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发电技术

热如何变成电——尤其是地热发电的方法

  闪蒸得到工作介质
  1atm(0.1MPa)100℃热水进入容器(闪蒸罐),该容器已被泵抽空气,降压至0.031MPa,则该热水有10%变成70℃蒸汽(0.031MPa)的水。
  将70℃的0.031MPa的水蒸气引入到汽轮机或者螺杆机。
  如果是地热蒸汽,则可以直接应用。

  汽轮机中的过程
  0.031MPa,70℃的水蒸气,经过喷嘴的变换,压力变小至0.009MPa,同时温度降至45℃,这个过程的结果是水蒸气自己放出热量,以该热量为代价,将水蒸气自己转化成了高速的气流。
  高速气流冲动汽轮机的叶片,带动汽轮机的轴旋转,这种旋转就能够切割磁力线,于是发出电来。
  汽轮机属于速度型向外做功的膨胀机。
  螺杆机膨胀机中的过程
  0.031MPa、70℃的水蒸汽,进入极低压力的螺杆机,逐级膨胀,体积逐级变大→该膨胀可以推动螺旋齿旋转,压力变小直至0.009MPa,同时温度降至45℃→最后以螺杆的旋转输出旋转机械功→此过程以水蒸气自己放出热量为代价而转换成螺杆的旋转。
  轴旋转切割磁力线,于是发出电来。
  螺杆机属于容积型向外做功的膨胀机。
  *涡旋膨胀机原理图
  亦属于体积膨胀型

  *螺杆机膨胀机示意图
  螺旋机

  *内燃机活塞式
  通过曲柄连杆,将活塞的往复直线运动,在外部转换成旋转运动。
  该机械用于内燃机,地热或火力发电等外燃式不用。

  *闪蒸发电系统原理图
  下图为两级闪蒸
  若为地热蒸汽,可省去闪蒸,直接将汽引入汽轮机。
  若为温度较高的热水,采用两级闪蒸。
  若热水温度不高,可采用一级闪蒸。

  用第二工质的发电——双循环发电介绍
  地热水温度低,比如100℃以下,则闪蒸汽压力已经低于常压1atm,这样,膨胀后的体积很大,汽轮机设备就很庞大。
  R134a——四氟乙烷,若1atm,则-26.1℃即沸腾蒸发成气态
  用1atm(0.1MPa),100℃的水去加热-26.1℃液态的R134a,水降温至70℃,R134a升温至60℃,升压至1.68MPa,并变成气态,此时,用R134a蒸汽去推动汽轮机,发电。设备可紧凑些。
  低沸点工质双循环发电原理图
  地热水的循环:生产井→通过蒸发器中管道,放热降温→回灌井
  低沸点有机工质循环:
  工质液体进入蒸发器→吸热,升温升压成气态→引入汽轮机,发电→进入冷凝器,重又被冷却成液体,循环使用。

  冷凝作用
  蒸汽在汽轮机中膨胀做功后,需要重新被冷却成液体,由于气态变成液体,体积大大变小,所以可以维持汽轮机中的低压,使做完功的气体排出,较高压力的新蒸汽不断地进入汽轮机,维持联系做功。
  该冷凝带走的热量远大于有用的能够膨胀做功的热量,但又是不可避免的,否则就成了永动机了。
  热泵与制冷过程简介
  是上述膨胀发电的逆循环,即,用压缩机。
  输入电力,推动压缩机工作,将工质蒸汽(比如0.1MPa,20℃)压缩,经此压缩后,升温升压(比如到0.3MPa,60℃)。
  此60℃的蒸汽就可以向20℃的冷却水放热了。比如通过冷凝器,此60℃的蒸汽重又变成45℃、0.2MPa的液态。而冷却水由20℃变成了40℃,可以供热,此即为热泵的过程。
  此25℃、0.2MPa的液态工质,经过膨胀,降压降温至-10℃、0.05MPa,就可以引入到10℃的库房,工质从库房的空气中吸热,蒸发,同时将库房的温度降到-5℃,此即为制冷空调的过程。
 
  *热泵/制冷原理图
  热泵与制冷实质是同一循环,是膨胀循环的逆循环——压缩循环。
  膨胀是用过程的热通过机械向外做功发电,
  压缩是消耗电将热由一个热库转移到另一个热库,达到制冷或制热的目的

  吸收式热泵
  如果有较高压力的本属于废热的蒸汽可用,则可以不耗电,而用此蒸汽来推动制热或制冷,原理是利用了溶液的分离与重新混合的重复过程,该过程往复的吸热与放热,此即为吸收式热泵。
  地热发电的简单讨论
  当然是热参数越高越好
  考察地热发电效益的是每吨地热水的发电度数
  单位千瓦的装机成本
  度电成本
  投资回收期年限
  规模越大效益越能保证
  需要攻克的难点有:腐蚀、回灌、准确的热储估计等。