分布式能源

概述科學用能及能的梯級利用分布式能源系統冷熱電聯產系統&

科學用能及能的梯級利用發展趨勢能源是什么？能能源：就是向自然界提供能量轉化的物質（礦物質能源，核物理能源，大氣環流能源，地理性能源）。人類的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。用能高新技術快速沖擊發展趨勢人類需求不斷上升環保要求日趨增強節能節約和科學用能。提高能源的綜合利用效率；——梯級利用在利用能源同時，分離、回收污染物；——降低耗能實現能源再循環利用，減少廢能。——優化模式能的梯級利用能的形式多樣，但可劃分為兩大類：熱和功知識點回顧：同學們記得熱力學第一定律和第二定律說的是什么嗎？TheFirstLaw:能量守恒。TheSecondLaw:能量轉換方向——品位。能的梯級利用物理能的梯級利用吳仲華表述為“溫度對口、梯級利用”。熱力循環的發展有兩個階段：第一階段：提高蒸汽初溫來提高效率，但上升空間隨溫度上升愈加不明顯，難以突破50%。第二階段：聯合循環（燃氣輪機和蒸汽輪機聯合，達到梯級利用，整個實際效率可超過60%）。能的梯級利用化學能與物理能的綜合梯級利用分析發現，燃燒釋放熱量這一初始環節，往往更容易造成能的品位損失。縱觀工程熱力學，很少涉及化學能轉換。舉例：我們把某一燃料先吸收低品位的熱量，讓其轉變為合成燃料，然后再燃燒釋放出更高品位的熱能，即提高了反應熱的品位，又減少了熱損失。我們把化學能與物理能綜合梯級利用，會更好的提高利用效率。&分布式能源系統問題1：什么是分布式能源系統？究竟如何定義？問題2：為什么我們要采用分布式能源系統？問題1：什么是分布式能源系統？世界分布式能源聯盟WADE：指安裝在用戶端的高效冷熱電聯供系統。產品和技術包括：1、高效的熱電聯產系統：功率在3KW-400MW，如燃氣輪機、內燃機、蒸汽輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。2、分布式可再生能源技術，其中包括光伏發電、小水電、現場生物能發電、微風風力發電。知識點回顧：可再生能源有哪些？太陽能、風能、水能（潮汐能）、海洋能、地熱能、生物質能、氫能；其中大中型的水電和傳統的生物質能為舊的可再生能源，其余的稱為可再生新能源。問題1：什么是分布式能源系統？美國能源部的定義是：可在以下幾個方面區別于集中式能源：分布式能源是小型的、模塊化的，規模是千萬到兆瓦級；包含供需雙側的技術，如光電系統、燃料電池、燃氣內燃機、燃氣輪機、熱力驅動的供熱制冷系統等一般位于用戶現場或附近，如分布式能源裝置可以直接安裝在用戶建筑物里，建在區域能源中心或附近。問題1：什么是分布式能源系統？我國發改委的定義：分布式能源是近年來興起的利用小型設備向用戶提供能源供應的新的能源利用方式。與傳統集中式能源系統相比，分布式能源接近負荷，不需要建設大電網進行遠距離高壓或者超高壓輸電，可以大大減少線損，節省輸配電建設投資和運行費用。問題1：什么是分布式能源系統？我國發改委的定義：由于兼具發電、供熱等多種能源服務功能，分布式能源可以有效地實現能源的梯級利用，達到更高的能源綜合利用效率。分布式能源設備起停方便，負荷調節靈活，各系統相互獨立，系統的可靠性和安全性較高；此外，多采取天然氣/可再生能源為燃料，更加環保。問題1：什么是分布式能源系統？綜合來看，有四層含義：接近負荷，把發電和供能建在用戶附近；能源的梯級利用和綜合利用，實現高效經濟和環保效益。滿足用戶冷、熱、電、蒸汽、生活熱水等各種負荷需求。智能，調節靈活。分布式能源系統DistributedEnergySystem,DES:是一種新型的能源系統，它一般建于用戶附近，減少了輸配系統投資和能量損失，是更高效、更可靠和更加環保的能源系統。分布式能源系統分布式能源系統形式多樣可以是以微型或小型燃氣動力裝置發電、燃料電池等動力裝置；可以是以風力發電、光伏發電、太陽能高溫集熱發電等可再生能源建立的獨立電源技術；也包括如燃料電池－燃氣輪機聯合循環以及分布式冷熱電聯產系統等。問題2：為什么我們要采用分布式能源系統？簡單理解，即目前我們采用的單獨集中式能源系統是存在缺陷的，分布式能源起到了一種查缺補漏的作用。20世紀初以來電力行業流行的觀點是：發電機組容量越大效率越高，單位千瓦投資越低、發電成本也越低。所以隨著能源產業的發展，電力工業發展方向是大機組、大電廠和大電網”。但是，在許多情況下，分布式能源系統是集中供電不可缺少的重要補充，二者的有機結合是未來能源系統的重要發展方向。優點和體現避免過高的輸配成本。電網的輸配成本占電能生產成本的50%—80%。建設周期短，節約投資。就地轉換，就地供應。易于實現熱電冷三聯產。制冷供熱介質不宜遠距離傳輸。聯產總效率可達75%，甚至更高。而大型供熱電廠也只有60%-70%。優點和體現環保效果好。可再生能源有天然優勢，即便用化石燃料，也因易于實現聯產，從而減少污染物排放。具有不低的供電效率。除太陽能、風能等遠低于大型發電機組的發電效率，其余的差距并不明顯。非常適合對鄉村、牧區、山區、發展中區域以及商業區和居民區的電力供應，大幅度減輕環保壓力。有人認為分布式能源就是那些容量小的能源利用系統。你怎么看待這個問題？這種看法是片面的。分布式能源系統中的小型包含兩個意思：一方面，分布式能源所涉及的新型發電技術本身容量不大；但隨著技術的不斷發展，尤其以燃料電池為代表，其發電容量是在不斷的增加的。另一方面，有些國家的排放標準是以年排放量規定的，為了避免排放超標，而不得不采用一些小的發電裝置。所以，從容量來界定分布式能源是不客觀不可持續的。發展：分布式能源起源于19世紀80年代，1882年，美國紐約出現了以工廠余熱發電滿足自身與周邊建筑電、熱負荷的需求，成為分布式能源最早的雛形。國內外學者們對分布式能源系統的稱呼：國內：分布式能源、分布式能源系統、分布式電源、分布式供能、能源島；發展：國外：DistributedPower;DistributedGeneration;DistributedPowerGeneration;DistributedEnergyResources;DistributedEnergySystem…我們這門課中統一稱為“分布式能源系統”，簡稱“分布式能源”。國外發展：1978年在美國推廣。2009年底，美國熱電聯產機組裝機總容量約8500萬kW，占其9%，發電量約占12%。預計2030年實現2.4億kW。美國分布式能源發展得益于相對較低的天然氣價格。歐洲分布式能源發電量占總發電量的9%，其中丹麥、荷蘭、芬蘭均可達到30%以上。歐盟的燃氣分布式能源發展以德國為代表，它們能在積極發展可再生能源、大力利用低碳能源并在逐步壓縮核電。德國對燃氣分布式發電的補貼及保護政策較大。國外發展：日本85年的裝機容量是20萬kW。2011年，3.11大地震后，日本福島受損的核電機組發生泄漏，舉世震驚。不完全統計也有12萬人進行核輻射檢查。“對周邊國家波及嚴重。”此后，日本也在大力發展分布式能源。國內發展：我國是在1995年開始分布式能源的熱電冷三聯產應用的，與國外確實存在很大的差距，但近幾年，國家能源局，國家發改委等陸續出臺對分布式能源發展尤其是天然氣分布式能源發展的指導意見，對今后我國的分布式能源發展具有里程碑意義。分布式能源系統發展趨勢：方向是提高能源綜合利用率、改善能量系統的熱經濟性、滿足用戶的多種需求、減少環境污染。目前主要方向之一就是熱電冷聯產。從原動機分類而言，目前分布式能源研究主要有以下方面：先進的燃氣輪機和微型燃氣輪機目前燃氣輪機系統效率約為25%～32%，下一代效率不低于40%；并要求在沒有燃后控制的情況下，減少氮氧化物和一氧化碳的排放。燃料電池目前燃料電池的主要突破依然在電池的壽命及其可靠性上，提高效率，降低成本也要必須考慮的因素。風力發電主要目標還是降低風電成本，并降低對風速的要求，以使風力發電的電能供應更加平穩。光伏發電降低光伏電池的成本，推動低成本材料的研制和開發。&熱電冷聯產系統熱電冷聯產(Cogenerationcoolingheatingandpower,CCHP)是在熱電聯產(Cogenerationheatingandpower,CHP)的基礎上發展起來的。二者不同之處在于，CCHP可以向建筑物同時提供電力、制冷、供暖、衛生熱水和其他通途的熱能，側重領域是商用寫字樓及公共樓宇。而CHP只能提供電力和熱能，側重于需要工藝用熱的工業企業。大幅度提高了系統能源利用率的同時，降低了環境污染，明顯改善系統的熱經濟性。&熱電冷聯產系統CCHP是一種建立在能量的梯級利用概念上，把制冷、供熱（采暖和供熱水）及發電過程一體化的多聯產總能系統。目的在于提高能源的利用效率，并減少碳化物和有害氣體的排放。目前我國的燃氣熱電冷三聯產在相當一段時間內都會是分布式能源系統的主要形式。熱電冷聯產和分布式能源的關系（*）二者相互交叉、部分重合。現在的熱電冷聯產，一部分屬于分布式能源，其安裝在用戶當地或附近地點，滿足當地用戶需求或支持電網，一般容量相對較小，可連接電網也可不連接。還有一部分是屬于大型集中電廠的熱電聯產，俗稱熱電廠，這一部分的發電是上網的，一般容量較大4～40WkW，不屬于分布式能源系統。&熱電冷聯產系統CCHP的優點：實現能源的綜合利用，提高能源的利用率。可達90%。環保。由于燃料多為氣態清潔燃料，本身就有優勢，不僅對污染物，而且二氧化碳排放也減少；此外，溴化鋰吸收式制冷也減少了對氟利昂的使用。經濟。同CHP相比，增加了夏季的熱量需求，使得一部分產生的余熱用于吸收式冷機制冷，提高了對整個的經濟性。CCHP的優點：能源安全，增加用戶電力可靠性。電網在安全性、穩定性、供電質量方面需求嚴格，一個環節故障，都會導致大規模停電。而采用如微型燃氣輪機的分布式能源系統，可以作為一個非常好的補充，保證供電的穩定，增加電網可靠性。CCHP的優點：削峰填谷，緩解電力緊張，實現能源消耗的季節平衡。夏季，CCHP的使用可以有效減少對電網的需求，削減峰量，同時還可以填補天然氣的用量低估。冬季燃氣輪機的高溫煙氣余熱利用，又可以削減對冬季天然氣的用量峰值。從而也提高了天然氣管網的利用率，降低相對維護成本。CCHP的缺點：目前使用規模均較小，安裝在樓宇內，只能使用天然氣或油品。小是個相對詞，并不是指CCHP系統可以小到為一家一戶獨立使用，而是為了一棟樓或小區進行冷熱電聯供。不如空調，熱水器這樣靈活。熱電冷聯產的構成與分類不同應用領域配置模式差異很大，主要取決于當地的能源需求結構。但總體都包括三大系統：動力系統、供熱系統和制冷系統。只是每個系統的種類選擇有很多。動力系統內燃機、燃氣輪機、微型燃氣輪機和燃料電池等。供熱系統熱源、熱網和熱用戶組成。制冷系統主要有壓縮式和吸收式制冷。動力系統內燃機。可使用天然氣、丙烷或柴油，容量從5kW到10MW。作為一個往復運動機械，將往復運動轉變為回轉后驅動發電機組，其輸出功率可以發電也可以驅動制冷壓縮機等設備。

