流化床气化炉工作原理(聊聊让国人自豪的再生能源发电)

Posted 2023-05-31

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流化床气化炉工作原理(聊聊让国人自豪的再生能源发电)

一、可再生能源发电概念

可再生能源泛指利用多种用之不尽、取之不竭的能源，这种能源是可以再生的，是人类历史时期内都不会耗尽的能源来发电。一般是指水力发电、风力发电、生物质发电、太阳能发电、海洋能发电和地热能发电等。

发展绿色能源对改善能源消耗结构具有不可替代的作用。我国已成为全球绿色能源发展的核心驱动者和绿色能源技术进步的重要领导者。

二、各类可再生能源发电简介

1.水力发电

水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效地利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

①种类

按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂，引水式水电厂，混合式水电厂，潮汐水电厂和抽水蓄能电厂。

按径流调节的程度分类：无调节水电厂和有调节水电厂。

按照水源的性质，一般称为常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发电。

按水电站利用水头的大小，可分为高水头（70米以上）、中水头（ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。

按水电站装机容量的大小，可分为大型、中型和小型水电站。

一般将装机容量在5,000kW以下的称为小水电站，5,000至100,000kW的称为中型水电站，10万kW或以上的称为大型水电站或巨型水电站。

②流程

惯常水力发电的流程为：河川的水经由拦水设施攫取后，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂，当机组须运转发电时，打开主阀（类似家中水龙头之功能），后开启导翼（实际控制输出力量的小水门）使水冲击水轮机，水轮机转动后带动发电机旋转，发电机加入励磁后，发电机建立电压，并于断路器投入后开始将电力送至电力系统。

如果要调整发电机组的出力，可以调整导翼的开度增减水量来达成，发电后的水经由尾水路回到河道，供给下游的用水使用。

2.风力发电

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。

其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，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。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）

尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：一是水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；二是垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

3.生物质发电

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。

目前我国生物质能发电技术有三类，包括生物质燃烧发电技术、气化发电技术、沼气发电技术。

① 生物质燃烧发电技术

A．生物质能直接燃烧发电技术此技术已基本成熟，已进入推广阶段。将收集来的生物质经过简单处理或直接将生物质投入到燃烧炉中燃烧发电该项技术需要有特制的然烧炉设备。由于生物质体积大密度低，给收集和运输生物质带来了困难，同时这样的生物质燃烧值也较低。

B．生物质成型燃烧发电技术生物质成型是将稻壳、木屑、花生壳、甘蔗渣等生物质原料粉碎到一定粒度，在高压条件下，利用机械挤压成一定的形状。生物质成型燃料具有型煤和木柴的许多特点，可以在许多场合替代煤和木柴作为燃料。

其缺点是成型机械磨损严重，配套设施复杂，在设备的实用性、系列化、规模化上还很不足，距国际先进水平还有不小的差距。

②气化发电技术

生物质气化发电是处于初步商业化的技术，主要是利用气化技术，把生物质废物转换为可燃气体，经除焦油等净化处理后，送至气体内燃发电机发电。生物质气化发电的经济性良好，因此开发中等规模生物质发电技术将有很好的经济效益和发展前景。气化炉是生物质气化的主要设备其主要有固定床气化炉和流化床气化炉。

③沼气发电技术

沼气然烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。

目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列上。

4.太阳能发电

太阳能是一种极为丰富的能源，与地下资源不同，是永远不会枯竭的。只要有太阳，任何人都能享受到太阳的恩惠。每小时照射地球的太阳能相当于全世界消费的每小时能量的约1万倍。假如储存太阳能1小时的能量，其能量能够满足全人类364天加23小时的能源消耗。所以太阳能是非常强大的，是一种清洁能源，在这环境污染日益严重的今天，尤为重要。

目前，太阳能发电有两种方法。一种是先将太阳能转换为热能，然后按常规方法发电，称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件(如太阳能电池)将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光发电，亦称光伏太阳能发电。

利用太阳热能发电，首先要收集太阳光辐射并将其转换成热能，然后再按常规方法发电。太阳能热电转换系统主要有两种：分散集热系统和中央接收系统。分散集热系统主要是通过集热器场收集太阳能，并以流体或化学物质为载体，经管网系统将其输送到热电转换装置中心。中央接收系统是一个巨大的、统一控制的、可以追综太阳的反射镜(称为定日镜)场，太阳能辐射集中反射到装在中心塔顶的接收器上，在接收器内产生高温、高压蒸汽，驱动汽轮发电机发电。

太阳能光发电是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电技术。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能电池组件，再配合控制器和逆变器等部件就形成光伏发电装置。可制造太阳能电池的半导体材料已发现十几种，除硅系列(单晶硅、多晶硅、非晶硅)太阳能电池外，还有多元半导体太阳能电池等。光伏发电的优点是较少受到地域限制，因为阳光普照大地，光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电、供电。目前光伏太阳能发电已广泛应用于宇宙开发、光伏电站、航空、航天、航海、气象、通信、交通等各个领域。

5.海洋能发电

海洋能通常是指海洋中蕴藏的可再生能源，主要包括波浪能、潮汐能、风能、海流能、温差能、盐差能等

①风能

国内风能从刚开始起步时的补充能源，变成现在的替代能源，是中国发展最快的绿色能源。在我国陆地风电场建设快速发展的近些年，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，将目光逐渐转向了风速大、风向较稳定的海上风能。根据国内外已经建成的海上风电场投资比例及一些研究成果，风机基础约占风电场总成本的20%～30%，是造成海上风电成本较高的原因之一。当然建设海上风电也有几大优点，主要是：

