新能源利用和发电技术汇总.docx
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新能源利用和发电技术汇总
新能源利用技术
丁生平201112718
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面与深层之间的热循环等;此外,还有氢能、沼气、酒精、甲醇等,而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能、核电等能源,称为常规能源。
随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出,以环保和可再生为特祉的新能源越来越得到各国的重视。
日前在中国,可以形成产业的新能源上要包括水能(主要指小型水电站)、风能、生物质能、太阳能、地热能等,是可循环利用的清洁能源。
新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段,也是环境治理和生态保护的重要措施,是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。
据估算,每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦,其中可开发利用500~1000亿度。
但因其分布很分散,目前能利用的甚微。
地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量。
其中全球陆地部分3公里深度内、150℃以上的高温地热能资源为140万吨标准煤,目前一些国家已着手商业开发利用。
世界风能的潜力约3500亿千瓦,因风力断续分散,难以经济地利用,今后输能储能技术如有重大改进,风力利用将会增加。
海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等,理论储量十分可观。
限于技术水平,现尚处于小规模研究阶段。
当前由于新能源的利用技术尚不成熟,故只占世界所需总能量的很小部分,今后有很大发展前途。
新能源具有以下共同点:
1)资源丰富,普遍具备可再生特性,可供人类永续利用;比如,陆上估计可开发利用的风力资源为253GW,而截止2003年只有0.57GW被开发利用,预计到2010年可以利用的达到4GW,到2020年到20GW,而太阳能光伏并网和离网应用量预计到2020年可以从目前的0.03GW增加1至2个GW。
2)能量密度低,开发利用需要较大空间;
3)不含碳或含碳量很少,对环境影响小;
4)分布广,有利于小规模分散利用;
5)间断式供应,波动性大,对继续供能不利;
6)目前除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
1生物质能
1.1简介
生物质能(biomassenergy),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。
有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。
地球上的生物质能资源较为丰富,而且是一种无害的能源。
地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍,但目前的利用率不到3%。
我国年可获得生物质资源量达到3.14亿吨煤当量,其中秸秆和薪材分别占54%和36%;现有180多亿吨林木生物质资源量、8~10亿吨可获得量和3亿吨可作为能源的利用量。
1.2分类
依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
1.2.1林业资源
林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等生物质能。
1.2.2农业资源
农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。
能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
1.2.3生活污水和工业有机废水
生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。
工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。
1.2.4城市固体废物
城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。
其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
1.2.5畜禽粪便
畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
1.2.6沼气
沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体,通常可以供农家用来烧饭、照明。
1.3特点
1.3.1可再生性
生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用;
1.3.2低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;
1.3.3广泛分布性
缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
1.3.4生物质燃料总量十分丰富
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。
生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
1.4利用
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式.应用有沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等。
1.4.1直接燃烧技术
直接燃烧是目前最简便的生物质能源转化技术,即将生物质直接作为燃料燃烧,燃烧过程所产生的能量主要用于发电或集中供热。
直接燃烧技术的途径包括直接燃烧、固化成型和与煤混燃三种。
作为燃料的生物质包括各种农林业废弃物、城市生活垃圾等。
目前,生物质直接燃烧技术按燃烧方式可分为生物质直接燃烧流化床技术和生物质直接燃烧层燃技术。
按燃烧性态可分为生物质成型燃烧技术、生物质粉体燃烧技术、生物质捆烧技术和生物质燃气燃烧技术。
适用于发展中国家工业应用的直燃发电锅炉目前有炉排炉、燃料分级燃烧锅炉、倾斜式炉箅锅炉、流化床锅炉和悬浮式锅炉。
1.4.1.1直接燃烧
在农村地区常见的生物质炉灶和火炕。
现阶段,我国农村生活用能结构虽然发生了一定的变化,但薪柴、秸秆等生物质仍占消费总能量的50%以上,是农村生活中的主要能源。
这种能源消费结构在相当长的时期内不会发生质的变化,因此在农村,特别是偏远山区,生物质炉灶仍然是农民炊事、取暖的主要生活用能设备。
炕(俗称火炕)是我国北方农村居民取暖的主要设施,是睡眠与家务活动的场所。
炕的热量一般来源于炊事用的柴灶,炕与灶相连,故称炕连灶。
也有专为取暖供热的炕,如西北的煨炕、东北的地炕都是在炕内设一烧火的坑。
1.4.1.2固化成型(成型燃烧技术)
生物质成型燃料是用机械加压的方法,对稻壳、锯末、秸秆、木屑等生物质废弃物进行加压,使原来松散、无定形的原料压缩成密度较大的具有一定形状的固体成型燃料,其具有体积小、密度大、储运方便;燃烧稳定、周期长;燃烧效率高;灰渣及烟气中污染物含量小等优点。
目前生物质成型机类型有螺旋推进式成型机、机械冲压式成型机、活塞冲压式成型机、液压式成型机和辊压式成型机。
1.4.1.3与煤混燃
大部分生物质燃料的含水量较高,且组份复杂,因此很难使燃用生物质的锅炉以较低的成本达到可与常规锅炉相比的效率,而且生物质能的局域性和不稳定性对大容量锅炉的稳定运行也非常不利。
然而采用生物质与矿物燃料的混合燃烧技术既可以达到经济上的合理性,又可大规模地利用生物质能,还可以降低锅炉污染物的排放浓度。
煤—生物质混燃通常是在燃煤发电锅炉中进行,首先将生物质原料粉碎,通过输送装置送到炉前,由另外设置的专用燃烧器将生物质燃料加到锅炉内,与煤混合燃烧。
根据国外的试验,当生物质原料的质量比不超过20%时,高氯、高碱的生物质原料不会产生腐蚀和积灰等对锅炉不利的影响。
秸秆和煤同时在发电锅炉中燃烧时,流化床是最好的技术,因为它适合于大多数通常不易燃烧的燃料,如泥炭块和低质量的煤。
煤-生物质混燃发电技术简单、投资小、抗风险能力强,是生物质利用最经济的方式,在发达国家是生物质利用的主流技术。
目前,国内已有多家锅炉厂家生产生物质和煤混烧的链条炉和流化床炉。
典型的共燃锅炉,分别在东南亚国家和我国广东、浙江等省运行.其中东方锅炉厂生产的2台DG220/9.8.13型烟煤与纸渣混烧循环流化床锅炉已在浙江宁波投运,为日前我国最大的生物质与煤混烧锅炉。
1.4.1.4城市生活垃圾焚烧技术
垃圾焚烧是利用垃圾焚烧锅炉在800一1000℃高温下燃烧垃圾可燃组分,释放热量供热或发电,具有减少环境污染,节省大量土地资源等优点。
我国垃圾焚烧技术主要应用于经济发达、人口密集的城市,包括直辖市、东部沿海经济发达城市和中西部省会城市。
目前我国的焚烧处理技术主要分为三类:
层状燃烧技术、流化床技术及旋转炉焚烧技术。
①层状燃烧技术发展较为成熟,一些国家都采用这种燃烧技术。
层状燃烧关键是炉排,垃圾在炉排上燃烧通过预热干燥区、主燃区和燃尽区三个区。