特點：發電投資小，啟動迅速、可靠性高，變負荷性能好，余熱可以回收，是目前應用最廣的分布式發電技術，效率在25%~40%。

內燃機冷卻系統和排氣中的熱能可以用來供暖、生產熱水或給一些吸收除濕設備提供動力。燃氣輪機。利用天然氣、煤氣、油等驅動燃氣輪機并發電，排氣進入余熱鍋爐，以低壓蒸汽或熱水形式回收，滿足用戶采暖、空調和熱水要求。

特點：高效環保、排煙溫度高、便于熱回收、可利用熱能連續穩定。

目前已有尺寸小、質量輕、污染排放低、燃氣適應性廣、具有高機械效率和高排氣溫度的燃氣輪機，容量范圍從幾十kW到300MW以上，具有高發電效率（30%～40%）和高的熱效率（70%～80%）。微型燃氣輪機及其分布式能源系統。使用天然氣、煤制氣、柴油等，可為小型樓宇或小型工廠提供現場電力、熱力、制冷能源。

特點：清潔、可靠、多用途，低造價，低排放。燃料電池。可將化學能轉化成電能和熱能。發電效率比其他要高1/6～1/3，目前以低熱值定義的發電效率為40%～55%。

特點：發電效率高、噪聲小、小型高效、污染物排量小等優點，但啟動需要一定時間。供熱系統熱源，制備熱水、蒸汽。熱網，輸送熱水和蒸汽。熱用戶，可以是居民用戶、公用建筑，也可是工業產房。熱負荷可劃分為：采暖和通風熱負荷、熱水供應熱負荷、生產熱負荷。供熱系統主要有兩種形式，封閉式和開放式。區分方法就看其熱載體（熱水）是否從系統中取出使用。開放式供熱中，熱網的循環水會被取出，用于熱水供應。制冷系統壓縮式制冷。消耗外功，通過壓縮機進行制冷（家用空調）。吸收式制冷。消耗低品位的熱能來制冷，可以把做功供電后一部分煙氣的熱能用于驅動吸收式制冷系統。常用的有兩種：溴化鋰和氨吸收式制冷。制冷系統目前采用溴化鋰吸收式制冷技術包括兩類：蒸汽型吸收式機組余熱/直燃型機組蒸汽—溴化鋰機組以蒸汽潛熱為熱源驅動，獲取熱冷水；直燃式溴化鋰機組利用燃氣、燃油為燃料，生產冷熱水。天然氣熱電冷聯產系統分類：燃氣輪機的熱電冷聯產和分布式小型熱電冷聯產系統。典型的燃氣輪機熱電冷聯產系統，是由一個燃氣蒸汽聯合循環的熱電聯產電站和一個蒸汽吸收制冷裝置構成，實現區域供電、冷、熱。小型分布式熱電冷聯產系統的設備主要以小型燃氣輪機、內燃機、微型燃氣輪機、燃料電池為動力機械，配以余熱利用的鍋爐、吸收式制冷機等實現電、熱、冷聯產。分布式熱電冷聯產系統究竟是個什么系統？用戶冷熱電負荷

用戶冷熱電負荷靜態負荷和估算方法*動態負荷和計算方法負荷變化與聯產系統關系問題引入：俗話說“有多大鍋就下多少米”負荷的考量是確定系統、選擇設備等一切的前提。教學目標：熟悉電熱冷負荷的估算方法及其缺陷；掌握設計計算方法。熟悉負荷一般規律并掌握和分布式系統的聯系&電力負荷指標法電負荷的估算方法有單位面積功率法和單位指標法兩種。單位面積功率法：P30為有功計算負荷，KW；A為建筑面積，m2；Ks為負荷指標，W/m2。&電力負荷指標法單位指標法：式中：N為單位數，例如人、床、戶等的數量；Ks為單位指標，W/人、W/床、W/戶。大家想想這種估算方法適合于哪里？問題引入：什么是建筑熱負荷？建筑熱負荷的定義：建筑熱負荷，是指使在某一室外溫度下，使室內獲得熱量并保持一定溫度，以達到適宜的生活條件或工作條件的技術。采暖的組成：（1）熱媒制備（熱源）

