Ανάλυση και εφαρμογή τεχνολογίας υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών για γεννήτρια ατμού
1, ορισμός πυρήνα και θερμοδυναμική βάση παραμέτρων υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας
Ο διαχωρισμός υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών των γεννητριών ατμού δεν είναι μια απόλυτη τιμή, αλλά μια βιομηχανική συναίνεση που διαμορφώνεται με βάση τις θερμοδυναμικές αρχές και την πρακτική μηχανικής. Η βασική του βάση είναι η θεωρία του κύκλου Carnot - η υψηλότερη απόδοση μιας θερμικής μηχανής καθορίζεται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πηγής θερμότητας και της πηγής ψυχρού. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση της μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
(1) Ορισμός και Χαρακτηριστικά Παραμέτρων Υψηλής Θερμοκρασίας
Στον βιομηχανικό τομέα, η κύρια θερμοκρασία ατμού των γεννητριών ατμού υψηλής-θερμοκρασίας ορίζεται συνήθως ως 500 μοίρες ή μεγαλύτερη και η πίεση υποστήριξης είναι ως επί το πλείστον στην περιοχή των 10 MPa-30 MPa. Ορισμένες υπερκρίσιμες μονάδες μπορούν ακόμη και να φτάσουν πάνω από 600 μοίρες ή 25 MPa. Ο βασικός στόχος αυτού του εύρους παραμέτρων είναι να μεγιστοποιήσει τη διαφορά θερμοκρασίας και να προωθήσει τη θερμική απόδοση να ξεπεράσει το 40%, ή ακόμα και να φτάσει πάνω από το 45%. Η εφαρμογή παραμέτρων υψηλής{12} θερμοκρασίας βασίζεται στην καύση πηγών ενέργειας υψηλής-βαθμίδας (όπως άνθρακας και φυσικό αέριο) ή πυρηνικών αντιδράσεων. Το νερό θερμαίνεται σε υψηλή{15}}θερμοκρασία και ατμό υψηλής πίεσης μέσω λεβήτων ή αντιδραστήρων και στη συνέχεια οδηγείται σε περιστροφή με υψηλή ταχύτητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
(2) Ορισμός και Χαρακτηριστικά Παραμέτρων Χαμηλής Θερμοκρασίας
Η κύρια θερμοκρασία ατμού των γεννητριών ατμού χαμηλής-θερμοκρασίας είναι συνήθως κάτω από 300 μοίρες και ορισμένα συστήματα ανάκτησης άχρηστης θερμότητας μπορούν ακόμη και να τη μειώσουν στους 80 βαθμούς -250 βαθμούς, με πιέσεις συχνά κάτω από 2,5 MPa. Η βασική λογική τέτοιων συστημάτων δεν είναι να επιδιώκουν την τελική απόδοση, αλλά να χρησιμοποιούν θερμική ενέργεια χαμηλής{10}}βαθμίδας (όπως βιομηχανικά απόβλητα θερμότητας, ηλιακή ενέργεια, γεωθερμική ενέργεια) για να επιτύχουν "μετατροπή των απορριμμάτων σε θησαυρό". Αν και η θερμική τους απόδοση είναι γενικά μεταξύ 10% -25%, μπορούν να μετατρέψουν την αρχικά σπατάλη θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία έχει εξοικονόμηση ενέργειας-και περιβαλλοντική αξία. Η εφαρμογή παραμέτρων χαμηλής{14} θερμοκρασίας δεν βασίζεται στην κατανάλωση ενέργειας υψηλής έντασης, αλλά μάλλον προσαρμόζεται στα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας πηγών θερμότητας χαμηλής ποιότητας μέσω ειδικών ρευστών λειτουργίας ή τεχνολογιών κυκλοφορίας.
