点是燃烧容易、污染少、灰分较低，燃烧后二氧化碳排放属于自然界的碳循环，不形成污染，并且生物质能含硫量极低，仅为3％，不到煤炭含硫量的1／4，可显著减少二氧化碳和二氧化硫的排放。缺点是热值及热效率低，直接燃烧生物质的热效率仅为10％～30％，体积大而且不易运输。5机械工业出版社生物质在生长过程中通过光合作用吸收CO2，在其作为能源利用过程中，排放的CO2又有效地通过光合作用而被生物质吸收，因而，其产生和利用过程构成了一个CO2的闭路循环。即6机械工业出版社(CH2O)是生物质生长过程中吸收的碳水化合物的总称。当上述两个反应的CO2达到平衡时，将对缓解日趋严重的温室气体效应产生重要的作用。（6-1）（6-2）7机械工业出版社生物质转化技术可分为直接燃烧方式、物化转换方式、生化转化方式和植物油利用方式4大类，各类技术又包含了不同的子技术，各种生物质转化技术的分类和子技术如图6-1所示。（1）生物质能存在的形式8机械工业出版社生物质能转换技术直接燃烧技术炉灶燃烧技术锅炉燃烧技术固体燃料燃烧技术垃圾焚烧技术物化转换技术木材干馏技术热解气化技术热解制油技术生化转换技术填埋制气与堆肥技术小型户用沼气池技术大中型厌氧消化技术植物油技术禽畜粪便技术厌氧消化技术工业有机废水厌氧消化技术制取乙醇技术直接燃烧方式直接燃烧方式可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固体燃料燃烧4种方式。其中，固体燃料燃烧是新推广的技术，它把生物质固化成型后，再使用传统的燃煤设备燃用。其优点是充分利用生物质能源替代煤炭，可以削减大气CO2和SO2排放量。物化转换方式物化转换方式主要有3方面：一是干馏技术；二是气化制取生物质可燃气体；三是热解制生物质油。干馏技术主要目的是同时生产生物质炭和燃气，它可以把能量密度低的小物质转化为热值较高的固定炭或气，炭和燃气可分别用于不同用途。生物质热解气化是把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。热解制油是通过热化学方法把生物质转化为液体燃料的技术。9机械工业出版社生化转化方式生化转化方式主要有4种：①填埋制气与堆肥技术；②通过酶技术制取乙醇或甲醇液体燃料；③小型户用沼气池技术；④大中型厌氧消化技术。其中大中型厌氧消化技术又分为禽畜粪便厌氧消化技术和工业有机废水厌氧消化技术。植物油利用方式能源植物油是从油脂植物和芳香油植物中提取的燃料油，经加工后，可以替代石油使用。10机械工业出版社生物质能存在的形式大致可分为以下四种：（1）森林能源及其废弃物（2）农作物及其副产物（3）禽畜粪便（4）生活垃圾11机械工业出版社年度无害化处理厂数量（座）20142015201620172018201911291187127313001324137812机械工业出版社2014-2019年中国垃圾无害化处理厂数量统计生物质能利用技术的研究与开发是21世纪初世界范围的重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。目前，国内外对生物质能的利用集中体现在成型燃料、生物燃气的生产和生物质气化发电上。1）生物质能利用现状成型燃料生产及应用

欧洲以及其他大部分地区生产成型燃料主要以木质生物质为原料。目前大部分用于各种小型热水锅炉、热风炉、家庭取暖炉或壁炉，部分用于小型社区热电联供电站，满足居民供暖需求。13机械工业出版社（2）生物质能的开发利用与发展状况生物燃气生产及应用

生物燃气是指从生物质转化而来的燃气，包括沼气、合成气和氢气。目前沼气具有较大的成本优势，所以生物燃气经常特指沼气。生物质气化发电及燃气应用

生物质气化发电及燃气应用是具有我国特色的生物质能分布式利用方式。根据国家能源局数据，截至2019年底，全国已投运生物质发电项目1094个，累计并网装机容量2254万千瓦，其中，垃圾焚烧发电1202万千瓦，农林生物质发电973万千瓦，沼气发电79万千瓦。2019年生物质发电量为1111亿千瓦时，同比增长22.6%，占全部电源总发电量.5%。发电年平均利用小时数达5181小时，生物质发电量显著提升，年利用小时数保持较高水平。14机械工业出版社（1）直接燃烧获取热能（2）沼气（3）乙醇（4）甲醇（5）生物质气化产生的可燃气体及裂解产品15机械工业出版社（3）生物质可以转化的能源形式利用物理、化学以及生物技术，把生物质转化为液体、气体或固体形式的各种燃料，属于生物质能的转化技术。目前研究开发的转换技术主要有物理干馏、热裂解法、生物发酵，包括利用干馏技术制取木炭、秸秆气化制取燃气，生物发酵制取乙醇，生物质直接液化制取燃料油，干湿法厌氧消化制取沼气等。16机械工业出版社（4）生物质能的实用转化技术（1）生物质压缩成型和固体燃料制取技术

采用生物质干馏法制取木炭。生物质经过粉碎，在一定的压力、温度和湿度条件下，挤压成型，成为固体燃料，具有挥发性高、热值高、易着火燃烧、灰分和硫分低、燃烧污染物少以及便于贮存和运输等优点，可以取代煤炭。（2）生物质气化技术