采暖熱媒的來源或能從中吸取熱量的任何物質、裝置或天然能源。

（2）熱媒傳輸

熱能的載體，工程上指傳遞熱能的媒介物。

（3）熱媒利用（散熱設備）

將熱媒的部分熱量傳給室內空氣的放熱設備。熱負荷指標法熱負荷指標法也有兩種：單位面積熱指標法通常在選擇鍋爐和估算室外供暖管道時使用。（注）單位溫差熱指標法室內外溫度的選取冷負荷指標法建筑冷負荷是確定制冷設備容量和空調系統送風量的基本依據。可采用面積熱指標法進行估算，有參考標準。建筑物空調負荷=負荷概算指標*建筑物內的空調面積。概算指標即折算到建筑物中每平方米空調面積所需的制冷系統的負荷值。指標法的缺陷沿用標準較早不同建筑差別太大隨季節、時間段變化明顯但可以在項目規劃和初步設計時采用&動態負荷計算方法負荷指標法與實際負荷特性存在相當大的偏離，不適應系統詳細技術、經濟分析和評價的需要。分布式冷熱電聯產系統，其負荷的動態特征更加突出。因此，在設計中需要更符合實際情況的動態負荷分析能耗情況。&動態電負荷電負荷的確定對機組容量、臺數、電熱比參數及運行方式的選擇有重要影響，尤其對于孤網運行的系統。在滿足需求的前提下，盡可能降低造價成本。動態電負荷包括兩種計算方法：按穩定負荷計算（考慮單相負荷的影響）和按最大單臺用電設備或成組用電設備起動的高峰負荷計算。&動態電負荷穩定負荷：一般聯產系統的發電機組多承擔白天峰值負荷，而夜晚的谷電交給電網。實際所需穩定電負荷為：Pk為第k個（或組）負荷的設備功率，kW；αk為第k個（或組）負荷的負荷率；為第k個（或組）負荷的效率。&動態電負荷最大起動的高峰負荷：什么時候出現最大可能高峰負荷？最大的單臺用電設備或成組用電設備起動時，所有其他負荷都已投入運行。此時動態熱負荷的計算方法一、采暖系統設計熱負荷的計算（一）概念在設計室外空氣計算溫度twn下，為達到要求的室內溫度tn，采暖系統在單位時間內向建筑物供給的熱量Q，它是設計采暖系統的最基本依據。（二）討論設計熱負荷的目的：1）為擬定合理的供熱方案。2）選擇散熱設備。3）選擇管徑和管路設備。Q=Qs-QdQ--采暖系統設計熱負荷，W;Qs--建筑物失熱量，W;Qd--建筑物得熱量，W;（三）設計熱負荷的理論計算：-7℃（一）室內空氣計算溫度民用建筑：

宜采用：16~24℃。(具體查《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調·動力》分冊)；工業建筑輕作業：18~21℃；中作業：16~18℃；重作業：14~16℃；過重作業：12~14℃；其他輔助建筑的參數也有詳細規定。二、采暖室內、外空氣計算參數（二）室內空氣的流速:采暖建筑物冬季室內的平均風速：民用建筑及工企業輔助建筑：V≯0.3m/s工業建筑：當室內散熱量<23W/m2,V≯0.3m/s

當室內散熱量≥23W/m2,V≯0.5m/s（三）室外空氣的計算溫度：應采用歷年平均不保證五天的日平均溫度。“不保證”原則：人為允許有幾天時間可以低于規定的供暖室外計算溫度值，即容許這幾天室外溫度可能稍低于室外計算溫度值。濟南地區室外空氣計算溫度=-7℃。三、設計熱負荷的確定采暖設計熱負荷是根據冬季采暖房間的熱平衡計算出的。采暖設計熱負荷+房間的得熱量＝房間的失熱量對于一般的民用建筑和產熱量很少的工業建筑：

Q＝Qs-Qd

＝Q1+Q2

+

Q3─Q10式中：1.建筑物失熱量Qs包括：（1）圍護結構的傳熱耗熱量Q1（2）冷風滲透耗熱量Q2：加熱由門、窗縫隙滲入室內的冷空氣耗熱量（3）冷風侵入耗熱量Q3：加熱由門、孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣耗熱量2.建筑物得熱量Qd包括：太陽輻射進入室內的熱量Q10（1）圍護結構的傳熱耗熱量Q1

Q1＝Q1.j+Q1.x

＝ΣaKF(tn－twn)+Q1.xW式中：tn－室內計算溫度，℃twn

－供暖室外計算溫度，℃a－圍護結構的溫差修正系數，0<a≤1K－圍護結構的傳熱系數，W/m2.℃，可從設計手冊查得F－圍護結構傳熱面積，m2

。圍護結構傳熱面積計算圖門、窗的面積按外墻外面的凈空尺寸計算；悶頂和地面的面積，按建筑物外墻以內的內廓尺寸計算；外墻的高度從本層地面算到上層地面，寬度按建筑物外廓尺寸計算。Q1.x－圍護結構的修正耗熱量：實際傳熱條件受到各種因素的影響，因此必須對基本耗熱量進行修正，通常按圍護結構的基本耗熱量的百分率修正。這些修正的耗熱量稱為圍護結構的修正耗熱量。分為:1）朝向修正耗熱量2）風力附加耗熱量3）高度附加耗熱量4）其他耗熱修正（2）冷風滲透耗熱量Q2把滲入室內的冷空氣從室外溫度加熱到室內溫度所消耗的熱量

Q2＝C×G×（tn－

twn

）＝0.278Vρwcp（tn－

twn

）WV－經門、窗縫隙滲入室內的冷空氣量，m3/h;ρw－室外冷空氣的密度，kg/m3;

cp－室外冷空氣的定壓比熱，kJ/kg.℃（3）冷風侵入耗熱量Q3把侵入室內的冷空氣從室外溫度加熱到室內溫度所消耗的熱量Q3＝0.278Vwρwcp（tn－

twn

）WVw－經外門侵入室內的冷空氣量，m3/h;動態冷負荷計算1.冷負荷計算房間（空調區）冷負荷：為保持房間（空調區）恒定的空氣溫度，在某一時刻必須由空調系統從室內除去的熱流量。應按各項逐時冷負荷計算。空調系統冷負荷是由空氣調節系統的冷卻設備所除去的熱流量。那么熱量應該以夏季還是冬季考慮呢？有哪些呢？冷負荷計算夏季計算得熱量包括：（室外、室內、散濕）通過圍護結構傳入的熱量；（溫差）透過外窗進入的太陽輻射熱量；（輻射）內維護結構傳入的熱量；滲入空氣帶入的熱量；（潛熱、新風）思考題同學們還記不記得什么是潛熱和顯熱？簡單來講：溫度升高需要的熱量叫顯熱.物體蒸發需要的熱量叫潛熱.全熱就是顯熱+潛熱.顯熱和潛熱的比值決定相對濕度.顯熱決定室內溫度.冷負荷計算夏季計算得熱量包括：（室外、室內、散濕）人體散熱量；（顯熱）照明散熱量；設備、器具、管道及其他內部熱源的散熱量；食品、物料散熱量；冷負荷計算夏季計算得熱量包括：（室外、室內、散濕）人體散濕引起的潛熱；食物散濕引起的潛熱；水面散濕引起的潛熱；負荷與聯產系統關系冷熱電負荷由于時刻變化，存在著較大的波動。如：季節峰谷、晝夜峰谷，且不同性質建筑物差距很大。我們通過負荷的動態變化，選擇合適的聯產系統容量和形式，從而使聯產系統的變工況特性同用戶動態負荷相匹配。負荷與聯產系統關系分布式冷熱電聯產系統常采用內燃機和微小燃氣輪機。內燃機發電效率35%以上余熱一半排煙400-450℃，一半缸套水燃氣輪機效率28%-35%排煙溫度可達550℃負荷與聯產系統關系不同的建筑類型，有著對冷熱電不同的追求。我們選擇分布式聯產系統，要因地制宜，看用戶更加追求什么。辦公樓、商場，更加追求電負荷，不太追求熱水負荷。對于醫院、洗浴等，除追求電負荷之外，對熱水負荷追求更高。負荷與聯產系統關系大家仔細閱讀2-11這兩個表的數據盡可能的找到有用的結論負荷與聯產系統關系圖2-4描述了燃氣輪機單軸和雙軸形式的變工況特性，以及有無回熱情況下的變工況特性。目的：保證機組在大部分時間內能達到較好的運行效果。如果負荷由高到低變化的連續性較強，則應考慮采用多臺機組并聯的形式，如圖2-5中。單臺機組隨著負荷減小，效率降低，而多臺機組在2/3和1/3負荷時仍可按照額定工況運行，達到改善變工況性能的目的。負荷與聯產系統關系小結靜態冷熱電負荷估算法動態冷熱電負荷種類及計算方法負荷動態變化和聯產系統的關系ThankYou.可再生能源及其發電技術

