能源與環(huán)境概論 教學課件 ppt 作者 李潤東 可欣 主編第四章 可再生能源與環(huán)境保護3

1、1,第四章 可再生能源與環(huán)境保護,2,主要內容：,4.5 水能4.6 地熱能4.7 海洋能,3,本次課主要內容,4.5 水能水能的特點。水力發(fā)電的基本原理是什么？4.6 海洋能什么是海洋能？海洋能的利用方式有哪些？海洋能發(fā)電的基本原理是什么？4.7 地熱能地熱能的形式有哪幾類？地熱能的利用形式有哪些？地熱發(fā)電的基本原理是什么？,4,4.5 水能,水能是自然界廣泛存在的一次能源。它可以通過水力發(fā)電站方便地轉換為優(yōu)質的

2、二次能源——電能。所以通常所說的“水電”既是被廣泛利用的常規(guī)能源，又是可再生能源。而且水力發(fā)電對環(huán)境無污染，因此水能是世界上眾多能源中永不枯竭的優(yōu)質能源。,5,1 水能的特點：,1）水能是循環(huán)不息的可再生能源。地球表面的海洋、河、湖等水能不斷再生。在諸多可再生能源中，水能資源利用歷史最久，技術最成熟，應用最經(jīng)濟也最廣泛。2）利用水能資源發(fā)電，可節(jié)省火電所需煤炭、石油、天然氣和核電所需鈾等寶貴的不可再生能源。每千克時的水電可代替0.3－

3、0.4千克標準煤的火電燃料，折合0.5千克原煤。3）水能資源是清潔能源、水力發(fā)電不排放有害氣體、煙塵、熱水和灰渣等污染物，沒有核輻射危險。但水電站對生態(tài)環(huán)境也有利有弊，因此，建設水電站時，可選擇弊少利多的工程。,6,4）水電用的是不花錢的燃料，發(fā)電成本低，積累多，投資回收快，大中型水電站一般3－5年就可收回全部投資。5）水電站一般都有防洪啟溉、航運、養(yǎng)殖，美化環(huán)境，旅游等綜合經(jīng)濟效益。6）水電投資跟火電投資差不多，施工工期也并不長

4、，屬于短期近利工程。7）操作、管理人員少，一般不到火電的三分之一人員就足夠了。,7,水能資源,8,2 水力發(fā)電基礎知識,基本原理：利用水位落差,配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力,也就是利用水的位能轉為水輪的機械能, 再以機械能推動發(fā)電機發(fā)電，這時機械能又轉換為電能。強而青公司查丁壬 手繪,9,水電站內部結構示意圖,10,系統(tǒng)圖,11,水輪機的分類,水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。 沖擊式水輪機的轉輪受到水

5、流的沖擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換； 反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。,,沖擊式示意圖,反擊式示意圖,12,水輪機,13,反擊式水輪機工作過程 在反擊式水輪機中，水流充滿整個轉輪流道，全部葉片同時受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉輪直徑小于沖擊式水輪機。它們的最高效率也高于沖擊式水輪機，但當負荷變化時，水輪機的

6、效率受到不同程度的影響。 　 　反擊式水輪機都設有尾水管，其作用是：回收轉輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉輪的安裝位置高于下游水位時，將此位能轉化為壓力能予以回收。對于低水頭大流量的水輪機，轉輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有顯著影響,導水機構,過程示意圖,14,水輪發(fā)電機時指以水輪機為原動機將水能轉化為電能的發(fā)電機。水流經(jīng)過水輪機時，將水能轉換成機械能，水輪機的轉軸又帶動發(fā)電機的轉子，將機械能轉換

7、成電能而輸出。是水電站生產(chǎn)電能的主要動力設備。,水輪發(fā)電機由水輪機驅動。它的轉子短粗，機組的起動、并網(wǎng)所需時間較短，運行調度靈活,發(fā)電機,,發(fā)電機工作原理,15,發(fā)電機組,16,發(fā)電機的結構（構成）,17,發(fā)電機的結構,水輪發(fā)電機由轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等主要部件組成。定子主要由機座、鐵芯和繞組等部件組成。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運輸條件可做成整體和分瓣結構。,水輪發(fā)電機冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣

8、冷卻。特大容量機組傾向于以水作為冷卻介質，直接冷卻定子。如同時冷卻定子和轉子則為雙水內冷水輪發(fā)電機組。,定子部分,轉子部分,18,三峽工程,19,20,小水電,小水電是指容量為12～0.5 MW的小水電站，容量小于0.5 MW的水電站又稱農(nóng)村小水電。,21,小水電的特點,運行壽命長，堅固耐用，價格穩(wěn)定，并且水資源是可再生的。對于用電規(guī)模較小的邊遠地區(qū)來說，所有這些優(yōu)點使 水力電站成為最具有吸引力的選擇對象。 擁有連接電廠和用電中心的輸

9、電網(wǎng)的地區(qū)并不多。許多地區(qū)，特別是在發(fā)展中國家，還必須依賴就地的小型電廠供電。 幾乎處處都有可以用來發(fā)電的小河流。,22,小型水電站造成的環(huán)境影響較小。 當把河水用于其他目的時，如灌溉和供水等，如能同時加上小水電發(fā)電系統(tǒng)，往往會更有吸引力。 在工業(yè)化國家，常常把小型水電站作為局部地區(qū)工業(yè)的能源。但在適宜的條件下，小型電站也可并入公用供電系統(tǒng)供電。對已有的大壩和設施上的舊的小型電站進行改建，發(fā)電的成本較低，在經(jīng)濟上比較合算。,23

10、,中國小水電站概況,中國有豐富的水力資源，可開發(fā)量達3.78億kW，其中小水電開發(fā)量0.75 kW。小水電資源分布也很廣泛，在全國2 166個縣（市）中有1 573個縣有可開發(fā)小水電資源，其中可開發(fā)量在10~30 MW的縣有470個，30~100 MW的縣有500個，超過100 MW的縣有134個。,24,1.地熱能的基本概念 地熱能是指蘊藏在地球內部的巨大天然熱量。 地熱顯示：能夠直接觀察到的地球內部熱能在地表的自然顯

11、現(xiàn)。分為強顯示（150-200℃以上）和弱顯示。,4.6 地熱能,25,地熱從何而來?,（一）　外部熱源： 1. 太陽輻射熱 2. 潮汐摩擦熱 3. 其他：宇宙射線， 隕石墜落（二）　內部熱源： 1. 放射性衰變熱：　　2. 重力分異熱：　　3. 其他：　　　地球轉動熱，外成生物作用熱，地球殘余熱目前普遍認為，地球物質中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地熱的主要來源。,26,

12、2.地熱能資源定義及分類地熱資源是指在當今的技術經(jīng)濟和地質環(huán)境條件下，地殼內能夠科學、合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量和熱流體中的熱能量及其有用的伴生成分。地熱資源分五類： 蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型、巖漿型 目前能為人類開發(fā)利用的．主要是地熱蒸汽和地熱水兩大類資源。,27,(1)蒸汽型資源蒸汽型資源是指地下熱儲中以蒸汽為主的對流水熱系統(tǒng)，它以產(chǎn)生溫度較高的過熱蒸汽為主，摻雜有少量其他氣體，所含水分很少或沒有

13、。這種干蒸汽可以直接進入汽輪機，對汽輪機腐蝕較輕，能取得滿意的工作效果。但這類構造需要獨特的地質條件，因而資源少、地區(qū)局限性大。,(2)熱水型資源熱水型資源是指地下熱儲中以水為主的對流水熱系統(tǒng)，它包括噴出地面時呈現(xiàn)的熱水以及水汽混合的濕蒸汽。這類資源分布廣、儲量豐富，根據(jù)其溫度可分為高溫(>150℃)、中溫(90—150℃)和低溫(90 ℃以下)。,28,3.地熱發(fā)電原理和技術,原理:地熱發(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的

14、一種新型發(fā)電技術，它涉及地質學、地球物理、地球化學、鉆探技術、材料科學和發(fā)電工程等多種現(xiàn)代科學技術。,分類:按照載熱體類型、溫度、壓力和其他特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為地熱蒸汽發(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類.,29,1、地熱蒸汽發(fā)電,1．地熱蒸汽發(fā)電(1)背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。最簡單的地熱干蒸汽發(fā)電，是采用背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質，然后就可把蒸汽

15、通入汽輪機做功，驅動發(fā)電機發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過程。應用：這種系統(tǒng)大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的場合.,30,背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng),31,(2)凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)為提高地熱電站的機組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由于蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器

16、，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結成水，然后排走。在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態(tài)，設有兩臺帶有冷卻器的射汽抽氣器來抽氣，把由地熱蒸汽帶來的各種不凝結氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走。,32,凝氣式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng),33,2．地下熱水發(fā)電,兩種方式：閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)；雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)：直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機工作。也叫做減壓擴容法地熱發(fā)電系統(tǒng)。類型：可以分為：