垃圾在炉排上着火,热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流,还来自垃圾层内部燃烧的传热。
在炉排上已着火的垃圾在炉排的特殊作用下,使垃圾层强烈地翻动和松动,不断地推动下落,引燃垃圾底部着火。
连续地翻转和松动,使垃圾层松动,透气性加强,有助于垃圾的着火和燃烧。
为确保垃圾燃烧稳定,炉拱形状设计要考虑烟气流场有利于热烟气对新人炉垃圾的热辐射预热干燥和燃尽区垃圾的燃尽。
配风设计要确保空气满足炉排垃圾层燃烧3个阶段的不同需要,并合理使用二次风。
②流化床燃烧技术已发展成熟,由于其热强度高,更适宜燃烧发热值低、含水分高的垃圾。
同时,由于其炉内蓄热量大,在燃烧垃圾时基本上可以不用助燃。
为了保证人炉垃圾的充分流动,对人炉垃圾的颗粒尺寸要求较为严格,要求垃圾进行一系列筛选、粉碎等处理,使其尺寸、状况均一化。
一般破碎到不大于15cm,然后送入流化床内燃烧,床层物料为石英砂,布风板通常设计成倒锥体结构,风帽为“L”形。
床内燃烧温度控制在800~900℃之间,冷态气流断面流速为2m/s。
一次风经由风帽通过布风板送人流化层,二次风由流化层上部送入。
采用燃油预热料层,当料层温度达到600℃左右时投入垃圾焚烧。
该炉启动、燃烧过程特性与普通流化床锅炉相似。
③旋转燃烧技术
旋转焚烧炉燃烧设备主要是一个缓慢旋转的回转窑,其内壁可采用耐火砖砌筑,也可采用管式水冷壁,用以保护滚筒,回转窑直径为4~6m,长度约10~20m,根据焚烧的垃圾量确定,倾斜放置。
每台旋转焚烧炉垃圾处理量目前可达到300t/d(直径4m、长14m)。
回转窑过去主要用于处理有毒有害的医院垃圾和化工废料。
它是通过炉本体滚筒缓慢转动,利用内壁耐高温抄板将垃圾由筒体下部在筒体滚动时带到筒体上部,然后靠垃圾自重落下。
由于垃圾在筒内翻滚,可与空气充分接触,进行较完全的燃烧。
垃圾由滚筒一端送入,热烟气对其进行干燥,在达到着火温度后燃烧,随着筒体滚动,垃圾翻滚并下滑,一直到简体出口排出灰渣。
当垃圾含水量过大时,可在筒体尾部增加一级燃尽炉排,滚筒中排出的烟气,通过一垂直的燃尽室(二次燃烧室),燃尽室内送入二次风,烟气中的可燃成分在此得到充分燃烧。
二次燃烧室温度为1000~1200℃。
回转窑式垃圾燃烧装置设备费用低,厂用电耗与其他燃烧方式相比也较少,但对热值较低(S000kJ/kg)、含水分高的垃圾燃烧有一定的难度。
1.4.2生物质热化学转换
主要包括干馏技术、生物质热裂解气化和生物质液化。
1)干馏技术
通过干馏技术可以把能量密度低的生物质转化为能量热值高的炭和气,但其利用率较低,只适用于木质生物质的特殊应用,最早从木质素干馏中得到的甲醇是常用燃料。
2)热裂解气化
生物质气化是指将生物质原料(柴薪、锯末、麦秆、稻草等)压制成型或简单破碎加工处理后,送入气化炉中,在欠氧的条件下进行气化裂解,从而得到的可燃气体,根据应用需要有时还要对产出气经行净化处理从而得到优质的产品气。
生物质气化原理是在一定的热力学条件下,借助于气化介质(空气、氧气或水蒸气等)的作用,使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应,热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物,获得CO、H2和CH4等气体。
由于生物质由纤维素、半纤维素、木质素、惰性灰等组成,含氧量和挥发份高,焦炭的活化性强,因此生物质与煤相比,具有更高的气化活性,更适合气化。
生物质气化主要包括气化反应、合成气催化变换和气体分离净化过程(直接燃用的不用分离净化)。
从发电规模上分,生物质气化发电系统可分为小型、中型、大型三种。
气化炉分为固定床气化炉(分上吸式和下吸式)、流化床气化炉和旋转床气化炉三种类型。
被广泛应用于发电和集中供热,欧盟、美国和巴西等国家气化技术较先进,气化设备较大以整体气化联合循环(IGCC)和热空气汽轮机循环(HATC)技术为代表,气化效率可达60%~80%。
3)生物质液化
生物质热化学转化制生物原油或燃料油的高压液化技术,一般在温度为250—400℃、压力为5~20MPa的条件下进行,通常是在催化剂存在下转化为液体燃料。
其产物包括燃料油和醇类燃料,典型液化方式有四种,即生物质热裂解制燃料油、生物质热裂解制醇类燃料、植物燃料油制生物柴油和生物浆体燃料。
1.4.3生物质的生物化学转换
1.4.3.1生物质水解技术
生物质制取乙醇最主要的原料是:
糖液、淀粉和木质纤维素等。
生物技术制备乙醇的生产过程为先将生物质碾碎,通过化学水解(一般为硫酸)或者催化酶作用将淀粉或者纤维素、半纤维素转化为多糖,再用发酵剂将糖转化为乙醇,得到的乙醇体积分数较低(5%~15%)的产品,蒸馏除去水分和其他一些杂质,最后浓缩的乙醇(一步蒸馏过程可得到体积分数为95%的乙醇)冷凝得到液体。
