溫差能發電的兩種係統
溫差發電的基本原理就是借助一種工作介質,使表層海水中的熱能向深層冷水中轉移,從而做功發電。海洋溫差能發電主要采用開式和閉式兩種循環係統。
(1)開式循環發電係統
開式循環係統主要包括真空泵、溫水泵、冷水泵、閃蒸器、冷凝器、透平發電機等組成部分。真空泵先將係統內抽到一定程度的真空,接著啟動溫水泵把表層的溫水抽入閃蒸器,由於係統內已保持有一定的真空度,所以溫海水就在閃蒸器內沸騰蒸發,變為蒸汽。蒸汽經管道由噴嘴噴出推動透平運轉,帶動發電機發電。從透平排除的低壓蒸汽進入冷凝器,被由冷水泵從深層海水中抽上來的冷海水所冷卻,重新凝結為水,並排入海中。在此係統中,作為工作介質的海水由泵吸入閃蒸器蒸發,推動透平做功,然後經冷凝器冷凝後直接排入海中,故稱此工作方式的係統為開式循環係統。
(2)閉式循環發電係統
來自表層的溫海水先在熱交換器內將熱量傳遞給低沸點工作質——丙烷、氨等,使之蒸發,產生的蒸汽再推動汽輪機做功。深層冷海水仍作為冷凝器的冷卻介質。這種係統因不需要真空泵是目前海水溫差發電中常采用的循環。
溫差能發電的來曆
首次提出利用海水溫差發電設想的是法國物理學家阿鬆瓦爾。1926年,阿鬆瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年,克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站,獲得了10千瓦的功率。1979年,美國在夏威夷的一艘海軍駁船上安裝了一座海水溫差發電試驗台,發電功率53.6千瓦。1981年,日本在南太平洋的瑙魯島建成了一座100千瓦的海水溫差發電裝置,1990年又在鹿兒島建起了一座兆瓦級的同類電站。
溫差能利用的最大困難是溫差太小,能量密度低,其效率僅有3%左右,而且換熱麵積大,建設費用高,目前各國仍在積極探索中。由於海洋熱能資源豐富的海區都很遙遠,而且根據熱動力學定律,海洋熱能提取技術的效率很低,因此可資利用的能源量是非常小的。但是即使這樣,海洋熱能的潛力仍相當可觀。在自然界中的溫差變化是一種豐富的綠色能源,隨著現代科學技術的發展,這種新型能源正在被人們認識和利用。
人類對自然溫差能源的探索曆程是長期而不斷努力的過程。1933年,在法國的一個實驗室裏,科學家在室溫下利用30℃溫差推動小型發動機發電,點亮了幾個小燈泡,首次證實了自然溫差作為能源的可能性。20世紀60年代,美國阿拉斯加輸油管路利用寒冷的氣候條件加強散熱,防止基土融化下沉,從而保證了管路係統的安全運行。受此啟發,研究人員開始對自然溫差能源進行實用化研究。l986年,經過約l0年的試驗研究,日本建成了世界上第一座以自然冷能製冷的冷藏庫。
溫差能發電的實際應用
在實際應用中,高效、廉價地蓄能是利用自然溫差能源的關鍵。目前,人類已經發現了多種多樣的有效蓄能體。其主要可分為兩大類:一類是丙酸醇等有機材料;另一類是無機材料,如複合鹽水、硫酸鈣等物質。這些物質可以把吸收來的自然溫差能儲存起來,在需要的時候釋放。美國和德國利用這些蓄能材料已經建成了節能型建築並投入使用。
六、抽水儲能電站
高山上的“花環”
抽水蓄能電站是利用晚上電力負荷低穀時的電能,抽水至山頂上的上水庫,在白天電力負荷高峰時,再放水至下水庫發電的水電站。它又稱蓄能式水電站。蓄能式水電站可以將電網負荷低時的多餘電能轉變為電網高負荷時的高價值電能,還適於調頻、調相,穩定電力係統的周波和電壓。