生物质经过热裂解装置或气化炉的一系列反应后，生成可燃气体。生物质气化即通过化学方法将固体的生物质能转化为气体燃料。气体燃料具有高效、清洁、方便等特点，因此生物质气化技术的研究和开发得到了国内外广泛重视，并取得了可喜的进展。17机械工业出版社（3）生物质热裂解液化制取生物油技术

生物柴油于1988年诞生，由德国聂尔公司发明，它是以菜籽油等为原料，提炼而成的洁净燃油。（4）干湿法厌氧消化制取沼气技术

采用干湿法厌氧消化的方式制取沼气，并以沼气利用技术为核心的综合利用技术是具有中国特色的生物质能利用模式，典型的模式有“四位一体”模式，“能源环境工程”技术等。18机械工业出版社结合国外生物质能利用技术的研究开发现状，以及我国的生物质能转化技术水平和实际情况，我国生物质能应用技术应主要在以下几方面发展：（1）高效直接燃烧技术和设备（2）薪材集约化综合开发利用（3）生物质能的液化、气化等新技术开发利用

（4）城市生活垃圾的开发利用

（5）能源植物的开发

19机械工业出版社（5）生物质能转化技术的应用前景由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终消费形式还是以转化成电能为主。（1）生物质直接燃烧发电技术生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电利用技术又可分为单燃生物直燃技术和生物质与煤混合直燃技术。20机械工业出版社6.1.2生物质能的制取与发电（1）单燃生物直燃技术

在欧美发达国家主要燃烧的生物质是木本植物，我国由于特殊的国情，使得用于燃烧的物质基本局限于秸秆等草本类植物。秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点：①秸秆的含水量较大，约为20％，是常规燃料的8～10倍，因此，在锅炉相同出力的情况下，其烟气量约是常规燃料的1.5～2倍；②秸秆的堆积密度较小。（2）生物质与煤混合直燃技术

生物质与煤有2种混合燃烧方式：①生物质直接与煤混合燃烧，产生蒸汽以带动蒸汽轮机发电。这时生物质要进行预处理，即生物质预先与煤混合后再经磨煤机粉碎，或生物质与煤分别计量、粉碎。②将生物质在气化炉中气化产生的燃气与煤混合燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电。21机械工业出版社混合燃烧的技术优势：①煤与生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质能发电技术，具有廉价和低风险；②煤粉燃烧发电效率高，可达35％以上。③生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的SO2和NOx及CO2的排放。生物质直接燃烧发电技术中的生物质燃烧方式包括固定床燃烧和流化床燃烧等方式。1）固定床燃烧。固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无须处理就可投入炉排炉内燃烧。2）流化床燃烧。流化床燃烧要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于流化的粒度，其燃烧效率和强度都比固定床高。22机械工业出版社（2）生物质气化发电技术生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。根据燃气发电设备的不同，生物质气化发电可分为内燃机发电系统、燃气轮机发电系统及燃气—蒸汽联合循环发电系统，如图6-3所示。23机械工业出版社内燃机发电系统以简单的燃气内燃机组为主，内燃机一般由柴油机或天然气机改造而成，可单独燃用低热值燃气，也可以燃气、油两用，它的特点是设备紧凑，系统简单、技术较成熟、可靠。燃气—蒸汽联合循环发电系统是在内燃机、燃气轮机发电的基础上增加余热蒸汽的联合循环，这种系统可以有效地提高发电效率。24机械工业出版社生物质气化炉净化系统锅炉内燃机燃气轮机蒸气轮机发电机发电规模上分，生物质气化发电目前主要有小型气化发电、中型气化发电和大型气化发电3种模式。25机械工业出版社表6-2各种生物质气化发电系统的应用和特点规模气化过程发电过程主要用途小型系统功率<200kW固定床气化流化床气化内燃机组微型燃气轮机农村用电中小企业用电中型系统功率500～3000kW常压流化床气化内燃机大中企业自备电站小型上网电站大型系统功率>5000kW常压流化床气化高压流化床气化双流化床气化内燃机+蒸汽轮机燃气轮机+蒸汽轮机上网电站、独立能源系统生物质气化发电工艺包括3个过程：①生物质气化。把同体生物质转化为气体燃料；②气体净化。气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，要经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；③燃气发电。生物质气化发电系统如图6-4所示。26机械工业出版社27机械工业出版社生物质气化发电装置主要由进料机构、燃气发生装置、燃气净化装置、燃气发电机组、控制装置及废水处理设备等6部分组成。生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。生物质气化是在气化炉中进行的，气化炉的类型分为固定床气化炉和流化床气化炉。

①固定床气化炉。固定床气化炉可分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式，其中下吸式气化炉应用最广。28机械工业出版社29机械工业出版社上吸式气化炉30机械工业出版社原料灰燃气干燥层热解层还原层空气氧化层空气下吸式气化炉单流化床气化炉结构图31机械工业出版社················

原料流化床材料可燃气压力通风原料空气可燃气分离器循环流化床气化炉原理图32机械工业出版社d2生物质焦炭空气d1流化床气化炉结构图生物质能发电主要包括沼气发电与垃圾焚烧发电，以下就其发电与控制进行讨论。（1）沼气发电技术与控制策略沼气的产生原理

沼气是由多种厌氧微生物混合作用后发酵而产生的。沼气发酵过程可分为两个阶段，即不产甲烷（CH4）阶段和产甲烷阶段。其中不产甲烷过程又可分为两个过程，即水解液化过程（消化过程）和产酸过程。

