低溫熱能發電機組選型及發展趨勢分析與討論

張向陽

摘要：本文結合作者多年來的工作經驗主要闡述了低溫熱能發電的機組選型以及發展趨勢，僅供參考。

關鍵詞：低溫熱能發電；機組選型；發展趨勢

前言：

現階段隨著科學技術的發展，發電的手段也多種多樣。回收工業的余熱來進行發電不但能夠有效的減少工業制造排放出的有害氣體，還能利用工業余熱來大量發電。根據調查結果顯示，工業散發出的余熱總量非常巨大，而我國能源消耗比世界上能源消耗的平均水平還要高出2.4倍，而能源的開發效率也遠遠比國際水平更低，因此，利用工業余熱發電能夠有效的創造出巨大的經濟價值，并且有益于周邊生態環境的建設。但現階段世界上各個國家所使用的工業余熱發電工程更多采用CFC類工質，這種物質雖然能夠有效的利用工業余熱完成發電作業，但也會對臭氧層造成巨大的破壞，因此，現在要對工業余熱發電工程技術進行改革，采用對臭氧層沒有損害的HFC類工質，發展ORC循環發電系統。

1、低溫熱能發電機組選型分析

所謂低溫熱能，實際上指的是品位較低的熱能，通常情況下溫度在200℃以下，因其種類繁多，諸如：地熱、太陽能、海洋溫差與工業廢熱等。需注意的是低溫熱能本身有著技術利用難度大且發電效率低等特性，因而在具體應用環節會直接被排放到環境中，進而便增大了環境污染率。而在現代技術利用下，回收與再利用這部分能源，除了能有效解決能源短缺問題外，還能科學減少環境污染（如：圖一）。

其中低溫熱能發電機組主要是在朗肯循環熱力發電系統的利用下，研發而成，諸如：Kalina循環、有機物朗肯循環、氨吸收式動力制冷復合循環和水蒸氣擴容循環等。針對不同混合物或工質情況，采用的機組型號不同，如：地熱發電應用最多的是水蒸氣擴容循環，此外氨吸收式動力制冷復合循環是現階段新的一種復合循環方式。

2、低溫熱能發電利用情況淺析

低溫熱能主要代指的是品味較低的熱能，從廣義上來說，溫度低于200e的能源都可以稱之為低溫熱能。現階段隨著科學技術的發展，低溫熱能的總量也越來越多，工業余熱、地熱、太陽能、海洋溫差等都屬于可再生的低溫熱能，不但產量巨大，而且屬于可循環利用的資源。目前人類利用資源創造出的工業熱能最終有50%的能量被當做廢熱的形式直接排放到工廠之外，如果能夠對這部分能源進行回收利用，那么就能夠解決我國能源匱乏的問題，并且減少工業生產過程中出現的對周邊環境的污染。

3、低溫熱能發電的相關問題解讀

目前低溫熱能發電存在的主要問題在工質的選擇和熱交換器的優化當中。要想發展效率更高且環保綠色的低溫熱能發電工程，需要研究和創造全新的工質，現階段使用的工質不但要求價格低廉，而且要符合綠色環保的需求。需要注意的是，在低溫熱能發電的過程中，由于工質一直處在循環工作當中，自身必須具備一定的抗壓性能，在發電的過程中中受到的壓力不能過高也不能過低，必須嚴格按照低溫熱能的發電要求控制在發電裝置抗壓性和密封性允許的范圍之內。此外，工質的選擇盡量向干性考慮，這樣才能保證在發電過程中，透平工作的安全性。

熱交換器的優化也會直接影響到低溫熱能的發電效率，選擇適當的熱交換器能夠有效的提升低溫熱能發電的效率。在實際發電的過程中，為了提高熱交換器的工作效率，可以適當的正價熱交換器的換熱面積，重新設計熱交換器的結構采用換熱效率更高的新型材料和有機物工質，減少在換熱過程中造成的熱量損耗，進而獲得更加高效的發電效率，提高對低溫余熱的利用率。

4、低溫熱能發電性能的提升方式研究

低溫熱能發電最佳的循環方式是洛侖茲循環，也就是工質在熱能交換的過程中和熱源溫度緊密結合并且隨之變化的循環，而在實際發電的過程中，勢必會出現循環上的錯漏，導致工質在吸收熱能的過程中和熱源溫度的不匹配，使得換熱過程中損失的熱量增加（如：圖二）。

針對這種情況，低溫熱能發電工程要采用全新的工質循環模式，諸如混合工質循環、Kal-ina循環模式等。全新的工質循環模式可以幫助低溫熱能發電工程更好的實現在發電過程中的吸熱工作；而回熱循環系統主要適用于熱源溫度較高的低溫發電工程當中，利用回熱循環系統，可以將回熱效率提高60%以上，獲得更好的發電效率，節省了更多的低溫熱能。我國科學院工程熱物理研究所和北京化工大學對復合回熱循環系統進行了研究，完善了其性能。

5、結束語

現階段低溫熱能發電技術的重點就是要提高低溫余熱的利用效率和整體的發電效率，并且在發電過程中保持綠色環保。從技術手段來看，提高對熱能的利用效率可以利用提高熱源的溫度達成，也就是說，如果能夠將太陽能集熱技術運用到其中就能極大的提升低溫熱能的發電效率；其次就是采用效率更高的熱交換器，減少在換熱過程中出現的熱能損耗，使用更加高效的工質，提高熱能的轉換效率。

參考文獻：

[1]凌靜. 低溫環境風力發電機組的選型分析[J]. 貴州大學學報（自然科學版）. 2011（04）

[2]潘慧慧.風電場風力發電機組選型的研究[D].上海電力學院 2013

[3]楊星光.基于容量系數的風力發電機組選型研究[D]. 湖南大學 2012

[4]劉瑞軒.風力發電機組綜合優化選型方法研究[D]. 華北電力大學（北京） 2011