翻新时间:2022-12-21
论电力技术的现状与前景-综合新能源论文(1)
摘要:电能高效洁净地生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为电力技术的重点领域。论文关键词:电力技术;电源 “电力技术是通向可持续发展的桥梁”,这个论断已经逐渐成为人们的共识。
研究表明,为了实现可持续发展,应尽可能把一次能源转换为电能使用,提高电力在终端能源中的比例。因为,在保证相同的能源服务水平的前提下, 使用电力这种优质能源最清洁、方便,易于控制、效率最高。
如果能将大量分散燃用的化石燃料都高效洁净地转换为电力使用,人们赖以生存的环境和生活质量就会大大改善。因此,电能高效洁净地生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为电力技术的重点领域。
以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展前景进行简单评述。 1. 分布式电源 当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC)、微型燃气轮机(Microtur_bines)和各种工程用的燃料电池(Fuel Cell)。
因其具有良好的环保性能,分布式电源与“小机组”已不是同一概念。 1.1 微型燃气轮机 微型燃气轮机(Micro Turbine),是功率为几千瓦至几十千瓦,转速为96 000 r/min,以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机,工作温度500 ℃,其发电效率可达30%。
目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。
可见,电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。 1.2 燃料电池 燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。
它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式,被称为21世纪的分布式电源。 1.2.1 燃料电池的工作原理 燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。
氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子,空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极),负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水,外电路则形成电流。 通常,完整的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。
其中,电池堆是核心。低温燃料电池还应配备燃料改质器(又称为燃料重整器)。
高温燃料电池具有内重整功能,无须配备重整器。磷酸型燃料电池(PAFC)是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。
现在已能生产大容量加压型11 MW的设备及便携式250 kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池(MCFC),工作在高温(600~700 ℃)下,重整反应可以在内部进行,可用于规模发电,现在正在进行兆瓦级的验证试验。
固体电解质燃料电池(SOFC)被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质,未来可用于煤基燃料发电。
质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。 1.2.2 性能和特点 燃料电池有以下优点:
(1)有很高的效率,以氢为燃料的燃料电池,理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池,实际效率可达58.4%。
通过热电联产或联合循环综合利用热能,燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关,小型设备也能得到高效率。
(2)处于热备用状态,燃料电池跟随负荷变化的能力非常强,可以在1 s内跟随50%的负荷变化。
(3)噪音低;可以实现实际上的零排放;省水。
(4)安装周期短,安装位置灵活,可省去新建输配电系统 目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高,在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。 1.2.3 技术关键和研究课题 燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目,主要涉及新的电解质材料和催化剂。
熔融碳酸盐电池(MCFC)在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命,使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀;电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。
固体氧化物燃料电池(SOFC)使用固体电解质且工作温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性(不通过气体)的电解质,在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。
为了降低工作温度,应尽可能减少电解质薄膜厚度。
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