33机械工业出版社6.1.3生物质能发电的控制技术多糖蛋白质脂肪单糖肽或氨基酸脂肪酸和甘油低级挥发性脂肪酸醇类、中性化合物H2

、CO2

H2

、CO2

甲酸、甲醇乙酸CH4CO2消化阶段产酸阶段产甲烷阶段不产甲烷阶段图6－12为我国农村推广使用的水压式沼气池的结构。正常情况下，这种家用沼气池在中国南方可年产沼气250～300m3，提供一个农户8～10个月的生活燃料。北方在沼气池上加盖塑料大棚，使沼气与养猪种菜相结合，组装成“四位一体”模式，解决了冬季低温沼气发酵问题。34机械工业出版社1－进料口2—0压水位3—输出阀门4—盖板5—溢流口6—贮留室7—水压箱8—渗井9—发酵室10—贮气室沼气燃烧发电

沼气以燃烧方式进行发电，是利用沼气燃烧产生的热能直接或间接地转化为机械能并带动发电机而发电。图6－13是采用沼气发动机（内燃机）、燃气轮机和锅炉（蒸汽轮机）发电的结构示意图。35机械工业出版社图6－14是采用不同种类动力发电装置的效率比较。从中可见，在4000kW以下的功率范围内，采用内燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼气发电的特点是功率小，对于这种类型的发电动力设备，国际上普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则在经济性上不可行。因此采用沼气发动机发电机组，是目前利用沼气发电的最经济而高效的途径。36机械工业出版社几种典型燃气及燃－空混合气低位热值的比较情况如表6－3所示。沼气的主要成份是甲烷，从表6－3中可以知道，它的低位热值仅次于天然气，而在燃烧时，其燃－空混合气的低位热值也是比较高的，因而沼气是一种优质的燃气。37机械工业出版社燃气种类燃气低位热值/（kJ/m3）理论空气量/（m3/m3）理论燃烧温度/（0C）燃－空混合气低位热值/（kJ/m3）天然气365869.6419703438焦炉煤气176154.2119983381混合煤气138583.1819863315发生炉煤气57351.1916002618沼气212235.56

3191秸秆煤气53160.918102798几种典型燃气及燃—空混合气的低位热值比较情况典型的沼气内燃机发电系统的工艺流程如图6－15所示。沼气发电系统主要由消化池、贮气罐、供气泵、沼气发动机、交流发电机、沼气锅炉、废热回收装置（冷却器、预热器、热交换器、汽水分离器、废热锅炉等）、脱硫化氢及二氧化碳塔、稳压箱、配电系统、并网输电控制系统等部分组成。38机械工业出版社由于沼气在发生过程中，也会产生一些有害气体，如硫化氢等，因而在进入内燃机之前必须经过一定的处理，即净化处理，通过疏水、脱硫化氢处理后，将硫化氢含量降到500mg/m3以下。图6－16是垃圾处理场沼气发电的工艺流程。39机械工业出版社1—污泥进料口2—发酵池3—循环管道4—循环泵5—溢流管6—沼气储气罐7—沼气发动机8—三相交流发电机9—消化污泥阀10—沉淀池11—溢流管12—排渣阀13—贮留池14—排污管沼气与天然气双气源的锅炉，在沼气可以满足锅炉燃烧要求时，采用由沼气供气的方式；当沼气不能满足锅炉燃烧要求时，切换至天然气供气方式。这种方式是共用了一个燃烧器，即采用一拖二的方式使两种气源合用一个燃烧控制器。锅炉燃烧产生高温高压饱和蒸汽，进入蒸汽轮机，并带动发电机高速旋转实现发电。其实现发电原理的控制框图如图6－18所示。40机械工业出版社沼气发生装置沼气储存装置气源自动选择天然气供气系统温度控制发酵反应控制燃烧控制器锅炉系统蒸汽轮机发电机中央控制器控制电源系统供用户或并网目前采用沼气燃烧发电的3种形式的沼气综合利用率对比如下：1)沼气锅炉。利用沼气燃烧产生热源加热消化污泥。这种利用途径只能利用沼气热值的50％。2)沼气内燃机―余热回收―鼓风机组。利用沼气内燃机驱动鼓风机，并利用余热回收装置回收沼气内燃机的余热加热消化污泥。这种利用途径能充分利用沼气热值，一般可达沼气热值的85～90%。3)沼气内燃机―余热回收―发电机组。利用沼气内燃机驱动发电机发电并与厂内公共电网并网，并利用余热回收装置回收沼气内燃机的余热加热消化污泥。这种利用途径能充分利用沼气热值，其利用率也可达85%～90%。41机械工业出版社沼气燃料电池发电

燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。广州市番禺水门种猪场建设的由日本政府提供的200kW的沼气燃料电池装置。该200kW燃料电池设备由东芝公司下属的ONSI公司提供，型号为PC25TMC，主要技术指标见表6－4。42机械工业出版社项

目

名

称指

标发电输出功率200kW输出电压(频率)400V(50Hz)，480V(60Hz)发电效率40%余热利用效率/温度41%/60℃热水燃料/消耗量天然气/43m3/h有害排放物NOX：低于5×10-6SOX：可忽略不计噪音约60dB(距设备10m处)排水净水(接近于零污染)应用时供应水自来水或纯净水(接近于零)应用时供应氮气4个圆柱型容器存有7m3的氮气用于一次起动与停机循环(保护)操作自动，可远程控制PC25TMC型燃料电池主要性能及技术指标沼气燃料电池系统一般由3个单元组成：燃料处理单元、发电单元和电流转换单元。1）燃料处理单元。该单元主要部件是改质器，它以镍为催化剂，将甲烷转化为氢气，反应过程为(参与反应的水蒸汽来自发电单元)43机械工业出版社（6－3）为了降低CO的浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体在改质器后的变成器中得到进一步的改良，反应式为（6－4）2）发电单元。发电单元基本部件由两个电极和电解质组成，氢气和氧化剂(O2)在两个电极上进行电化学反应，电解质则构成电池的内回路，其工作原理简图如图6－19所示。电解质可采用磷酸，其发电效率虽然较低，但温度低(约200℃)。在磷酸电解质中，电池反应为44机械工业出版社阳极