2, Διαφορές στις τεχνικές διαδρομές των γεννητριών ατμού υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας
Η διαφορά στις παραμέτρους θερμοκρασίας οδηγεί άμεσα σε σημαντικές διαφορές στα εξαρτήματα του πυρήνα, τους τρόπους κύκλου και το σχεδιασμό του συστήματος των γεννητριών ατμού, σχηματίζοντας δύο εντελώς διαφορετικές τεχνικές διαδρομές.
(1) Γεννήτρια ατμού υψηλής θερμοκρασίας: τεχνολογική επιδίωξη τελικής απόδοσης
Οι γεννήτριες ατμού υψηλής θερμοκρασίας, που αντιπροσωπεύονται από παραδοσιακούς θερμικούς και πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, έχουν τον τεχνικό πυρήνα της «αντίστασης σε υψηλή θερμοκρασία και αντίσταση υψηλής πίεσης» και επιτυγχάνουν αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας μέσω αναβαθμίσεων υλικών και βελτιστοποίησης του συστήματος. Στα βασικά εξαρτήματα, ο βασικός εξοπλισμός, όπως πτερύγια τουρμπίνας και αγωγοί λέβητα, πρέπει να χρησιμοποιούν ειδικά υλικά, όπως κράματα με βάση το νικέλιο και ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα{{1} για να αντιστέκονται στην οξείδωση, τη διάβρωση και την κόπωση σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Όσον αφορά την κυκλοφορία, χρησιμοποιείται συνήθως ο κύκλος Rankine, ο οποίος παράγει ατμό υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής-πίεσης μέσω ενός λέβητα. Αφού δουλέψει ο ατμοστρόβιλος, ο ατμός εξαγωγής ψύχεται σε νερό από έναν συμπυκνωτή και στη συνέχεια συμπιέζεται από μια αντλία τροφοδοσίας και στέλνεται πίσω στο λέβητα για να σχηματίσει έναν κλειστό κύκλο. Στο σχεδιασμό του συστήματος, απαιτούνται πολύπλοκες συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας και μείωσης πίεσης για τη διασφάλιση σταθερών παραμέτρων ατμού και την αποφυγή ζημιών του εξοπλισμού λόγω διακυμάνσεων της θερμοκρασίας.
3, Πανοραμικά σενάρια εφαρμογής γεννητριών ατμού υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας
Τα χαρακτηριστικά των παραμέτρων θερμοκρασίας καθορίζουν ότι τα σενάρια εφαρμογής δύο τύπων γεννητριών ατμού έχουν σαφή όρια, καλύπτοντας δύο βασικά πεδία: κεντρική τροφοδοσία μεγάλης-κλίμακας και ανάκτηση κατανεμημένης απορριπτόμενης θερμότητας.
(1) Γεννήτρια ατμού υψηλής θερμοκρασίας: η κύρια δύναμη για κεντρική-κλίμακα τροφοδοσία ρεύματος
Οι γεννήτριες ατμού υψηλής θερμοκρασίας, με τα πλεονεκτήματα της υψηλής ισχύος και της απόδοσης, έχουν γίνει η βασική επιλογή για κεντρική-κλίμακα παροχή ρεύματος. Όσον αφορά τα σενάρια εφαρμογής, οι μεγάλοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί διανέμονται κυρίως σε περιοχές πλούσιες σε άνθρακα ή κέντρα φόρτωσης, καλύπτοντας τις ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας της περιφερειακής βιομηχανικής παραγωγής και της οικιστικής ζωής μέσω της παραγωγής θερμικής ενέργειας, με μια ενιαία μονάδα ισχύος έως ένα εκατομμύριο κιλοβάτ. Οι πυρηνικοί σταθμοί βασίζονται στην υψηλή ενεργειακή πυκνότητα του πυρηνικού καυσίμου και βρίσκονται σε περιοχές με υψηλή ενεργειακή ζήτηση και περιβαλλοντικές απαιτήσεις, παρέχοντας ηλεκτρική ενέργεια σταθερού βασικού φορτίου για την περιοχή και πλησιάζοντας τις μηδενικές εκπομπές άνθρακα.