問題引入：同學們知道哪些能源是可再生能源嗎？可再生能源可再生能源包括太陽能、水能、風能、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地熱能、核能（聚變）等。它們在自然界可以循環再生。是取之不盡，用之不竭的能源，不需要人力參與便會自動再生。我國太陽能輻照地區分類太陽能資源豐富地區占全國總面積2/3以上。我國太陽能輻照概況一、二、三類地區，年日照時數大于2200h，太陽年輻射總量高于5016MJ/m2，是中國太陽能資源豐富或較豐富的地區，面積較大，約占全國總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。四、五類地區，雖然太陽能資源條件較差，但是也有一定的利用價值，其中有的地方是有可能開發利用的。從全國來看，中國是太陽能資源相當豐富的國家，具有發展太陽能利用事業得天獨厚的優越條件，太陽能利用事業在我國是有著廣闊的發展前景的。我國太陽能利用同學們知道哪些太陽能利用技術呢？太陽能發電：大家知道哪些太陽能發電技術？太陽能發電：其實，利用太陽能進行發電的手段很多。太陽能發電熱發電光發電蒸汽熱動力發電熱電直接轉換光化學發電和生物轉換光感應發電光伏發電太陽能熱發電1、蒸汽熱動力發電太陽能熱發電系統，由集熱部分、熱傳輸部分、蓄熱與熱交換部分和汽輪發電部分組成。太陽能熱發電（1）集熱部分定日鏡（聚光系統）的作用是提高功率密度。集熱器的作用是將聚焦后的太陽能輻射吸收，并轉換為熱能提供給工質。（2）熱能傳輸部分把集熱器收集起來的熱能傳輸給蓄熱部分。（3）蓄熱與熱交換部分蓄熱裝置保證發電系統的熱源穩定。熱能通過熱交換裝置，轉化為高溫高壓蒸汽。（4）汽輪發電部分太陽能熱發電定日鏡專用鍋爐蓄熱器太陽能熱發電高壓熱蒸汽在推動汽輪機轉動的同時，還通過專用的管道將一部分熱能儲存在蓄熱器內。陰天、雨雪天及夜間沒有太陽光，便由蓄熱器來提供熱能，從而保證太陽能熱電站能夠連續發電。世界上第一座太陽能熱電站是法國的奧德約太陽能熱電站，雖然它的發電能力當初只有64千瓦，但卻開創了太陽能熱電的先河。2013年8月，在八達嶺長城腳下，我國首座自主知識產權光熱發電站，也是亞洲首座塔式太陽能熱電站將并網發電。太陽能熱發電大家想想這種發電形式的缺點在哪兒？那就是占用地方大。一組定日鏡占地100平方米，100組定日鏡即使嚴絲合縫地湊在一起，也至少要占總計1萬平方米土地。太陽能熱發電2、熱電直接轉換多是依靠特殊的物理現象或化學反應。這類發電方式的優點是發電裝置本體沒有活動部件，但一般發電量都很小，有的方法尚處于原理性試驗階段。相對成熟一些的，主要是半導體溫差發電。太陽能光發電1、光化學轉換（1）光化學電池浸泡在溶液中的半導體電極受到光照后，電極上有電流輸出的現象。（2）光生物發電光生物發電，通常是指葉綠素電池發電，葉綠素在光照作用下能產生電流，這是最普遍的生物現象之一。太陽能光發電2、光感應發電是利用某些有機高分子團吸收太陽的光能后變成光極化偶極子的現象。太陽能光發電3、光伏發電是利用某些物質的光電效應（光生伏打效應），將太陽光輻射能直接轉變成電能的發電方式。光伏電池，是利用光伏效應將太陽能直接轉換為電能的器件，也叫太陽能電池，都是由很多單體光伏電池構成的。太陽能光發電光伏電池原理：帶正電的空穴向P型半導體區移動，帶負電的電子向N型半導體區移動電子從N區負電極流出負電，空穴從P區正電極流出正電太陽能光發電光伏發電系統組成一般由太陽能電池方陣、儲能蓄電池、保護和控制系統、逆變器等設備組成。將多個光伏單體電池經串并聯，并封裝在一起，組成一個光伏電池組件。把多個電池組件再串、并聯起來并裝在支架上，組成光伏電池陣列。光伏發電輸出功率不穩定性、不連續，需要配備儲能裝置，以保證對用戶的可靠供電。陽光充足時，剩余的能量給蓄電池充電。日照缺乏的情況下，由蓄電池向用戶補充供電。太陽能光發電在小型或獨立運行的光伏發電系統中，保護和控制功能主要是蓄電池的保護，防止過充電和過放電。