阴极（6－5）（6－6）45机械工业出版社沼气燃料电池（磷酸型燃料电池）工作原理3）电源转换系统。主要任务是把直流电转换为交流电，供交流负载使用还可以实现并网供电。表6－5是沼气用作燃料电池各种气体含量的最高限值及超过此限值时对燃料电池的影响。46机械工业出版社有害物质限制值对燃料电池的影响H2S7.12mg/m3以下缩短内部催化剂的寿命HCl浓度尽可能低使内部催化剂能力低下SOx对内部催化剂有不利影响NOx对内部催化剂有不利影响F化合物使内部催化剂能力低下O21.0%以下使脱硫催化剂有不利影响粉尘3mg/m3以下使催化剂压力损失增大CO2浓度尽可能低减少电池发出的电力CH4浓度尽可能高90%以上燃料电池对气体的限制值及超过时对燃料电池的影响沼气燃料电池所用的沼气，其纯度要求较高，因而需要对沼气进行提纯。沼气提纯常用的方法有：①用NaOH水溶液溶解吸收法；②沸石吸附法(PSA法)；③膜法，利用CH4和CO2透过膜的速度差来提纯CH4。47机械工业出版社双塔式吸收法提纯沼气沼气燃料电池与一般燃料电池一样，具有如下的优缺点沼气燃料电池的主要优点：①电池的工作效率高，能量转换的效率可达90％左右，而一般内燃机受卡诺循环的限制，效率仅达40％；②电池在工作时没有或极少有污染物排放；③电池在工作时不产生噪音和机械振动；④维护管理容易。沼气燃料电池的主要缺点：①缺乏长期运行经验；②排气中除H2S外，还可能含有微量磷废气，它们对环境的影响尚不清楚。48机械工业出版社沼气发电的控制策略

围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率，沼气发电的控制主要从以下两个方面进行考虑：1）净化及提纯沼气

净化及提纯沼气，提高沼气内燃机的转化效率和热电联合利用效率，提高沼气燃料电池的燃料利用率。沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合。49机械工业出版社根据沼气发动机的工作特点，在组建沼气发动机发电机组系统时，需考虑以下4个方面：沼气脱硫及稳压、防爆装置。进气系统。发动机。调速系统。50机械工业出版社可以利用沼气热、电、冷三联供，提高沼气发电系统的总体利用率，系统如图6－21所示。51机械工业出版社2）沼气燃料电池的发电控制

沼气燃料电池发电系统的工作方式与内燃机相似，必须不断地向电池内部输入燃料气体与氧化剂才能确保其连续稳定地输出电能。同时还必须连续不断地排除相应的反应产物，如所生成的水及热量等。沼气在进入燃料电池之前必须经过重整改质，转化成富氢气体并去除对阳极氧化过程有毒的杂质。目前一般燃料电池的电能转化效率约为40%～60％，而剩余的部分大多数以热能形式存在，因而为保持电池的工作温度不致过高，必须将这些热量排出电池本体或者加以循环利用。52机械工业出版社一套完整的沼气燃料电池发电系统除了具备沼气燃料电池组、沼气供气系统、沼气净化及提纯系统、DC—DC变换器、DC—AC逆变器以及热能管理与余热回收系统之外，最重要的是燃料电池控制器，这样才能对系统中的气、水、电、热等进行综合管理，形成能够自动运行的发电系统。沼气燃料电池的交流发电系统如图6－22所示。53机械工业出版社近年来，我国的城市人口数量正在不断地增加，随着人民生活水平日益提高，作为城市公害的生活垃圾发生量及其组成发生了很大变化，城市生活垃圾的产量和热值也不断增长。处理城市生活垃圾，实现无害化、减量化和再生资源化，消除城市生活垃圾的污染已成为我国必须解决的重大课题。随着政府对城市垃圾处理的重视和科学技术的发展，坑填、焚烧和堆肥等技术已经得到普遍采用。54机械工业出版社（2）垃圾焚烧发电技术与控制策略我国城市的经济水平、人口规模以及人口密度等因素决定了可用于焚烧发电的垃圾量，垃圾焚烧发电项目前期投入大，运营成本较高，因此项目投资建设主要集中在东部经济较为发达的地区，占比达到68.1%，其次是中部地区，占比为20.4%，西部地区占比较小，为11.5%，青海、西藏两个地区现阶段尚无垃圾焚烧发电项目。我国垃圾焚烧发电项目区域分布不均衡，中部地区还有非常大的发展空间。55机械工业出版社（1）垃圾焚烧发电的工艺流程垃圾焚烧发电的工艺流程分为垃圾焚烧前无分检处理和有分检处理2种。1）垃圾焚烧前无分检处理