木质纤维素生物质(木材和草)的转化较为复杂,其预处理费用昂贵,需将纤维素经过几种酸的水解才能转化为糖,然后再经过发酵生产乙醇。
这种化学水解转化技术能耗高,生产过程污染严重、成本高,缺乏经济竞争力。
目前正开发用催化酶法水解,但是因为酶的成本高,尚处于研究阶段。
1.4.3.2厌氧发酵技术
厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下,通过细菌作用进行生物质的分解。
将有机废水(如制药厂废水、人畜粪便等)置于厌氧发酵罐(反应器、沼气池)内,先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物,然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢,最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成CH4,可产生CH4(体积分数为55%~65%)和CO2(体积分数为30%~40%)气体混合物。
许多专性厌氧和兼性厌氧微生物,如丁酸梭状芽孢杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌等,能利用多种底物在氮化酶或氢化酶的作用下将底物分解制取氢气。
厌氧发酵制氢的过程是在厌氧条件下进行的,氧气的存在会抑制产氢微生物催化剂的合成与活性。
由于转化细菌的高度专一性,不同菌种所能分解的底物也有所不同。
因此,要实现底物的彻底分解并制取大量的氢气,应考虑不同菌种的共同培养。
厌氧发酵细菌生物制氢的产率较低,能量的转化率一般只有33%左右。
为提高氢气的产率,除选育优良的耐氧菌种外,还必须开发先进的培养技术才能够使厌氧发酵有机物制氢实现大规模生产。
1.4.3.3生物质生物制氢技术
光合微生物制氢主要集中于光合细菌和藻类,它们通过光合作用将底物分解产生氢气。
1949年,GEST等首次报道了光合细菌深红红螺菌(Rhodospirillumrubrum)在厌氧光照下能利用有机质作为供氢体产生分子态的氢。
此后人们进行了一系列的相关研究。
目前的研究表明,有关光合细菌产氢的微生物主要集中于红假单胞菌属、红螺菌属、梭状芽孢杆菌属、红硫细菌属、外硫红螺菌属、丁酸芽孢杆菌属、红微菌属等7个属的20余个菌株。
光合细菌产氢机制,一般认为是光子被捕获得光合作用单元,其能量被送到光合反应中心,进行电荷分离,产生高能电子并造成质子梯度,从而形成腺苷三磷酸(ATP)。
另外,经电荷分离后的高能电子产生还原型铁氧还原蛋白(Fdred),固氮酶利用ATP和Fdred进行氢离子还原生成氢气。
1.5直燃发电技术
生物质直接燃烧发电的原理是,由生物质锅炉设备利用生物质直接燃烧后的热能产生蒸汽,再利用蒸汽推动汽轮发电系统进行发电;在原理上与燃煤锅炉火力发电没什么区别。
(将生物质原料从附近各个收集点运送至电站,经预处理(破碎、分选)后存放到原料存贮仓库,仓库容积要保证可以存放5d的发电原料量;然后由原料输送车将预处理后的生物质送人锅炉燃烧,通过锅炉换热将生物质燃烧后的热能转化为蒸汽,为汽轮发电机组提供汽源进行发电。
生物质燃烧后的灰渣落入出灰装置,由输灰机送到灰坑,进行灰渣处置。
烟气经过烟气处理系统后由烟囱排放人大气中。
)
生物质燃料燃烧设备按规模可分为小型锅炉、大型锅炉和电联产锅炉;按用途与燃料品种可分为木材炉、壁炉、颗粒燃料炉、薪柴锅炉、木片锅炉、颗粒燃料锅炉、秸秆锅炉及其他燃料锅炉;按燃烧形式可分为片烧炉、捆烧炉、颗粒层燃炉等。
国外现在已经研制出大型工业所需要的燃烧炉和锅炉,这些炉具能够燃烧各种不同形式的生物质,例如木材、废木、制浆作业所产生的黑色废液、食品加工业的废物和城市固体废物等。
大型设备的效率相当高,其性能接近于使用矿物性燃料的锅炉。
大部分生物质的含水量较高,并且组成成分复杂,因此很难让使用生物质的锅炉在合理的成本上达到可与常规锅炉相比的效率;然而联合生产则具有经济上的优越性,因此吸引着许多存有生物质原料的工业部门纷纷安装联合生产设备。
现在已设计出各种各样适合烧木材加工下脚料、木质废弃物和其他形式生物质的燃烧炉。
其中有几种主要是为发展中国家的工业应用而设计的,其特点如下:
1)荷兰炉是最普通的,但它采用的基本技术却很老,如今大部分已被效率更好的系统所替代。
2)自动添加燃料的炉排是一种现代蒸汽发电站所用的烧木材和树皮的锅炉,燃料依靠气压式或机械式布料系统送到锅炉的炉箅上面。
有的燃料是在悬空状态下燃烧,未燃尽的剩余部分则落到一组炉箅上,直到完全燃尽。
这种锅炉通常采用多个标准产汽量为10t/h的小型锅炉,但也有能力超过200t/h的大型炉。
3)燃料分级燃烧式锅炉包括两个阶段:
燃料从上面被送到主炉中的水冷炉格;然后热燃气进入副燃烧室,并在那里完全燃烧。
这种锅炉通常是在低压下工作,产汽能力为5~12t/h。
