低温热能发电的研究现状和发展趋势探析

张轩

（神木职业技术学院，陕西 神木 719399）

低温热能是一种可再生能源，可再生及再利用。根据相关调查，我国每年产生大量的废热能源，其中大部分被浪费掉了。低热能还属于一种相对比较低的热能，温度一般不超过200℃，其中包含太阳能等可再生能源。目前，有机水循环系统已广泛应用于我国低温热能发电中，该系统技术开发于19 世纪初，使用了将近200 年。该系统是回收有机物，用复合循环处理的系统。该系统在回收有机物过程中，对温度范围具有广泛的包容性，并且在实际操作中具有方便快捷的性能，因此，多数企业在工业生产中使用。

1 低温热能发电概述

低温热能是指温度低于200℃的较低档次的热能，包括太阳能、各种产业废热、地热能、海洋温差及其他可再生能源等多种能源，以产业废热为例，总量庞大。据统计，人类使用的热量的50%是通过低级废热的形式直接排出的。这部分能源都属于可再生能源，可以在一定程度上解决世界能源短缺的问题，同时在生产过程中还不会对环境产生问题。

国内外对低温热能利用的研究主要始于20 世纪70 年代石油波动时期。其中有机朗肯循环的研究和应用最广泛。1924 年年初，有人开始研究用二苯乙醚作为工作的有机物的冷却循环。目前，全世界有2000 多台ORC 在运行，生产了单一单元容量为14000kW 的ORC 发电机套装。对低温发电系统的研究，主要着眼于以下方面，主要包括工质热力学特性和环境保护性能、适用混合作业媒体、热循环优化等。本文将介绍低温发电技术的研究现状及开发动向。

2 低温热能发展现状

2.1 太阳能发电

除了生活中常用的太阳能电池外，太阳能热点技术也是太阳能发电的一种。因为，太阳能具有密度低的特点是一种非常典型的低温热能，也是被开发时使用次数最多的能源。太阳能不仅包括直接太阳能，还包括风能、波浪能等。太阳能热能系统利用太阳能收集器收集光和热，并利用光和热将水烧开，产生水蒸气，把阳光的辐射能转换成热动能，驱动涡轮发电。

2.2 产业废热发电

产业废热也是一种低温热能，有利于废热利用和环境保护。根据相关调查显示，工厂生产过程中有一大部分的热能都被直接排放出去了，并没有对废气中的热能进开发和利用。因此，工程需要对这些废气进行二次利用。目前，很多电厂都是使用排污热回收器对锅炉污水中的余热进行回收和存放，以此提高能源的使用效率。因此，无论是从经济效益方面还是从社会效益方面，产业废热的广泛利用对发电具有较大的可能性。

2.3 地热能源发电

工业发展用的地热能源主要是低温、低热，主要用途是蒸汽热和温水热能。地热发电方式大致分为容量扩张方式和多层方式两种。容量扩张的方法主要用于处理蒸汽地热，发电系统通过蒸汽以增加系统容量，减小压力后，向汽轮机散发热能，推动系统运转。多层能处理蒸气地热和温水地热，发电系统将地热能作为有机物，利用冷冰周期原理处理，添加冷处理和加工后，利用由此产生的热源发电。

2.4 生物质能发电

生物质能适用于小型发电系统，具有低投入和高产出成本的性能优势。可以从家具、木材和其他工业过剩材料中提取生物质能源原料，成本低。而且，生物质燃烧很容易控制，因此属于环保能源。规划生物智能质量能源电站，要保证其分布形态的科学性和系统性。与分散型小规模发电站结构相比，中央集中型小规模发电站集团的经济利益更高，对系统运营和最佳管理更有帮助。

2.5 海洋温差能发电

海洋热点发电并不适合所有的城市，一般是在沿海城市中使用。这样的发电方式成本比较低。发电原理就是利用海洋和水温差产生的能量来发电。这种发电系统把海水或低沸点启动流体用于循环，该发电系统几乎不排放温室气体，而且还可以将海水转换为淡水，因此，可以同时缓解困扰全世界的两个主要环境问题，即地球温暖化和淡水不足问题。海洋热电发电站分为陆上发电站和海上水上发电站两种。