图6－24为垃圾焚烧前无分检处理的工艺流程，美国洛杉矶市LongBeach垃圾发电就是采用这个工艺流程。56机械工业出版社2）垃圾焚烧前有分检处理

图6－25为垃圾焚烧前有分检场垃圾发电工艺流程，美国夏威夷市垃圾发电就是采用这种流程。57机械工业出版社（2）垃圾焚烧发电及其控制策略垃圾焚烧发电的控制包括电厂的自动控制，以及发电后的电能变换控制。根据垃圾焚烧电厂控制系统的规模以及要求达到的控制水平，目前技术水平先进的垃圾焚烧发电站（厂）普遍采用基于以太网、具有远程通讯和监控能力的现场总线构筑分布式控制系统，底层采用DCS（分布式控制系统）、SCP或PLC（可编程序控制器）、多种化学成份检测传感器（气体、液体、固体等）及电力电子变换器（变频器）、并网配电箱，同时对垃圾焚烧锅炉的燃烧进行有效的控制、对尾气进行检测、处理、控制、对锅炉烟气在线监控以及对发电机组的发电状态、电能变换与无扰并网等进行实时控制。下面以杭州绿能环保发电有限公司城市垃圾焚烧电厂为例，简要说明垃圾焚烧电厂的自动控制策略。58机械工业出版社1）垃圾焚烧的锅炉控制

该系统的垃圾焚烧锅炉采用日本三菱马丁炉排垃圾焚烧处理技术，属炉排炉中的反送式炉排垃圾焚烧炉。垃圾焚烧锅炉的控制包括炉温的控制、给料及炉排等的动作控制、风门压力控制、风室温度控制、风量控制及汽包水位控制等。59机械工业出版社2）垃圾焚烧系统的汽机控制电液调节系统。汽机配有采用Woodward505型电液调节系统，可靠性高、操作简单。在实例工程中，该电液调节系统主要完成下列任务：转速调节、入口蒸汽压力调节、辅助发电机同步控制及负荷调整。调节回路。除电液调节系统之外，DCS（分布式控制系统）过程控制系统还配有下列汽机调节回路：①热井水位调节，热井水位过低会影响汽机真空，过高则会对设备造成威胁。稳定的热井液位对机组的安全、经济运行十分重要；②冷凝泵最小流量控制，用于避免产生汽蚀对设备的损害；③轴封蒸汽压力调节，使真空得以维持；④除氧器压力调节，保证给水的质量；⑤除氧器水箱水位调节。60机械工业出版社开环控制系统。开环控制系统的主要作用是汽机安全连锁保护控制，包括：汽机转速保护、汽机轴位移保护、汽机真空保护、润滑油压联锁保护、除氧抽汽联锁保护、汽机发电机联锁保护、射水泵汽机联锁保护等。此外，电气部分除继电保护和网控外，所有的电机控制、电气的电量等信号等都通过I/O通道输入DCS。61机械工业出版社3）垃圾焚烧系统的安全保护控制

垃圾焚烧系统的安全保护有以下方面：锅炉燃烧安全保护、主蒸汽压力安全保护、锅炉水位安全保护、鼓引风机安全联锁保护、给水压力联锁保护。62机械工业出版社4）垃圾焚烧的电能变换控制策略

垃圾焚烧发电一般是由焚烧炉加热锅炉，产生蒸汽并驱动蒸汽轮机，并由与之相连的发电机而直接发电，发出的电能除了可以直接并网供电之外，也可以利用电力电子技术对电能进行变换，然后再并入中高压电网。63机械工业出版社图6－26是垃圾焚烧发电控制的系统框图。控制系统中的总协调控制器需要对垃圾焚烧全过程进行控制，包括控制方式的确定，并将逆变控制的方式下达逆变控制器，将燃烧状态和要求下达燃烧控制器，起到整体的协调作用。逆变控制器采集公用电网的电压和相位等信号，并控制三相SPWM逆变器，实现同步并网，将发电机所发出的交变电能变换成与电网同频率、同相位的交流电后，通过逆变匹配变压器输送到公共供电网络。而燃烧控制器采集相关的焚烧炉的温度、锅炉温度与压力、蒸汽轮机的转速及工作状态，并控制焚烧炉排的进给速度，保持焚烧系统的稳定。64机械工业出版社众所周知，原子核是由中子和质子组成的。一个原子的质量应该等于组成它的基本粒子的质量的总和。但是，实际上并不是这样简单。通过精密的实验测量，人们发现，原子核的质量总是小于组成它的质子和中子质量之和。例如，氦原子核是由2个质子和2个中子组成，外面有2个电子。氦原子的质量应该是:65机械工业出版社6.2.1核能的主要形式其中，u为质量单位，g6.2核能及其应用技术但经实验测得的氦但经实验测得的氦原子的质量，比组成它的基本粒子总质量少了；再如的原子，它的核由92个质子和146个中子组成，核外有92个电子。这些粒子的质量加在一起应该是239.986u。但直接测量得的的原子质量却是，少了1.935u。像上述这种质量减少现象在其它原子核中同样存在，人们将这种现象称为“质量亏损”。66机械工业出版社1．核裂变能某些重核原子如等，在热中子的轰击下原子核发生裂变反应，产生质量相差不多的两种核素和几个中子，并释放出大量的能量。以为例，有67机械工业出版社（6-7）据测算，1kg全部裂变后释放出的能量，相当于标准煤完全燃烧放出的化学能。在不加控制的链式反应中，从一个原子核开始裂变放出中子，到该中子引发下一代原子核的裂变，只需1nS（10^-9s）时间。在非常短的时间以及有限空间内，核裂变所放出的巨大能量必然会引起剧烈地爆炸，原子弹就是根据这种不加控制的链式反应的原理制成的。通过链式反应的控制，使核裂变能缓缓地释放出来，可用于直接供热或发电等。核裂变电站就是利用可控核裂变来发电的。68机械工业出版社2．核聚变能核聚变是由两个或多个轻元素的原子核，如氢的同位素氘()或氚()的原子核，聚合成一个较重的原子核的过程。在这个过程中，由于某些轻元素如氘在聚变时质量亏损较核裂变反应时大，根据、核聚变反应将会放出更多的能量。69机械工业出版社1）核聚变应用中可控核聚变的发生条件产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应给太阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。2）核聚变的反应装置可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)，最初是由位于前苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。70机械工业出版社3．核能发电的特点1）能量的高度集中2）铀资源丰富71机械工业出版社（1）核反应堆工作原理核电站是利用核裂变反应释放出的能量来发电的工厂。它是通过冷却剂流过核燃料元件表面，把裂变产生的热量带出来，再产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。72机械工业出版社6.2.2核反应原理及核能发电（2）核反应堆装置这部分将介绍世界上的几种主要的核电堆型。1）快中子和热中子的概念快中子：裂变过程直接产生的中子；热中子：快中子经过慢化剂慢化后的中子。依所采用的中子种类核反应堆可分为：快中子反应堆；热中子反应堆。73机械工业出版社2）主要堆型压水