對于大中型或并網運行的光伏發電系統，保護和控制系統擔負著平衡、管理系統能量，保護蓄電池及整個系統正常工作和顯示系統工作狀態等重要作用。太陽能光發電光伏電池和蓄電池輸出的都是直流電。逆變器是將直流電變換成交流電的電力電子設備，是光伏電池普及應用的關鍵技術之一。光伏發電的特點優點（1）運輸、安裝容易（2）運行、維護簡單（3）安全，可靠，壽命長（4）清潔，環境污染少光伏發電的特點不足主要是由太陽能資源本身的弱點造成的。（1）能量分散（能量密度低）。（2）能量不穩定。（3）能量不連續。光伏發電概況根據國家能源局數據：2014-2019年，中國光伏發電累計裝機容量逐年增長，新增裝機容量呈現先增長后下降的趨勢。光伏發電概況根據國家能源局數據：2019年，全國光伏發電累計裝機容量達到20430萬千瓦，同比增長17.3%，其中集中式光伏14167萬千瓦，同比增長14.5%。截止2020年6月底，光伏發電累計裝機達到2.16億千瓦，其中集中式光伏1.49億千瓦。。分布式光伏發電概況根據國家能源局數據：在2010-2015年間，我國集中式光伏電站一直處于投資風口，大批電站項目集中上馬，而分布式光伏項目幾乎無人問津。2014-2019年，中國分布式光伏發電累計裝機容量逐年增長，其中2016年起呈快速增長趨勢;新增裝機容量呈現先增長后下降的走勢。分布式光伏發電概況2019年，全國分布式光伏發電累計裝機容量達到6435萬千瓦，同比增長23.75%;2020年1-6月，全國新增分布式光伏發電裝機443.5萬千瓦。截止6月底，分布式光伏發電累計裝機達到6707萬千瓦。分布式光伏發電概況我國分布式光伏發電相關規劃政策：目前，我國集中式光伏電站主要集中在西部地區，但由于項目過于集中，電網消納困難、高線損等問題，當地出現棄光現象，局部地區棄光率甚至高于20%;中、東部地區是分布式光伏發電布局的主戰場，也是用電消費重地。二、風能利用提到風能利用，同學們會想到哪些事物或故事？風能利用埃及可能是最先利用風能的國家。10-11世紀，中東國家開始大范圍使用風能。風能利用12世紀，風車的概念和設計從中東傳入歐洲。荷蘭人發明了水平轉軸的塔形風車，并且很快風靡北歐。風能利用1300多年前宋代的一種垂直軸“走馬燈式”，一直沿用到新中國成立。風力發電也有水平軸和垂直軸兩種風機雙葉風車三葉風車風力發電垂直軸風機發電風力發電機組簡單結構主要用水平軸風機發電，且多用螺旋槳型葉片。水平軸風力機主要包括風輪、塔架、機艙等部分。翼型上表面凸起部分的氣流較快，上表面的空氣壓力比下表面明顯要低，從而對翼型物體產生向上的“吸入”作用，增大升力。風力發電機組原理空氣的壓力與氣流的速度有一定的對應關系，流速越快，壓力越低，這種現象叫作伯努利效應。風力發電機組原理工作風速？風力機并不是在所有風速下都能正常工作。起動風速——“切入風速”； “額定風速”；停機風速——“切出風速”。風力發電機組內部結構風電場風力資源豐富的地區，將數十臺至數千臺單機容量較大的風力發電機組集中安裝在特定場地，按照地形和主風向排成陣列，組成發電機群，產生數量較大的電力并送入電網，這種風力發電的場所就是風電場。風力發電特點風電優點：（1）沒有直接污染排放；（2）不需要水參與發電過程；（3）經濟性好。對環境的負面影響：（1）風力機的噪聲；（2）風力機的電磁干擾；（3）視覺影響；等等。風力發電特點大家可能會對風力發電機的價格有所關注：家庭用小型風機：300W～600W的基本上在3000～5000元配置：帶充電控制器風力發電機，200W數控逆變電源，12V65AH免維護蓄電池1只適用：彩電、VCD、功放、電腦、衛星接收機、照明等。每天可用電量：1800／W小時，譬如使用彩電、VCD、衛星接收機及1－2只照明燈泡，可使用10小時左右。造價：3500元／套2.配置：200W帶充電控制器風力發電機，500W數控逆變電源，12V65AH免維護蓄電池2只。適用：彩電、小型新式冰箱、VCD、功放、電腦、衛星接收機、照明、電風扇等。每天可用電量：3500／W

小時，即所用電器功率在300W內每日約可用12小時左右。造價：4200元／套。風力發電特點大家可能會對風力發電機的價格有所關注：家庭用小型風機：300W～600W的基本上在3000～5000元配置：300W帶充電控制器風力發電機，1KW數控逆變電源，12V100AH免維護蓄電池2只適用：彩電、冰箱、VCD、電腦、照明、衛星接收機、電風扇、電飯煲。每天可用電量：5100／W小時。造價：6300元／套。風力發電特點大型發電機組：一般整機出廠的價格都不一樣，基本都在3400-4500/KW的單價，所以是按照機組的功率大小決定的。例如2KW的單機，主機+葉片大概4300元，不過還需要買塔桿、控制器、逆變器、電池，這樣才能配成一個完整的系統，總費用9000元左右。比如1.5MW（也就是1500KW）基本在600多萬元左右，一臺機組要運行，還要配套相變，遠程通迅，以及線路造價等。風力發電未來方向思考：風力發電未來發展方向在哪里？生物質能發電：生物質能發電：生物質發電是利用生物質直接燃燒或轉化為某種燃料后燃燒所產生的熱量發電。生物質能發電：生物質發電的流程，大致分兩個階段：一般先把各種可利用的生物原料收集起來，通過一定程序的加工處理，轉變為可以高效燃燒的燃料；再把燃料送入鍋爐中燃燒，產生高溫高壓蒸汽，驅動汽輪發電機組發出電能。*生物質發電涉及原料的收集、打包、運輸、貯存、預處理、燃料制備、燃燒過程的控制、灰渣利用等諸多環節。我國生物質能發電形式我國生物質發電形式：直接燃燒發電沼氣發電垃圾發電生物質燃氣發電——氣化爐（裂解爐）生物質能發電特點：特點：（1）適于分散建設、就地利用（2）技術基礎較好、建設容易（3）碳排放比化石燃料少（4）變廢為寶，更加環保需要注意問題：（1）轉化設備必須安全可靠。（2）能源作物需要占用大量土地可再生能源發電特點：可再生能源發電都有一些普遍特點，大家可以總結一下嗎？面大、量廣、密度低、有限制·小結

了解利用太陽能、風能、生物質能發電的技術；了解各種可再生能源發電技術的特點互補發電特點：（1）可再生能源既可充分發揮優勢，又能克服本身不足。取自天然、分布廣泛、清潔環保等優點仍能體現，季節性、氣候性變動造成的能量波動，可以改善。（2）對多種能源協調利用，可提高能源的綜合利用率。（3）電源供電質量的提高，對補償設備的要求降低。單一發電，波動和間歇明顯，需大量儲能或補償裝置；互補運行，會因相互抵消，降低儲能或補償要求。1、風-太陽能互補基礎：我國屬季風氣候區，很多地區風能和太陽能有天然的季節互補性，適合采用風-光互補發電系統。在一些邊遠農村地區，風能資源豐富，且太陽能資源充足，聯合發電運行是解決供電問題的有效途徑。1、風-太陽能互補風－光互補發電系統，一般由風電機組、光伏電池組、儲能裝置、電力變換裝置、直流母線及控制器等部分構成，向各種直流或交流用電負載供電。1、風-太陽能互補風－光互補發電系統的發電和儲能配置，應考慮：-負荷的用電量及其變化規律； －蓄電池的能量損失和使用壽命； －太陽能和風能的資源情況。

1、風-太陽能互補根據風力和陽光的變化情況，有三種可能的運行模式。

風電機組單獨向負載供電；

光伏電池單獨向負載供電；

風電機組和光伏電池聯合向負載供電。

1、風-太陽能互補（1）風力/光伏互補發電系統。該類型以風力發電為主，光伏為輔，適合于風能資源非常豐富，太陽能資源仍可利用的地區。（2）光伏/風力互補發電系統。該類型以光伏發電為主，風力為輔，適合于太陽能資源非常豐富，風能資源相對較弱的地區。

1、風-太陽能互補（3）除此之外，還有兩種情況a.太陽能和風能雖然比較豐富，但互補性欠佳，如在某個月份太陽能和風能都不足。b.太陽能和風能互補性很好，但總體兩種資源總量欠缺。大家想想，這種情況下應該怎么辦？

1、風-太陽能互補優點：－利用資源的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性；－保證同樣供電時，可大大減少儲能蓄電池的容量；－很少或不用啟動備用電源（如柴油機發電機組）等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。風-光互補是對二者的綜合利用，對太陽能和風資源要求都低一些，受自然條件的限制較少，應用地域范圍更廣。

1、風-太陽能互補小容量的風－光互補式路燈：

2.風、光－柴油機互補應用互補互補剛才，我們討論了風光互補時的兩種特殊情況。在這些邊遠地區，尤其是高山和海島，往往太陽能和風能資源比較豐富，但互補不足；或者互補可以，但總量不足。這時我們就要因地制宜地，即利用風光互補，又要加入柴油機，實現聯合發電運行。

2.風、光－柴油機互補應用互補互補目前，在很多邊遠或孤立地區，柴油發電機組是提供必要生活和生產用電的常用發電設備或備用設備。柴油價格高，運輸不便，有時還供應緊張，因而柴油機發電的成本很高，往往還不能保證電力供應的可靠性。特點：－投資回報率高，節油效果明顯(30%以上)－規模小，見效快－穩定性好；