A．海上吹程长，摩擦力小，风速大。大家知道能量和速度的二次方成正比，如果海上风速是陆地上的1.5倍，输出功率则是2倍多。

B．采用海上运输能吊装更大的机组，因此海上可以安装更大型的装置。

C．近海风场往往距离沿海人口密集地区较近，减少了电力运输的损耗。

D．不会占用陆地的宝贵资源，尤其是西欧、东亚的沿海人口密集地区。

②潮汐能

潮汐是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。建设潮汐电站，不需要移民，不淹没土地，没有环境污染问题，还可以结合潮汐发电发展围垦、水生养殖和海洋化工等综合利用项目。

潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电，如下图所示。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。

③波浪能

顾名思义，波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。

波浪能利用装置的种类繁多，关于波能转换装置的发明专利超过千项。这些装置主要基于以下几种基本机理：①利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；②利用波浪压力的变化；③利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。

④温差能

海洋温差发电是利用热带及亚热带海洋表层和深层海水间存在的温差进行发电。在低纬度的海域，比如我国的南海和东海的一部分海域，海洋表层海水的温度可以高达25℃以上，而海面以下500米的海水温度却只有4℃～5℃，二者存在20℃以上的温差。

海洋温差发电的原理是利用蒸汽推动汽轮机旋转发电，就是利用温水泵把表层温度较高的海水抽上送往蒸发器，液氨吸收了表层温海水的能量，沸腾并变为氨气，氨气经过汽轮机（氨透平）的叶片通道，膨胀做功，推动汽轮机旋转。随后，氨气进入冷凝器，深层的冷海水重新将其冷凝为液态氨，再由氨泵将其送入蒸发器，而经历热交换后温度较高的海水会再次被抽回海洋，如此在闭合回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝。

6.地热发电

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。其基本原理与火力发电类似, 也是根据能量转换原理, 首先把地热能转换为机械能, 再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是利用天然的地热水蒸气, 或由地热水加热的低沸点工质蒸汽, 驱动汽轮机做功, 将热能转变为机械能, 然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

我国地热资源类型分为浅层地热资源, 水热型地热资源和干热岩资源。但目前只有水热型地热资源能用于商业发电, 水热型地热资源又分为: 干蒸汽、湿蒸汽和地热水。由于地热资源性质不同, 其发电方法也不同, 目前有背压发电、凝汽发电、闪蒸发电、双工质发电、全流发电。因此地热发电至关重要的问题, 是要选择好合适的能量转换系统 ( 或热力系统 ), 以便合理和充分的利用地热资源。

地热发电是地热利用的最重要方式。地热发电是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。将地热流体所运载的热能转换为电能的系统，可分为地热闪蒸发电系统、地热双工质循环发电系统、地热全流发电系统、地热干蒸汽发电系统以及地热联合发电系统。

三、我国可再生能源发电的发展现状

1.可再生能源发电量占全社会用电量的29.7%

近日，国家能源局新能源司副司长熊敏峰在《中国可再生能源发展报告2021》发布会上表示，“截至2021年底，我国可再生能源装机突破10亿千瓦，占全国电力装机的44.8%，水电、抽水蓄能、风电、太阳能发电、生物质发电装机规模均居世界第一；可再生能源发电量2.48万亿千瓦时，占全社会用电量的29.7%；可再生能源利用总量达到7.5亿吨标准煤，占一次能源消费总量的14.2%。

2.我国可再生能源发电总装机突破11亿千瓦

据最新统计，截至今年5月底，我国可再生能源再创新高，发电装机容量超过11亿千瓦。

同比增长15.1%。可再生能源的快速发展为构建清洁低碳、安全高效的能源体系作出了积极贡献。”

1-5月，全国可再生能源发电新增装机4349万千瓦，占全国发电新增装机的82.1%，已成为我国发电新增装机的主体。

1-5月，全国可再生能源发电量达到1.06万亿千瓦时，同比增长16.8%，约占全社会用电量的31.5%。

3. 跨越式发展

当下的中国，从沙漠戈壁到蔚蓝大海，从世界屋脊到广袤平原，可再生能源发展展现出勃勃生机。在金沙江上，世界第二大的白鹤滩水电站累计生产清洁电能突破300亿千瓦时，不断提升我国电力供应保障能力。在浙江温岭，全国首座潮光互补型光伏电站已投入运行。我国以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设也已拉开大幕，目前第一批约1亿千瓦的大型风电光伏基地项目已开工超过9500万千瓦。“十四五”时期，我国可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比将超过50%，风电和太阳能发电量将实现翻倍。

四、环境效益

1.未来以再生能源为主

在未来国家能源的战略布局中，可再生能源将占据越来越重要的位置。据有关部门预测，到2050年，我国能源供应将以可再生能源为主，其中主要将依赖风能和太阳能，煤炭消耗量将降至最低。

2.可再生能源：未来我国最安全、最环保、最经济的能源

“价格低廉”、“稳定供给”、“清洁环保”是人类社会对能源的基本要求，过去也被称为能源“不可能三角”。专家们认为任何一种能源只能具备一到两种优势，如火电价格低廉，供应稳定，但对环境影响较大，太阳能和风能都被认为昂贵又不稳定。对此全国人大代表、阳光电源董事长曹仁贤有不同观点：“一直以来光伏被认为是价格高昂的能源，但近期中东2GW的光伏项目度电价格已到1毛人民币，在很多场合可再生能源经济性已经远超化石能源，也为我们可再生能源长期发展奠定了基础。随着可再生能源制氢、储氢技术与产业的成熟完善，可再生能源即使不考虑清洁环保的优势，也完全可以同化石能源竞争。”他认为可再生能源即将把能源“不可能三角”变为“可能三角”，成为最安全、最环保、最经济、最便利的能源，在实现能源安全的同时实现气候安全和经济安全。

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