压水堆核电厂使用低浓铀作为核燃料，富集度大约为3%～4%，其慢化剂和载热剂是轻水，故属于轻水堆。沸水堆

沸水堆核电厂也使用低浓铀作核燃料，富集度同压水堆，其慢化剂和载热剂是轻水，故属于轻水堆。重水

重水堆核电站采用天然铀作核燃料，其慢化剂和载热剂是重水，故称为重水堆。系统与压水堆相似。74机械工业出版社核反应堆装置由堆芯、冷却系统、中子慢化系统、中子反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。核反应堆如图6-28所示。75机械工业出版社压水堆全称为加压轻水慢化冷却反应堆。压水堆核电厂的反应堆采用普通高纯水作慢化剂和冷却剂，低富集度的二氧化铀为燃料，为了把反应堆的出口水温提高到300℃左右，必须将压力提高到14～16MPa，以防止沸腾。所以称这种类型的反应堆为加压水反应堆，简称压水堆。压水堆结构图如图6-29所示。76机械工业出版社（3）核能发电装置压水堆核电厂主要由核岛系统和常规岛2个系统构成。1）核岛系统一回路系统通常由并联到反应堆的2～4条相同的传热环路组成。反应堆外壳是一个耐高压容器，被称为压力容器或压力壳，堆芯安装在其内部。每一条环路有一台反应堆冷却剂泵，一台蒸汽发生器和相应的反应堆冷却剂管道与反应堆构成一条封闭的回路。整个一回路的运行压力由一台与其中一条环路热端连接的稳压器来维持，并控制其可能产生的压力波动。77机械工业出版社此外，核岛系统还包括一些安全系统和辅助系统，按照功能大体分为四类。专设安全系统核辅助系统三废处理系统电厂辅助系统78机械工业出版社2）常规岛系统可划分为汽轮机回路、循环冷却水系统和电气系统三大部分。汽轮机回路

汽轮机回路的主要设备有汽轮机、汽水分离再热器、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、主给水泵和高压加热器等。循环冷却水系统