Επιπλέον, οι γεννήτριες ατμού υψηλής{0} θερμοκρασίας είναι επίσης κατάλληλες για μεγάλους βιομηχανικούς ιδιόκτητους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, όπως μεγάλες επιχειρήσεις στον τομέα του χάλυβα, της χημικής και άλλων βιομηχανιών. Παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με την καύση-ιδιοπαραγόμενων καυσίμων ή τη χρήση απορριπτόμενης θερμότητας διεργασίας (τμήμα υψηλής-θερμοκρασίας) για να καλύψουν τις δικές τους ανάγκες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και να μειώσουν την εξάρτηση από εξωτερικές αγορές ενέργειας.
4, Τάση Ανάπτυξης Βιομηχανίας: Συνεργατική Εξέλιξη Διαδρομών Υψηλής και Χαμηλής Θερμοκρασίας
Με γνώμονα την ενεργειακή μετάβαση και τον στόχο "διπλού άνθρακα", οι γεννήτριες ατμού υψηλής-και χαμηλής-θερμοκρασίας δεν είναι αμοιβαία υποκαταστάσιμες, αλλά παρουσιάζουν μια συντονισμένη τάση ανάπτυξης "αναβάθμισης υψηλού-και χαμηλού{3}}διεύρυνσης".
(1) Διαδρομή υψηλής θερμοκρασίας: αναβάθμιση προς υπερκρίσιμες και καθαρές διαδικασίες
Οι γεννήτριες ατμού υψηλής θερμοκρασίας θα συνεχίσουν να αναπτύσσονται προς υπερκρίσιμες και σχεδόν μηδενικές εκπομπές. Από τη μία πλευρά, μέσω των καινοτομιών στην τεχνολογία των υλικών, η θερμοκρασία και η πίεση του κύριου ατμού μπορούν να αυξηθούν περαιτέρω, προωθώντας τη συνεχή βελτίωση της θερμικής απόδοσης και μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές άνθρακα ανά μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, συνδυάζοντας την τεχνολογία δέσμευσης, χρήσης και αποθήκευσης άνθρακα (CCUS), μπορούν να επιτευχθούν σχεδόν μηδενικές εκπομπές από τη θερμική ενέργεια, επιτρέποντάς της να εξακολουθεί να παίζει σταθεροποιητικό ρόλο στο βασικό φορτίο ηλεκτρικής ενέργειας στην ενεργειακή δομή με αυξανόμενη αναλογία νέας ενέργειας.
(2) Διαδρομή χαμηλής θερμοκρασίας: επέκταση προς κλίμακα και υψηλή προσαρμοστικότητα
Οι γεννήτριες ατμού χαμηλής θερμοκρασίας θα δημιουργήσουν μια διπλή ευκαιρία-μεγάλης κλίμακας εφαρμογής και τεχνολογικής αναβάθμισης. Όσον αφορά την κλίμακα εφαρμογής, με τις αυστηρότερες πολιτικές-εξοικονόμησης βιομηχανικής ενέργειας και την αυξανόμενη ευαισθητοποίηση σχετικά με την ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας, οι γεννήτριες χαμηλής-θερμοκρασίας ORC θα διαδοθούν σε περισσότερες βιομηχανίες, δημιουργώντας μια μεγάλης κλίμακας-αγορά παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από απόβλητα θερμότητας. Όσον αφορά την τεχνολογική αναβάθμιση, θα επικεντρωθούμε στην έρευνα και ανάπτυξη νέων και αποδοτικών ρευστών εργασίας, στη βελτίωση της απόδοσης ανταλλαγής θερμότητας και στον έξυπνο έλεγχο των συστημάτων, μειώνοντας το κόστος παραγωγής ενέργειας από χαμηλές θερμοκρασίες, βελτιώνοντας την προσαρμοστικότητα σε άχρηστες πηγές θερμότητας διαφορετικών θερμοκρασιών και κλιμάκων, και επεκτείνοντας τη χρήση εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας{0}-8} πτυχίο).
