張軒

（神木職業(yè)技術(shù)學院，陜西 神木 719399）

低溫熱能是一種可再生能源，可再生及再利用。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，我國每年產(chǎn)生大量的廢熱能源，其中大部分被浪費掉了。低熱能還屬于一種相對比較低的熱能，溫度一般不超過200℃，其中包含太陽能等可再生能源。目前，有機水循環(huán)系統(tǒng)已廣泛應用于我國低溫熱能發(fā)電中，該系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)于19 世紀初，使用了將近200 年。該系統(tǒng)是回收有機物，用復合循環(huán)處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在回收有機物過程中，對溫度范圍具有廣泛的包容性，并且在實際操作中具有方便快捷的性能，因此，多數(shù)企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中使用。

1 低溫熱能發(fā)電概述

低溫熱能是指溫度低于200℃的較低檔次的熱能，包括太陽能、各種產(chǎn)業(yè)廢熱、地熱能、海洋溫差及其他可再生能源等多種能源，以產(chǎn)業(yè)廢熱為例，總量龐大。據(jù)統(tǒng)計，人類使用的熱量的50%是通過低級廢熱的形式直接排出的。這部分能源都屬于可再生能源，可以在一定程度上解決世界能源短缺的問題，同時在生產(chǎn)過程中還不會對環(huán)境產(chǎn)生問題。

國內(nèi)外對低溫熱能利用的研究主要始于20 世紀70 年代石油波動時期。其中有機朗肯循環(huán)的研究和應用最廣泛。1924 年年初，有人開始研究用二苯乙醚作為工作的有機物的冷卻循環(huán)。目前，全世界有2000 多臺ORC 在運行，生產(chǎn)了單一單元容量為14000kW 的ORC 發(fā)電機套裝。對低溫發(fā)電系統(tǒng)的研究，主要著眼于以下方面，主要包括工質(zhì)熱力學特性和環(huán)境保護性能、適用混合作業(yè)媒體、熱循環(huán)優(yōu)化等。本文將介紹低溫發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀及開發(fā)動向。

2 低溫熱能發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 太陽能發(fā)電

除了生活中常用的太陽能電池外，太陽能熱點技術(shù)也是太陽能發(fā)電的一種。因為，太陽能具有密度低的特點是一種非常典型的低溫熱能，也是被開發(fā)時使用次數(shù)最多的能源。太陽能不僅包括直接太陽能，還包括風能、波浪能等。太陽能熱能系統(tǒng)利用太陽能收集器收集光和熱，并利用光和熱將水燒開，產(chǎn)生水蒸氣，把陽光的輻射能轉(zhuǎn)換成熱動能，驅(qū)動渦輪發(fā)電。

2.2 產(chǎn)業(yè)廢熱發(fā)電

產(chǎn)業(yè)廢熱也是一種低溫熱能，有利于廢熱利用和環(huán)境保護。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，工廠生產(chǎn)過程中有一大部分的熱能都被直接排放出去了，并沒有對廢氣中的熱能進開發(fā)和利用。因此，工程需要對這些廢氣進行二次利用。目前，很多電廠都是使用排污熱回收器對鍋爐污水中的余熱進行回收和存放，以此提高能源的使用效率。因此，無論是從經(jīng)濟效益方面還是從社會效益方面，產(chǎn)業(yè)廢熱的廣泛利用對發(fā)電具有較大的可能性。

2.3 地熱能源發(fā)電

工業(yè)發(fā)展用的地熱能源主要是低溫、低熱，主要用途是蒸汽熱和溫水熱能。地熱發(fā)電方式大致分為容量擴張方式和多層方式兩種。容量擴張的方法主要用于處理蒸汽地熱，發(fā)電系統(tǒng)通過蒸汽以增加系統(tǒng)容量，減小壓力后，向汽輪機散發(fā)熱能，推動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。多層能處理蒸氣地熱和溫水地熱，發(fā)電系統(tǒng)將地熱能作為有機物，利用冷冰周期原理處理，添加冷處理和加工后，利用由此產(chǎn)生的熱源發(fā)電。

2.4 生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)能適用于小型發(fā)電系統(tǒng)，具有低投入和高產(chǎn)出成本的性能優(yōu)勢?？梢詮募揖?、木材和其他工業(yè)過剩材料中提取生物質(zhì)能源原料，成本低。而且，生物質(zhì)燃燒很容易控制，因此屬于環(huán)保能源。規(guī)劃生物智能質(zhì)量能源電站，要保證其分布形態(tài)的科學性和系統(tǒng)性。與分散型小規(guī)模發(fā)電站結(jié)構(gòu)相比，中央集中型小規(guī)模發(fā)電站集團的經(jīng)濟利益更高，對系統(tǒng)運營和最佳管理更有幫助。

2.5 海洋溫差能發(fā)電

海洋熱點發(fā)電并不適合所有的城市，一般是在沿海城市中使用。這樣的發(fā)電方式成本比較低。發(fā)電原理就是利用海洋和水溫差產(chǎn)生的能量來發(fā)電。這種發(fā)電系統(tǒng)把海水或低沸點啟動流體用于循環(huán)，該發(fā)電系統(tǒng)幾乎不排放溫室氣體，而且還可以將海水轉(zhuǎn)換為淡水，因此，可以同時緩解困擾全世界的兩個主要環(huán)境問題，即地球溫暖化和淡水不足問題。海洋熱電發(fā)電站分為陸上發(fā)電站和海上水上發(fā)電站兩種。