循环冷却水系统亦称三回路，其主要功能是向凝汽器供给冷却水，确保汽轮机凝汽器的有效冷却。电气系统

电气系统包括发电机、励磁机、主变压器、厂用变压器等。发电机出线电压经主变压器升压后与主电网相连。79机械工业出版社核反应堆的启动、功率调节、停堆等是依靠控制棒的运行进行控制；一回路的压力、冷却剂容量控制靠稳压器系统来完成；停堆后的热量导出由余热排除系统来实现；一回路冷却剂的水质控制由化学和容积控制系统来完成；一回路的正常泄漏补偿由化学和容积控制系统来完成；一回路的事故泄漏补偿由安注系统(高压、低压及中压安注系统)来实现。所以，压水堆核电厂将核能转变为电能分四步，在以下四个主要设备中实现的：80机械工业出版社6.2.3核电站的运行与监控1)反应堆：将核能转变为热能(高温高压水)。2)蒸汽发生器：将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水，使其变为饱和蒸汽。在此只进行热量交换，不进行能量的转变。3)汽轮机：将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能。4)发电机：将汽轮机传来的机械能转变为电能。81机械工业出版社1.核电站的运行（1）反应堆标准运行方式对于压水堆核电站，反应堆的标准运行方式包括：①冷停堆；②中间停堆；③热停堆；④热备用；⑤功率运行。其中冷停堆又可以细分为：1）换料冷停堆：允许反应堆进行燃料更换操作的停堆方式。2）维修冷停堆：允许反应堆对一回路部分设备进行维修的运行方式。3）正常冷停堆：正常条件下的停堆。82机械工业出版社中间停堆可以细分为：1）单相中间停堆：一回路冲水排气后稳压器充满水(单相)的状态。2）两相中间停堆：一回路冲水排气后稳压器为双相的状态。3）正常中间停堆：在两相中间停堆的基础上，余热排出系统（RRA）完成隔离的状态。83机械工业出版社序号运行方式次临界度（pcm）控制棒位置一回路冷却剂平均温度（℃）一回路冷却剂压力（MPa）稳压器状态压力控制主泵运行数量1换料冷停堆≥5000所有棒在堆内10≤t≤60大气压排空无02维修冷停堆≥5000所有棒在堆内10≤t≤70大气压排空无03正常冷停堆≥1000S、R棒在堆外，G棒在堆内10≤t≤90≤2.9单相RCV*上的调节阀t≥70℃时至少一台4单相中间停堆≥1000S、R棒在堆外，G棒在堆内90≤t≤1802.3≤ρ≤2.9单相RCV上的调节阀≥15两相中间停堆≥1000S、R棒在堆外，G棒在堆内120≤t≤1802.3≤ρ≤2.9汽水两相稳压器≥16正常中间停堆≥1000S、R棒在堆外，G棒在堆内160≤t≤2912.3≤ρ≤15.4汽水两相稳压器≥27热停堆按照相关曲线确定S棒在堆外，R、G棒在堆内29115.4汽水两相稳压器≥28热备用0S棒在堆外，R棒在调节带，G棒在整定棒位29115.4汽水两相稳压器39功率运行0S棒在堆外，R棒在调节带，G棒在整定棒位29115.4汽水两相稳压器384机械工业出版社85机械工业出版社1-换料冷停堆；2-维修冷停堆；3-正常冷停堆；4-单相中间停堆；5-两相停堆；6-正常中间停堆；7-热停堆；8-热备用；9-功率运行注：pmax为蒸发器二次侧压力（2）反应堆逼近临界状态时的操作原则在反应堆启动过程中，反应性数值是逐渐增大的——从负数值增大到零，再到正数值；逼近临界状态和达到临界状态时，为保证反应堆的安全，必须遵守以下准则：1）温度：必须避免引起一回路冷却剂平均温度变化的任何操作。2）反应性变化：在逼近临界状态的过程中，在任何时间内，只允许使用一种方法来控制反应性的变化，即改变硼浓度或者控制棒捧位不允许同时进行。3）反应性控制：逼近临界状态时，中子通量倍增时间必须大于18s。86机械工业出版社（3）反应堆启动过程实际压水堆核电站的操作是非常严格和复杂的，这里以压水堆核电站基本操作为例，简要说明核电站的启动和停机过程。1）一回路冲水排气

2）一回路升温、稳压器建立汽腔3）继续升温至热停堆

4）反应堆达到临界5）提升功率到2%核电站的额定功率6）汽轮机冲转、并网7）升负荷至100%额定功率87机械工业出版社（4）核电站停堆过程核电站的停堆过程相对简单。首先是按照一定的速率降负荷，当负荷低到一定程度时汽轮机跳闸，同时发电机解列。随后继续硼化或者插入G棒，降低功率到2%额定功率以下，使机组处于热备用状态。根据计划安排，进行下一步的工作。88机械工业出版社2.核电站的监控系统核电站的监控系统主要指仪表和控制(简称I&C)系统，它是核电厂关键的综合系统之一，是整个核电厂的“中枢神经”系统，它对确保核电厂的安全、经济运行起着至关重要的作用。89机械工业出版社AP1000的I&C体系如图6-31所示。90机械工业出版社（1）核电厂仪表和控制系统的功能核电厂仪表和控制系统包括核岛（NI）)、常规岛（CI）及电厂辅助设施（BOP）等部分的仪表和控制系统。仪表和控制系统是核电厂安全、可靠和经济运行的重要保证，其主要功能包括：1)在正常运行、预计运行事件和事故工况下，监测核电厂参数和各系统的运行状态，为操纵员安全有效地操纵核电厂提供必要信息。2)通过自动化设备的自动控制或操纵员手动控制，将工艺系统或设备的运行参数维持在运行工况规定的限值内。3)在异常工况和事故工况下，触发保护动作，保护人员、反应堆和系统设备的安全，避免环境受到放射性污染。4)为操纵员提供事故后实施操作的监控手段，从而能将核电厂保持在安全状态。91机械工业出版社（2）核电厂的监测和控制方式1）集中的监测和控制2）分散、成组的监测和控制3）就地监测和控制

92机械工业出版社（3）核电厂控制室在核电厂中，控制室系统是指包括人机接口、控制室工作人员、操作规程、培训大纲和相关的设施或设备的总体，它们共同维持控制室功能的正确执行。1）主控制室

由主控制室集中控制和监测的、并由操纵员操作的设备和系统用于执行以下功能：使得机组安全运行、提高机组的可用率、保证设备安全、保障人员安全。93机械工业出版社主控制室位于电气厂房。整个主控制室可以分成以下区域：1)经常操作区，操纵员可在此进行所有负荷变化的控制（包括厂用负荷运行）。2）一回路冷却剂系统和有关的辅助设备的操作区。3）二回路冷却剂系统和有关的辅助设备的操作区。4）与安全设施系统有关的区域。5）试验区。94机械工业出版社2）公共控制室

对于双堆机组，除每个机组设置了一个主控制室外，两台机组公用的某些功能是从公共控制室内的公共控制盘控制和监测的。公共控制室位于两个机组的主控室之间，并紧靠在一起，以便每个机组的操纵员能迅速到达该房间内操作。公共控制室的设计基准以及盘台设备等都与主控室的要求一样。95机械工业出版社96机械工业出版社6.3水能与水力发电技术根据当前技术、经济水平，可开发资源主要是河川水能资源，潮汐能资源占小部分，波浪能利用尚处于试验阶段。水能资源，亦称水力资源。水能资源分3级统计理论蕴藏量技术可开发资源经济可开发资源97我国水力资源的特点:机械工业出版社１）