2.1風-柴油機互補應用互補互補風－柴并聯運行，是風電和柴油發電最簡單的結合方式。可以降低柴油機的平均負載，從而節省燃料。

一種改進方案，在柴油機和發電機之間加一個飛輪和電磁離合器，來控制柴油機是否投入，以有效提高節油率。在運行中不僅彌補了風力發電的不穩定性，而且能最大限度地節約柴油并減少對環境的污染。2.2光-柴油機互補應用互補互補光伏—柴油混合發電系統也有投資率高等優點，但對逆變電源要求較高。（1）要求具有較高的效率，以提高系統效率。（2）要求具有較高的可靠性。（3）要求逆變電源的輸出應為良好的正弦波。（4）要求直流輸入電壓適應范圍寬。

3、微型燃氣輪機－燃料電池互補互補燃氣輪機發電技術已經比較完善，效率較高，且氮化物、CO等污染物的排放量很少。高溫燃料電池與燃氣輪機的工作溫度相匹配，組成聯合發電系統具有更高的效率。即便商用的已可高達60%～75%，是目前礦物燃料動力發電技術中效率最高的。燃料電池與微型燃氣輪機聯合發電，有非常好的發展前景。二者的聯合循環，根據布置方式，可分為頂層循環和底層循環。

4、風能－水力互補發電互補互補“三北”等內陸風區，多為冬春風大、夏秋風小，

與夏秋豐水、冬春枯水的水資源正好互補。特點：

-可避免在枯水季節水力發電量不足的問題；－可通過共用輸配電設備節省建設投資；－是比較經濟有效的大規模利用方式。

5、

風、氫、生物質、太陽能互補發電互補互補特點：

利用風能和太陽能發電裝置發電。一部分電能直接并入電網，另一部分用于電解水產生氫能，并將產生的氫能儲存起來作為備用能源。

當天氣條件惡劣時，用這部分儲備能和生物質能來作為能源，用過熱電裝置補充供應電能，以保證電力的連續性和穩定性。

6、煤炭地下汽化和高溫燃料電池互補互補互補特點：煤炭地下汽化技術可使地下的煤炭有控制的汽化，汽化產物中的氫氣、甲烷、一氧化碳等可作為燃料供高溫燃料電池使用。這種互補發電，可提高煤炭的利用率并保護環境。

7、太陽能電池和燃料電池互補互補互補特點：

天氣條件好時，使用太陽能電池獨立工作發電。同時，功率分配器把多余的電能輸出到電解反應器產生氫氣儲存到儲氫室中。當天氣條件惡劣時，用儲氫室中的氫氣通入燃料電池進行發電，輔以太陽能電池保持穩定。

·小結

掌握互補發電的特點掌握互補發電的類型動力系統及主要部件動力系統燃氣輪機內燃機燃料電池斯特林機不同動力技術比較教學目標：熟悉燃氣輪機構造；掌握燃氣輪機的工作原理；掌握燃氣輪機熱力循環原理；問題引入：什么是燃氣輪機？什么是燃氣輪機？燃氣輪機（GasTurbine）是一種以連續流動的氣體（空氣和燃氣）作為工質、把熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械。特點：這種簡單循環方案，結構簡單，而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、起動快、少用或不用冷卻水等一系列優點。燃氣輪機裝置中的工質在不同設備間流動，完成循環。內部構成：工作原理：工作過程：壓氣機從外界大氣環境吸入空氣，并經過軸流式壓氣機逐級壓縮使之增壓，同時空氣溫度也相應提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的燃氣/煙氣；然后再進入到透平中膨脹做功，推動透平帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功，并輸出電功。從透平中排出的廢氣排至大氣自然放熱。工作過程通常在燃氣輪機中，壓氣機是由燃氣透平膨脹做功來帶動的，它是透平的負載。

大家知道透平輸出的功有多少是用來驅動壓氣機的嗎？工作過程在簡單循環中，透平發出的機械功有1/2~2/3左右用來帶動壓氣機，其余的1/3左右的機械功用來驅動發電機。

還有一個問題：最開始的階段，透平不做功，壓氣機是如何運行的？工作過程在燃氣輪機起動的時候，首先需要外界動力，一般是起動機帶動壓氣機，直到燃氣透平發出的機械功大于壓氣機消耗的機械功時，外界起動機脫扣，燃氣輪機才能自身獨立工作。工作原理：壓氣機連續地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，稱為高溫燃氣/煙氣；煙氣隨即流入燃氣渦輪中膨脹做功，推動渦輪葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉；加熱后的高溫煙氣其做功能力顯著提高，因而燃氣渦輪在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止啟動時，需用起動機帶著旋轉，待加速到能獨立運行后，啟動機才脫開。謝謝燃氣輪機的簡單循環：在空氣和燃氣的主要流程中，只有壓氣機（Compressor）、燃燒室（Combustor）和燃氣透平（Turbine）這三大部件組成的燃氣輪機循環，通稱為簡單循環。熱力循環燃氣輪機運行的整個熱力循環（以氣體為介質）可以概括為：壓縮——加熱——膨脹——放熱那么，最理想的循環狀態應該如何呢？理想熱力循環燃氣輪機裝置的理想熱力循環，是由19世紀美國工程師G.B.Brayton所提出，因而得名。布雷頓循環是由絕熱壓縮過程1-2、定壓加熱過程2-3、絕熱膨脹過程3-4和定壓放熱過程4-1所組成的可逆循環。同學們試在壓-容(p-V)圖和溫-熵(T-S)圖上表示？熱力循環其它循環除了簡單循環外，還有回熱循環和復雜循環。燃氣輪機的工質來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環；此外，還有工質被封閉循環使用的閉式循環。燃氣輪機與其他熱機相結合的稱為復合循環裝置。謝謝燃氣輪機循環熱效率熱力學分析如何提高燃氣輪機循環熱效率？先討論，理想狀態下循環熱效率的提高方法；再分析，實際狀況下的循環熱效率提升理想狀態燃氣輪機循環熱效率理想狀態下，循環熱效率僅跟循環增壓比（壓縮比）有關，或者說跟絕熱壓縮的終溫和初溫有關。同循環增溫比沒有關系。效率提高燃氣輪機工作性能影響因素？燃氣初溫和壓氣機的壓縮比提高燃氣初溫，并相應提高壓縮比，可使燃氣輪機性能顯著提高。疑問知識點1：什么是壓縮比？知識點2：同學們知道燃氣初溫一般是多少嗎？解答知識點1：什么是壓縮比？壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比，即氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比。現代汽油機的壓縮比可達8—11。大家想想柴油機的壓縮比比這個數值高？還是低？解答現代汽油機的壓縮比主要受到爆震的限制。而柴油機沒有爆震的限制，壓縮比一般為12～22，所以這也是為什么我們常說柴油機“力”更大。知識拓展增壓比是什么？?增壓比和壓縮比有沒有什么關系？同學們知道哪些增壓技術？知識拓展增壓比是什么？?對增壓發動機而言,增壓器排氣出口的壓力與正常進氣時進氣口壓力的比值。知識拓展?增壓比（增壓技術）和壓縮比有沒有什么關系？增壓可以提高缸內的壓力，但是不能改變壓縮比。但是增壓技術的效果與提高發動機自身壓縮比的效果是異曲同工的，都是通過在壓縮行程時提高空氣與汽油的混合程度，從而提高發動機性能。所以，有增壓技術的發動機，在設定壓縮比時，都會比同排量自然吸氣發動機的壓縮比低。知識拓展同學們知道哪些增壓技術？渦輪增壓（T），機械增壓（K）。在自然吸氣發動機的基礎之上增設。解答知識點2：燃氣初溫一般是多少？上世紀