4)在倾斜式炉箅的锅炉中,燃料以阶梯式方式被源源不断地送到炉算的顶部,先通过上部的烘干室,然后落到下面的燃烧室,把留在炉箅最下部的粉尘灰清走。
5)悬浮式锅炉用于迅速燃烧悬浮在湍动气流中的颗粒状燃料。
设备的结构可以是喷射式的,使燃料和空气在燃料室内混合;也可以是气旋式装置,燃料和空气在外部气旋式燃烧室中混合。
6)流化床燃烧系统有一个用耐火材料制成的热床,该热床在气流的作用下不停地运动,基本上起到炉排的作用。
用烧石油、天然气或煤粉的燃烧室对热床进行预热,使温度上升到足以使生物质燃料燃烧。
在这个温度上,升高流过热床的气流的温度,直到热床开始“沸腾”,也就是放流化。
把燃料输送到流化床的方法主要取决于燃料的性质,质量大于流化床材料的固体燃料会落到床的表面并被淹没;反之,像木屑或刨花那样质量小的材料被输送到流化床表层的下方。
液体燃料则用水冷喷射器输入。
1.6发展前景展望
就目前国内生物质应用情况来看,目前存在以下几点问题:
一是相对投资大,燃料成本高,市场竞争力弱。
二是原材料具有分散性和非连续性,燃料收集范围大,原料价格、质量、运输和储存成本等既高又有不确定性。
三是过分依赖国家优惠政策的维系。
四是缺乏自主核心技术,关键设备需引进。
五是缺乏充分论证,建设存在一定盲目性。
在生物质燃烧技术方面,大部分燃烧设备都是采用燃煤锅炉,缺乏有针对性的燃烧锅炉,因此,研究专门的生物质燃烧炉将是今后生物质能利用开发的主攻方向。
攻克生物质燃烧过程中出现的设备腐蚀、灰分熔融以及污染物排放控制等技术难点将成为研究热点。
2水能
水能是一种可再生能源,水能或称为水力发电,是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。
水能主要用于水力发电,其优点是成本低、可连续再生、无污染。
缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。
水容易受到污染,也容易被地形,气候等多方面的因素所影响。
2.1原理
水的落差在重力作用下形成动能,从河流或水库等高位水源处向低位处引水,利用水的压力或者流速冲击水轮机,使之旋转,从而将水能转化为机械能,然后再由水轮机带动发电机旋转,切割磁力线产生交流电。
水不仅可以直接被人类利用,它还是能量的载体。
太阳能驱动地球上水循环,使之持续进行。
地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,水能资源丰富。
随着矿物燃料的日渐减少,水能是非常重要且前景广阔的替代资源。
世界上水力发电还处于起步阶段。
河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。
也有部分水能用于灌溉。
2.2应用
2.2.1计算
河川径流蕴藏着一定的水能。
现代的水能利用,主要是利用水能进行发电,也就是水力发电。
水电站的产品是电能,出力和发电量是水电站的两种重要的动能指标。
确定水电站的出力和发电量这两种动能指标的计算称为水能计算。
在水电站建设和运行的不同的阶段,水能计算的目的和任务是不同的。
在规划设计阶段,主要是选定和水电站及其水库的有关参数,比如水电站装机容量、正常蓄水位、死水位等。
在运行阶段,不同的运行方式,水电站的出力及发电量不同,产生的效益不同。
这个时候进行水能计算的目的主要是为了确定水电站在电力系统中的最有利运行方案。
按照水流能量的有关因素,考虑能量转化当中发生的损失,可以推出水能计算的基本公式
N=9.81ηQ电H净
式中N——水电站的出力,kW;η——水电站的效率系数;Q电——发电引用流量,m3/s;H净——水电站净水头,m。
水电站利用水能来发电,因此它的工作受到河川径流的制约。
为了衡量水电站承担发电任务的能力,引入保证出力这样一个动能指标。
保证出力是指水电站相应于设计保证率的枯水时段的平均出力,可以简写为N保。
N保虽然是功率,但是它是时段的平均出力,因此,N保是表示水电站提供电能的能力的指标,而不表示提供瞬时出力的能力。
由于河川径流具有随机性,使得一定时期内水电站能够提供的电能也是随机的,并且相应于一定频率。
N保相应于设计保证率。
N保实际上应当是水电站发电受限的时段的平均出力。
在大多数情况下,水电站发电主要是受水量限制,所以说N保是相应于设计保证率的枯水时段的平均出力。
设计保证率是在多年工作期间,用水部门正常工作得到保证的概率。
因为N保相应于设计保证率,所以,如果水电站的时段平均出力达到了N保,就属于正常工作。
换句话说,N保即为正常工作状况下,最小的时段平均出力。
5)与水电站保证出力时段相应的发电量称为水电站的保证电能。
保证电能可以简写为E保,E保直接表示了水电站提供电量的能力
2.2.2水电厂分类及组成
水电厂有多种形式,按集中落差的方式分类可分为堤
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