3 低溫熱能發(fā)展的趨勢

作為可再生能源的重要一環(huán)，隨著中國《可再生能源法》的公布，低溫熱能(太陽能、地熱、工業(yè)廢熱等)也將得到很大發(fā)展。根據(jù)2010 年國家計劃，小型水電、風電、生物質(zhì)能發(fā)電、地熱發(fā)電、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量為6000萬千瓦，其中相當一部分是利用了低溫熱能發(fā)電技術(shù)。因此，有必要加強對低溫熱能發(fā)電技術(shù)的研究，低溫熱能發(fā)電技術(shù)的開發(fā)動向是使得能源系統(tǒng)有效運行。

3.1 生態(tài)與環(huán)保

環(huán)保制冷劑是加熱運行的第一種選擇，這種天然制冷劑在加工過程中更安全、更健康，更符合節(jié)約能源和減少排放的環(huán)保生產(chǎn)標準。但是，環(huán)境保護工質(zhì)的熱性能比一般媒體工質(zhì)要差，需要優(yōu)化系統(tǒng)的構(gòu)成，以保證生產(chǎn)的高效率。合成制冷劑具有相對的安全性、環(huán)保和較高的熱水性優(yōu)點，更適合低溫熱能運行。

3.2 高效循環(huán)系統(tǒng)

能源的多用和再利用是目前行業(yè)非常受歡迎的運營方式，是節(jié)約能源和熱能最大化使用的有效方法。低溫熱能等低能的情況下，循環(huán)系統(tǒng)尤其適合能源的生產(chǎn)。在促進復合運行技術(shù)的同時，為提供能源的使用，將進一步提高低溫熱能利用效率。

3.3 優(yōu)化循環(huán)流程

近年來，企業(yè)對電力質(zhì)量的要求越來越高，循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化成為很多社會發(fā)展高度發(fā)展的主要問題。未來，能源行業(yè)將進一步促進技術(shù)發(fā)展的優(yōu)化，以在降低成本的同時提高能源質(zhì)量。優(yōu)化主要從兩個方面進行：（1）提高系統(tǒng)設(shè)備性能；從機械靜態(tài)性能改善系統(tǒng)裝置的性能是提高有機制冷劑處理效率的保證。減少不必要的生產(chǎn)過程，科學地整合所有生產(chǎn)單元，并朝著最有效地控制熱能的方向發(fā)展。（2）優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)時間；在發(fā)電的時候，還需要根據(jù)環(huán)境和溫度的變化去調(diào)整。因為溫度和環(huán)境的變化會對發(fā)電的工作環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，也會對太陽能設(shè)備產(chǎn)生影響。因此，企業(yè)應根據(jù)熱力學原理和生產(chǎn)環(huán)境的變化，優(yōu)化電廠的工休時間，調(diào)整系統(tǒng)的工休時間，對發(fā)電系統(tǒng)進行最佳控制。

3.4 利用低溫熱能的實驗研究

隨著低溫熱能應用的擴大，將會有越來越多的技術(shù)知識，將科學研究作為系統(tǒng)性知識是不可避免的。高校與一些技術(shù)性企業(yè)可以建立合作小組，共同研發(fā)新技術(shù)，這種合作方式也成為一種新趨勢。通過科學實驗，我們可以根據(jù)功率和溫度進一步了解有機制冷劑的熱性能，為系統(tǒng)平臺的運行提供準確的指導數(shù)據(jù)，并促進低溫熱能的開發(fā)和應用。目前，低溫熱能的主要研究方向是低溫熱能回收、混合流體、熱力學特性、低溫熱源系統(tǒng)、復合循環(huán)系統(tǒng)、太陽能集熱發(fā)電等。廢氣、高溫蒸汽、尾氣和其他能源的再利用可緩解能源短缺狀況，幾乎不污染環(huán)境。然而，目前我國在這方面的研究還不夠充分，缺乏對低溫熱能回收設(shè)備的獨立研究和開發(fā)，商用應用設(shè)備大都依賴進口，需要更多地注意。

4 結(jié)語

目前，我國低溫火力發(fā)電的研究和應用尚處于起步階段，與發(fā)達國家相比相對落后，但發(fā)展速度非?？欤l(fā)展空間廣闊。近年來，低溫熱能的研究一直集中在復合循環(huán)系統(tǒng)領(lǐng)域，并且對發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)控制和其容量的最大擴展投入了很多關(guān)注。高效、環(huán)保成為我國發(fā)電的主要指標，也成為電力行業(yè)發(fā)展的主要方向。根據(jù)熱力學原理，熱源的溫度在一定范圍內(nèi)與熱效率成正比。因此，電力企業(yè)需要創(chuàng)新技術(shù)提高熱源溫度。改善熱源溫度主要有兩種方案。一種就是優(yōu)化熱源收集技術(shù)，另一種是減少熱能消耗。從環(huán)境保護的角度來看，發(fā)電系統(tǒng)的主要目的是使用天然制冷劑、合成制冷劑和其他原材料，對環(huán)境的破壞較小。除此之外，合理運用熱能與動力工程可以有效減少能源消耗，提高電廠的工作效率。目前，我國很多發(fā)電廠的能源消耗都存在很多的問題，這些問題都或多或少制約了我國社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，在今后的生產(chǎn)中，技術(shù)人員要把節(jié)能、降耗、環(huán)保等環(huán)保理念作為首要生產(chǎn)條件。