70年代末，壓縮比最高達到31；工業和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃。燃氣初溫是提高燃機輪機性能的關鍵所在，若要在這點上有所突破，有兩點最關鍵。理想狀態燃氣輪機循環凈功有時我們除了想要高的熱效率，還想得到單位工質在循環中產生的凈功。理想狀態下，循環凈功除了跟循環壓縮比有關外，還有循環增溫比有密切關系。值得注意的是：凈功并不是完全隨著增壓比的增大而增大的。要想得到最高的凈功，我們有一個最佳增壓比的概念。解答燃氣初溫透平葉片的冷卻耐高溫的材料高溫陶瓷材料Si3N4SiC1360℃謝謝燃氣輪機實際循環循環增溫比越大，實際循環熱效率越高。保持循環增溫比不變，隨循環增壓比的增加，熱效率有一個極大值。增加增溫比，熱效率和增壓比也提高。減小壓氣機壓縮過程和透平膨脹過程的不可逆性。所以，循環特性參數中，循環最高溫度最為關鍵。燃氣輪機實際循環效率提升措施在不改變參數的基礎上，我們是否還有提升效率的措施？有！回熱在回熱的基礎上分級壓縮、中間冷卻在回熱的基礎上分級膨脹、中間再熱熱力循環提升措施說明若在回熱的基礎上，分級膨脹和壓縮無數次，該循環衍變成了什么呢？但必須指出的是，這一切理論分析是建立在引入回熱的基礎上，如果不采用回熱，僅僅采用分級，整體的熱效率不僅不會升高，反而降低。燃氣輪機工況深入了解燃油燃燒產生的燃氣溫度通常可高達1800~2300K，這時二次冷卻空氣（約占總空氣量的60%~80%）經通道壁面滲入與高溫燃氣混合，使混合氣體降低到適當的溫度，而后進入透平。在透平中，混合氣先在靜葉片組成的噴管中膨脹，把熱能轉變為動能，形成高速氣流，然后沖入固定在轉子上的動葉片組成的通道，形成推力推動葉片，使轉子轉動而輸出機械功。燃氣輪機特點一種旋轉式熱力發動機。沒有往復運動部件以及由此引起的不平衡慣性力，故可以設計成很高的轉速。工作過程都是連續的。可以在重量和尺寸都很小的情況下發出很大的功率。燃氣輪機應用燃氣輪機與冷熱電聯產謝謝微型燃氣輪機微燃機（Microturbine）是近些年（20世紀90年代）開發出來的，在美國首次用在汽車上，其組成為：壓氣機、燃燒室、透平和發電機。國際上通常將功率范圍在25~300kW之間的燃氣輪機稱為微型燃氣輪機。微型燃氣輪機構造特點采用徑流式葉輪機械（向心式的透平和離心式壓氣機，在轉子上兩者葉輪為背靠背結構）。通常采用高效板翅式回熱器，有些還采用空氣軸承，不需要潤滑油系統。體積非常小、無污染、無噪聲，與發電機同為一體，便于搬運和安裝，能提供優質的冷熱電能源。微燃機性能同大型汽輪機相比，微燃機工作時的壓縮比要低。以天然氣、汽油、柴油等為燃料，單獨發電效率雖難以超過30%，但產生的余熱容易利用。一般，帶有回熱、變頻、高速電動機等設施的微燃機效率可達25%~30%；排煙溫度在200~300℃；系統的能源利用效率達70%~90%，且排放很小。微燃機競爭優勢簡單的徑向設計構造，緊湊減振，成本較低。與透平同軸的高速交流發電機，進一步降低體積。高效的回流換熱器提高整體效率。智能的功率逆變控制器。解決為用戶電力輸出、自動控制等一系列問題。微燃機的未來高效率。（目標是40%）環保。（NOx<7×10-6）耐用。（11000h）經濟型。（along,longwaytogo）適應多種燃料。靈活配置，安全可靠。（一臺檢修不影響整體運行）微燃機的適用場所廢氣燃燒地點。需要提供臨時電力的地點。在經常停電的地點，可提高電能質量和可靠性。電費較高的地點。無電網的偏遠地區。可用峰荷電價向電力交易中心賣電。要求提供冷熱電服務的地點。小結燃氣輪機的構造及工作原理。燃氣輪機工作循環的熱力分析。燃氣輪機效率影響因素及改善措施。微燃機的特點及與大型燃氣輪機的不同。動力系統4.1燃氣輪機4.2

內燃機4.3燃料電池4.4斯特林機4.5不同動力技術比較教學目標：熟悉內燃機構造；掌握內燃機的工作原理；掌握內燃機熱力循環原理；掌握燃氣內燃機分布式能源系統工作性能問題引入：什么是內燃機？什么是內燃機？內燃機（InternalCombustion

Engine）是燃料在機器內部燃燒而將能量釋放做功的發動機。它的工質在燃燒前是燃油、燃氣與空氣的混合氣，在燃燒后則是燃燒產物。。內燃機的分類：內燃機分類方式很多，通常按燃料、用途、活塞運動方式、點火方式、氣缸布置形式等分類。內燃機的分類：1、燃料分類汽油機、柴油機、天然氣發動機（LNG和CNG）、液化石油氣發動機、酒精發動機、雙燃料發動機（吸入天然氣，噴入柴油點火）。內燃機的分類：2、按氣缸內的著火方式壓燃式（壓縮點火）和點燃式（強制點火）。同學們知不知道兩者的區別？壓燃式內燃機吸入的是空氣,進行壓縮燃燒，其壓縮比相對較高,“更有力量”,大馬力的發動機都采用壓燃式。點燃式吸入的是空氣和燃料{常是汽油}，再進行點燃,優點是速度比較快,所以高速發動機都采用點燃式。內燃機的分類：3、按冷卻方式水冷和風冷。（汽車和工用機械）多用水冷。內燃機的分類：4、按沖程數二沖程（Two-stroke）和四沖程（Four-stroke）。沖程：當完成熱能轉變為機械能的一個工作循環時，活塞所需的行程。內燃機的分類：5、活塞的運動方式往復活塞式（Reciprocatingengine）旋轉活塞式（Rotaryengine）內燃機的分類：6、按氣缸數目單氣缸、多氣缸內燃機的分類：7、按轉速低速機（<300r/min）；中速機（300~1000r/min）；高速機（>1000r/min）發動機轉速的高低，關系到單位時間內作功次數的多少或發動機有效功率的大小，即發動機的有效功率隨轉速的不同而改變。因此，在說明發動機有效功率的大小時，必須同時指明其相應的轉速。內燃機的分類：8、按增壓程度非增壓（自然吸氣Naturallyaspiration）增壓（Supercharging:Turbo,Mechanical）低增壓（πb<1.8）中增壓（πb=1.8~2.5）高增壓（πb=2.5~3.6）超高增壓（πb>3.6）內燃機的分類：9、按氣缸排列立式、臥式、直列式、V型、W型、對置氣缸或對置活塞式、H形、王字形、X形、星形。內燃機的分類：10、按燃燒室設計分：開式（如浴盆形、楔形、半球形、碗形、ω形等）；分割式（具有輔助燃燒室，如渦流室、預燃室等）。按進排氣門、凸輪軸設計和布置分：2氣門、4氣門（或多氣門，3、4、5氣門）頂置氣門、側置氣門頂置凸輪軸、下置凸輪軸內燃機的分類：11、按用途分：輪船割草機/