3 低温热能发展的趋势

作为可再生能源的重要一环，随着中国《可再生能源法》的公布，低温热能(太阳能、地热、工业废热等)也将得到很大发展。根据2010 年国家计划，小型水电、风电、生物质能发电、地热发电、太阳能发电系统的装机容量为6000万千瓦，其中相当一部分是利用了低温热能发电技术。因此，有必要加强对低温热能发电技术的研究，低温热能发电技术的开发动向是使得能源系统有效运行。

3.1 生态与环保

环保制冷剂是加热运行的第一种选择，这种天然制冷剂在加工过程中更安全、更健康，更符合节约能源和减少排放的环保生产标准。但是，环境保护工质的热性能比一般媒体工质要差，需要优化系统的构成，以保证生产的高效率。合成制冷剂具有相对的安全性、环保和较高的热水性优点，更适合低温热能运行。

3.2 高效循环系统

能源的多用和再利用是目前行业非常受欢迎的运营方式，是节约能源和热能最大化使用的有效方法。低温热能等低能的情况下，循环系统尤其适合能源的生产。在促进复合运行技术的同时，为提供能源的使用，将进一步提高低温热能利用效率。

3.3 优化循环流程

近年来，企业对电力质量的要求越来越高，循环系统的优化成为很多社会发展高度发展的主要问题。未来，能源行业将进一步促进技术发展的优化，以在降低成本的同时提高能源质量。优化主要从两个方面进行：（1）提高系统设备性能；从机械静态性能改善系统装置的性能是提高有机制冷剂处理效率的保证。减少不必要的生产过程，科学地整合所有生产单元，并朝着最有效地控制热能的方向发展。（2）优化调整生产时间；在发电的时候，还需要根据环境和温度的变化去调整。因为温度和环境的变化会对发电的工作环境产生很大的影响，也会对太阳能设备产生影响。因此，企业应根据热力学原理和生产环境的变化，优化电厂的工休时间，调整系统的工休时间，对发电系统进行最佳控制。

3.4 利用低温热能的实验研究

随着低温热能应用的扩大，将会有越来越多的技术知识，将科学研究作为系统性知识是不可避免的。高校与一些技术性企业可以建立合作小组，共同研发新技术，这种合作方式也成为一种新趋势。通过科学实验，我们可以根据功率和温度进一步了解有机制冷剂的热性能，为系统平台的运行提供准确的指导数据，并促进低温热能的开发和应用。目前，低温热能的主要研究方向是低温热能回收、混合流体、热力学特性、低温热源系统、复合循环系统、太阳能集热发电等。废气、高温蒸汽、尾气和其他能源的再利用可缓解能源短缺状况，几乎不污染环境。然而，目前我国在这方面的研究还不够充分，缺乏对低温热能回收设备的独立研究和开发，商用应用设备大都依赖进口，需要更多地注意。

4 结语

目前，我国低温火力发电的研究和应用尚处于起步阶段，与发达国家相比相对落后，但发展速度非常快，发展空间广阔。近年来，低温热能的研究一直集中在复合循环系统领域，并且对发电系统的最优控制和其容量的最大扩展投入了很多关注。高效、环保成为我国发电的主要指标，也成为电力行业发展的主要方向。根据热力学原理，热源的温度在一定范围内与热效率成正比。因此，电力企业需要创新技术提高热源温度。改善热源温度主要有两种方案。一种就是优化热源收集技术，另一种是减少热能消耗。从环境保护的角度来看，发电系统的主要目的是使用天然制冷剂、合成制冷剂和其他原材料，对环境的破坏较小。除此之外，合理运用热能与动力工程可以有效减少能源消耗，提高电厂的工作效率。目前，我国很多发电厂的能源消耗都存在很多的问题，这些问题都或多或少制约了我国社会的可持续发展。因此，在今后的生产中，技术人员要把节能、降耗、环保等环保理念作为首要生产条件。