17、1）單級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)； 3）全流法地熱發(fā)電系統(tǒng)；,34,汽水分離器閃蒸器降壓擴容器,閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng),35,（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)：利用地下熱水來加熱某種低沸點工質，使其產(chǎn)生蒸汽進入汽輪機工作。 雙循環(huán)地熱發(fā)電也叫做低沸點工質地熱發(fā)電或中間介質法地熱發(fā)電，又叫做熱交換法地熱發(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點介質常采用兩種流體；一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低

18、沸點工質流體作為一種工作介質來完成將地下熱水的熱能轉變?yōu)闄C械能。所謂雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)即是由此而得名。常用的低沸點工質有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。,36,單級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng),37,38,39,40,冰島地熱,西藏羊八井地熱電站，是我國最大的地熱電站,41,地熱溫泉,42,溫泉特種水產(chǎn)養(yǎng)殖中心,溫泉垂釣中心,43,溫泉種植采摘基地,44,4.6 海洋能,海洋能(ocean energy)是海水運動過程中

19、產(chǎn)生的可再生能源。主要包括：溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、鹽差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太陽和其他星球引力，其他海洋能均源自太陽輻射。,45,46,一、類型潮汐能（位能）；波浪能、海流能、潮流能（動能）；溫差能（熱能）；鹽差能（化學能）二、利用形式發(fā)電,47,蘊含著巨大能量的潮汐,48,潮汐能潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運動以及它們之

20、間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。,49,潮汐是一種很規(guī)律的海面升降變化，海水位漲到最高時，稱為高潮或滿潮；海水位退到最低時，則稱為低潮或淺潮。造成潮汐的主要因素，是由月球和太陽對地球在不同位置所造成的影響，每個月的滿月或是新月時候，太陽、月球與地球成一直線，強大的引力形成大潮。而在上弦月或下弦月時，因太陽與月球對地球的引力方向不同，海水漲退高度差距較小，因而出現(xiàn)小潮。,50,51,潮汐的

21、形成,52,53,54,潮汐發(fā)電：潮汐發(fā)電與水力發(fā)電原理相似，利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，即把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C械能，再把機械能轉變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。因月球引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量成為潮汐能。,55,56,潮汐發(fā)電,57,單庫單向型潮汐發(fā)電站,這種形式的電站，只需要建造一道堤壩，且水輪發(fā)電機組只要滿足單方向通水發(fā)電的要求。這是一種最古老、最基本的

22、發(fā)電形式。其建筑物和發(fā)電設備簡單，投資也少，而且效率不高。因只能在漲潮（或落潮）時發(fā)電，故發(fā)電量和發(fā)電時間均較少，使潮汐能源未能得到充分利用。,58,59,這種電站只需要一道堤壩。但在水輪發(fā)電機組的結構上或廠房建筑上需滿足漲、落潮兩個方面均能通水發(fā)電的要求。故結構比前一種復雜些。這種方法比前一種發(fā)電量和發(fā)電時間都多，提高了效率，能較充分地利用潮汐能源，缺點是平潮時仍不能發(fā)電。法國的朗斯潮汐電站就屬于這種類型。,單庫雙向型潮汐發(fā)電站,60

23、,這種電站需建兩座毗鄰的水庫，一個水庫僅在漲潮時進水，另一個僅在落潮時放水。這樣前一水庫的水位便始終比后一個高。故前一個叫上水庫，后一個叫下水庫。水輪發(fā)電機組便建在兩水庫之間的隔壩內，兩水庫始終保持著水位差，故水輪發(fā)電機便可全日發(fā)電。這種電站建筑投資比前兩種均大，其優(yōu)點是全日不間斷發(fā)電，能更好地滿足用戶要求。,雙庫單向型潮汐電站,61,62,63,64,浙江溫嶺江廈潮汐發(fā)電站，是世界第三大潮汐發(fā)電站。,65,愛爾蘭-潮汐能電站,66,6

24、7,68,69,后彎管波浪發(fā)電裝置,固定式波能裝置,70,岸式波能裝置,71,波浪能電廠,72,航標燈用波浪發(fā)電裝置,73,波浪發(fā)電：一種浮標裝置，波浪來臨，把它推起時就能發(fā)電。,74,75,76,海流發(fā)電。海流發(fā)電則是依靠海流的沖擊力使水輪機的螺旋槳旋轉，然后再帶動發(fā)電機發(fā)出電來。,77,海流發(fā)電,它由一串螺旋槳組成，兩端固定在浮筒上，浮筒里裝有發(fā)電機。整個電站迎著海流的方向漂浮在海面上。它的發(fā)電能力較小，一般只能為燈塔或燈船