鏈鋸發電廠轎車卡車摩托車飛機火車謝謝內燃機的構造內燃機的構造內燃發動機組成部分主要有氣缸-曲軸箱組、曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供應系統、進排氣系統、潤滑系統、冷卻系統、啟動裝置和有害物排放控制系統等。如果汽油機，還包括點火系統；若為增壓內燃機，還應有增壓系統。內燃機的構造1、氣缸體-曲軸箱組包括氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱等。同曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻和潤滑系統相連。內燃機的構造2、曲柄連桿機構是內燃機傳遞運動和動力的機構。把活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，從而輸出動力。主要包括活塞、活塞環、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。曲柄連桿機構內燃機的構造3、配氣機構是讓空氣或混合氣按要求在特定時刻進入氣缸，并讓燃燒后的廢氣排出氣缸，保證內燃機換氣循環順利進行。主要由進排氣門、氣管及其傳遞機構（氣門挺柱、推桿、凸曲軸及正時齒輪）組成。內燃機的構造4、燃油系統是讓燃油以一定壓力進入燃燒室，與空氣混合后進行燃燒。內燃機的構造噴油器內燃機的構造化油器化油器的功用是在發動機任何轉速、任何負荷、任何大氣狀況下，向發動機供給一定數量且成分符合發動機工況要求的可燃混合氣。內燃機的構造5、點火系統包括火花塞、點火線圈、電源設備及傳感器、微機控制器和配電器等。內燃機的構造6、潤滑系統減少運動件之間的摩擦生熱和零件磨損。由機油濾清器、機油道、機油泵和機油散熱器。內燃機的構造7、冷卻系統保證內燃機的正常工作溫度。水冷和風冷兩種。內燃機的構造8、啟動裝置Startingdeviceofinternalcombustion

engine起動機、傳動機和操作系統。使內燃機由靜止過渡到自行運轉所需的裝置。內燃機本身不能自行起動，必須靠外力旋轉曲軸，直到曲軸達到內燃機氣缸開始著火所需的轉速以后，內燃機才能由自己發出的功維持穩定運轉。內燃機的構造簡易圖謝謝內燃機的工作原理內燃機的工作循環由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現作功過程而需要的過程。按實現一個工作循環的行程數，工作循環可分為四沖程和二沖程兩類。內燃機的工作原理四沖程：內燃機的工作原理四沖程：進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉。流過空氣濾清器的空氣，或經化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產生高溫、高壓，推動活塞下行并作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內廢氣經排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環。內燃機的工作原理四沖程：內燃機的工作原理兩沖程：謝謝內燃機循環熱力學分析柴油機混合加熱理想循環——薩巴德循環絕熱壓縮—定容加熱—定壓加熱—絕熱膨脹—定容放熱定壓加熱理想循環——狄塞爾循環絕熱壓縮-定壓加熱-絕熱膨脹-定容放熱燃氣/汽油機定容加熱理想循環——奧托循環絕熱壓縮-定容加熱-絕熱膨脹-定容放熱內燃機的優缺點優點：熱效率高。30%-50%，尤其是柴油機。功率范圍較廣，1kW~10000kW。結構緊湊，比質量較小。缺點：對燃料要求高。汽油、輕柴油。排放污染嚴重，噪音。結構復雜，零部件加工精度要求較高。內燃機系統介紹內燃機熱泵技術最初以大型機組為主，在20世紀80年代中后期實現了中小型空氣源機組的商業化批量生產。受過去的能源政策、技術經濟環境、能源供應狀況及價格等因素制約，我國的內燃機熱泵技術發展較晚。內燃機系統介紹廣義的燃氣內燃機不僅包括往復活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機和自由活塞式發動機，還包括旋轉葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發動機等。但通常我們所指的是活塞式燃氣內燃機，以往復式最為普遍。謝謝·內燃機分布式供能系統簡化后的工作原理：·內燃機分布式供能系統工作原理詳解：活塞式燃氣內燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，釋放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的燃氣，燃氣膨脹推動活塞做功，再通過曲桿連桿機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械做功或利用發電裝置發電，1—3過程。·內燃機分布式供能系統做功后的煙氣依然有400-550℃，我們通過煙氣余熱回收裝置（如余熱鍋爐、煙氣型吸收式空調機組、煙氣-水換熱器等）對這部分高溫煙氣的熱量進行進一步利用。引入進水后，還可以得到蒸汽和熱水，并用于供熱。利用后的排煙溫度一般為120℃以下。·內燃機分布式供能系統內燃機的另一特點是會產生80-110℃的缸套冷卻水，這一部分能量可以利用缸套水熱交換器進行換熱利用，可以得到熱水，也可以用來為吸收式制冷設備提供冷凍水。內燃機還有一部分的產物是40~65℃的潤滑油冷卻水，但品質太低，僅僅可以用以生活熱水、泳池加熱等低熱場合的利用，熱量可以利用板式熱交換器獲取。·內燃機分布式供能系統同學們認為，余熱占到總能量的多少呢？這些余熱中又有多少可以為我們利用呢？系統能量利用率分析：·內燃機分布式供能系統分析：燃氣加熱生成的熱量僅有38%可用以機械功輸出，而62%的熱量以煙氣、缸套水和潤滑油冷卻水的形式排出。如果沒有后續的利用，將會產生很高的能量浪費。輸出的機械功，排除少量的發電機能量損失，大部分可轉變為電能，總的發電率約為36.5%（一般情況）。從一次排放的熱量分析來看，缸套水和潤滑油冷卻水占得熱量比重很大，甚至超過高溫煙氣，但其品質要遠低于高溫煙氣，這也是采用內燃機的一個不利結果。通過引入余熱回收裝置（余熱鍋爐、換熱器等），可以很好的對余熱進行利用；排除掉5%的輻射熱散失和約7.5%的煙氣余熱損失，仍有占總量49.5%的熱量可以進行余熱回收（占總余熱的80%），這對能量利用率的提高具有十分重要的影響。·內燃機分布式供能系統余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhQa=燃料燃燒產生的熱量；Wb=向壓縮機輸出的功；Wh=向發電機輸出的功；Qy=發動機排出的余熱量；Qe=蒸發器從冷源吸收的熱量；Qc=冷凝器向熱源釋放的熱量；Eh=發電機發電量；Q12=發電機的熱量損失；Qw=余熱回收的熱量；Q11=發動機最終排出的熱量；·內燃機分布式供能系統要求：必須準確的畫出內燃機獨立供能系統的能量流示意圖，并準確說明各項的含義，以及它們之間的關系。除此之外，還必須弄清的問題：

Wb

和Qc、Qe

的關系

？什么是制熱/熱泵系數？什么是制冷系數？·內燃機分布式供能系統Wb=向壓縮機輸出的功；Nb=壓縮機的輸入功；Qe=蒸發器從冷源吸收的熱量；Qc=冷凝器向熱源釋放的熱量；余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統1.分析供熱運行工況制熱系數COPh——熱泵的制熱量比上發動機向壓縮機輸出的功。折算制熱系數COPhz——熱泵的制熱量+余熱回收的熱量，再比上發動機向壓縮機輸出的功。·內燃機分布式供能系統2.分析制冷運行工況制冷系數COPr——熱泵的制冷refrigeration量比上發動機向壓縮機輸出的功。折算制冷系數COPrz——熱泵的制冷量+余熱回收的熱量，再比上發動機向壓縮機輸出的功。余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統要搞清楚四個效率，它們是怎么定義的？發動機效率余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統發動機與壓縮機的傳動效率余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統發電機的效率余熱回收裝置發電機燃氣發動機熱泵系統QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統余熱回收率·小結

內燃機的結構組成和分類；內燃機的工作原理（4沖程）；內燃機工作循環的熱力學分析；內燃機分布式能源系統的流程及性能分析。動力系統4.1燃氣輪機4.2

內燃機4.3燃料電池4.4斯特林機4.5不同動力技術比較教學目標：熟悉燃料電池的構造和分類；掌握燃料電池的工作原理；了解燃料電池分布式能源系統及其發展前景。問題引入：什么是電池？電池(Battery)指盛有電解質溶液和金屬電極以產生電流的杯、槽或其他容器或復合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。燃料電池什么是燃料電池？燃料電池（FuelCell）是將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發電裝置。特點是能量轉換效率高、環境污染小，被譽為是21世紀的新能源之一，是繼火電、水電、核電之后的第四代發電方式和替代內燃機的動力裝置。理論效率*燃料電池理論上熱效率可達多少呢？理論上可在接近100%的熱效率下運行。燃料電池是一種電化學的發電裝置，等溫的按電化學方式直接將化學能轉化為電能而不必經過熱機過程，不受卡諾循環限制。因