水力资源总量较多，但开发利用率低２）

水力资源地区分布不均，与经济发展不匹配３）大多数河流年内、年际径流分布不均４）

水力资源主要集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送98当位于高处具有位能的水流至低处冲击水轮机时，将其中所含有的位能转换成水轮机的动能，再由水轮机作为原动机推动发电机发电。水能的主要利用形式是水力发电。水力发电是利用河流在流经不同高度地形时产生的能量来发电。

因此水力发电在某种意义上讲是水的位能变成机械能，又变成电能的“转换过程”。机械工业出版社6.3.1水能与水力发电概述99可利用的水量和一年中不同的流量决定了水力发电站一年的发电量是不同的。水能的大小取决于两个因素：河流中水的流量（Q）和水从多高的地方流下来（水头/H）水的流量：指单位时间内水流通过河流（或水工建筑物）过水断面的体积，一般用立方米/秒（m³/s）和升/秒（l/s）来表示。水头：用来表示发电站的发电机到水坝的水平面的高度（m）。机械工业出版社6.3.2水力发电原理与应用100式中P——发电机的输出功率（kW）；Q——流量（m³/s），单位时间内流过水轮机水的体积；H——水头（m），水轮机做功用的有效水头，为水轮机进出口断面的总水位差；η——电厂的效率（包括水轮机和发电机的总效率0.60-0.85）；9.81——流速和水头转换为kW•h的常系数。水力发电机发出的电能称为发电机的出力。（8-1）其计算公式为机械工业出版社101对于小型水电站，水力发电机的出力近似为（8-2）年发电量的公式为（8-3）式中

E——年发电量（kW•h）；——平均出力（kW）；T——年利用小时数（h）机械工业出版社102水力发电的成本低、效率高、技术先进，其运行、维护的费用是所有发电技术中最低的；可以按需供电，从小的、分散的乡村小水电到为城市和工业的大型、集中供电，水力发电都能保证供电质量和数量。水力发电除了提供廉价的电力外，还有以下的优点：在电力系统中可作为调峰、调频、调相及负荷和事故备用；控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航道和提供旅游景点等，可以带动地方经济发展。103机械工业出版社6.4海洋能利用与发电

6.4.1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。104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。6.4.1海洋能的分类与应用105机械工业出版社3．波浪能

波浪能是海洋能利用研究中近期研究最多、政府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。6.4.1海洋能的分类与应用106机械工业出版社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25～28℃，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500～1000m处海水温度却只有3～6℃，这个垂直的温差就是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。6.4.1海洋能的分类与应用107机械工业出版社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。6.4.1海洋能的分类与应用108机械工业出版社6.4.2海洋能发电原理与应用潮汐是海水受太阳、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109机械工业出版社单库单向作用——”落潮发电”步骤

①向水库注水；②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；③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；④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，所以“落潮发电”一般更为有效。（1）

潮汐能发电原理及应用技术110机械工业出版社单库双向作用步骤

①通过水闸向库内注水；②等候，使水在库内保持一段时间；③利用落潮发电；④通过水闸将库中的水泄干；⑤等候一段时间；⑥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。（1）

潮汐能发电原理及应用技术111机械工业出版社站名位置型式机组数量装机容量每年耗电量/万度建站时间投产时间设计/kW实际/kW设计实际沙山浙江温岭单库单向140ⅹ1409.38.519581959.10岳甫浙江象山单库单向475ⅹ475ⅹ1606.219701972.5海山浙江玉环双库单向275ⅹ2150315～719731975江厦浙江温岭单库双向6500ⅹ6500ⅹ1107011619721980白沙口山东乳山单库单向6160ⅹ6640232/19701978.8浏河江苏太仓双向双贯流式275ⅹ215025619701978.7筹东福建长乐卧轴轴伸式140ⅹ140//19581959果子山广西龙门港单库单向140ⅹ140//19761977.2我国运行发电的主要潮汐电站简况表（1）

潮汐能发电原理及应用技术112机械工业出版社地点平均潮差/m库区面积/km2装机容量/MW发电量/(GW·h/a)投入运行时间/年份朗斯（法国）基斯洛湾（前苏联）江厦（中国）安娜波利斯（加拿大）8.02.47.16.417226240.00.43.217.8540-11301966196819801984世界现有投入运行的潮汐电站（1）

潮汐能发电原理及应用技术113机械工业出版社我国的潮汐能开发技术研究已取得很大进展。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。（1）

潮汐能发电原理及应用技术114机械工业出版社（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。115机械工业出版社12

海流发电装置的两种方式链式发电系统

旋转式发电系统

（2）

海流能发电原理及应用技术116机械工业出版社（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。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。117机械工业出版社（2）

海流能发电原理及应用技术链式海流发电装置118机械工业出版社（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。

119机械工业出版社（2）

海流能发电原理及应用技术旋转式海流发电装置120机械工业出版社（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。121机械工业出版社（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，ρ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。122机械工业出版社（3）

波浪能发电原理及应用技术1波浪鸭装置.2波动水柱装置3“坝礁”波浪能利用装置波浪能利用装置.123机械工业出版社（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：①需要把低速的摇摆运动转换成发电机需要的高速转动；②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。124机械工业出版社（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。125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（3）

波浪能发电原理及应用技术126机械工业出版社（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。

127机械工业出版社（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128机械工业出版社（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129机械工业出版社（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130机械工业出版社（4）

温差能、盐差能发电原理及应用技术混合式循环系统131机械工业出版社（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。132机械工业出版社（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133机械工业出版社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,