25、提供電力。,78,海流發(fā)電,它是將許多個降落傘串在一根長繩子上，用來聚集海流能量；海流就像大風那樣把傘吹脹撐開，順著海流方向運動；降落傘到達終點后自動收攏被換回；環(huán)索在降落傘帶動下運動而使絞盤旋轉，絞盤與發(fā)電機相連，利用這個裝置發(fā)電。,79,海流發(fā)電,駁船式海流發(fā)電站船舷兩側裝著巨大的水輪，在海流推動下不斷地轉動，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。,80,81,82,83,潮流發(fā)電,84,發(fā)電裝置上面裝有兩個渦輪機，可為當?shù)丶彝ヌ峁?.2兆瓦

26、電量。,85,86,87,溫差發(fā)電利用塞貝克效應（見溫差電現(xiàn)象）把熱能（即內能）轉化為電能。當一對溫差電偶的兩個接頭處于不同溫度時，電偶兩端就有一定電動勢。要得到較大的功率輸出，實用上通常把若干對溫差電偶串(或并)聯(lián)成為溫差電池。,88,89,閉路循環(huán)海洋溫差發(fā)電,閉路循環(huán)以氟里昂這種低沸點物質為工作介質。液態(tài)工質在蒸發(fā)器內吸收溫海水的能量，沸騰汽化為幾個大氣壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，然后被抽上來的深層冷海水重新冷凝成液體，再

27、泵回蒸發(fā)器循環(huán)使用。這種方式代表海洋溫差發(fā)電的發(fā)展方向。世界上第一座海洋溫差試驗電站在夏威夷建成，發(fā)電功率為50kW。,90,91,鹽差發(fā)電,一種用鹽差能發(fā)電的方案。 該系統(tǒng)主要工作原理是這樣的：向水壓塔內充海水，由于滲透壓的作用，淡水從半透膜向水壓塔內滲透，使水壓塔內的水位上升。當塔內水位上升到一定高度后，便從水槽溢流出來，沖擊水輪機旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電。這種利用滲透壓原理設計而成的發(fā)電裝置稱為滲透壓式鹽差能發(fā)電系統(tǒng)。,9

28、2,,另一種鹽差能轉換裝置——蒸汽壓式鹽差能發(fā)電系統(tǒng)。在同樣溫度下，淡水比海水蒸發(fā)得快。因此，海水一邊的蒸汽壓力要比淡水一邊低得多。于是在空室內，水蒸氣會很快從淡水上方流向海水上方。只要裝上渦輪，鹽差能也就唾手可得了。,93,鹽差能電站,94,小結,4.5 水能水力發(fā)電的基本原理是什么？ 利用水的位能轉為水輪的機械能, 再以機械能推動發(fā)電機發(fā)電，這時機械能又轉換為電能。地熱能的利用形式有哪些？地熱發(fā)電、地熱供暖、地熱務

29、農(nóng)地熱行醫(yī)地熱發(fā)電的基本原理是什么？地熱提供發(fā)電用蒸汽，使用蒸汽輪機發(fā)電。,95,4.6 地熱能地熱能的形式有哪幾類？蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型、巖漿型地熱能的利用形式有哪些？地熱發(fā)電、地熱供暖、地熱務農(nóng)地熱行醫(yī)地熱發(fā)電的基本原理是什么？地熱提供發(fā)電用蒸汽，使用蒸汽輪機發(fā)電。,,96,4.7 海洋能什么是海洋能？海洋能是海水運動過程中產(chǎn)生的可再生能。海洋能的利用方式有哪些？溫差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海

30、流能、鹽差能。海洋能發(fā)電的基本原理是什么？潮汐發(fā)電、溫差發(fā)電、鹽差發(fā)電。,97,復習題：什么是氫能？氫能的利用途徑有哪些？氫能特點。燃料電池的基本原理是什么？什么是海洋能？海洋能的利用方式有哪些？海洋能發(fā)電的基本原理是什么？地熱能的形式有哪幾類？地熱能的利用形式有哪些？地熱發(fā)電的基本原理是什么？什么是生物質能？生物質能的利用方式有哪些？生物質發(fā)電的基本原理是什么？什么是風？全球風能資源狀況如何？風力發(fā)電的原理是