刘嘉楷
山东电力工程咨询院有限公司 山东省济南市 250013
摘要：我们各国拥有丰富、温暖和节能的资源，对空间和能源的开发非常宝贵。低热量被广泛使用，在太阳能和工业能源生产中起着重要作用。本文研究了低温发电的现状和未来趋势，为低温发电研究提供了行业参考。
关键词：低温热能；低品位能源；热力发电；环保工质
低温热能是一种可再生能源，提供了回收的好处。根据一项调查，中国每年排放大量二氧化硫，主要是低质量的。低温热能加剧了能源短缺。高效利用低温是符合我国能源战略的重要措施，也是社会各界应注意和重视的节能减排重要工具。到目前为止，循环系统早就准备好降低我国的热量了。这项系统技术是在19世纪初开发的，现已近200年。它是一种回收工质用于复杂回收过程的系统。这些系统通常用于回收，并且在实践中易于快速使用。因此，它们被用于许多工业制造企业。
一、概述
低温热能是相对较低的热量。总温度低于200℃。有各种各样的可再生能源，包括太阳能、工业热能、地热能源和海洋温度变化。数目庞大，关于工业废热，统计数据表明，50%的人直接将低温热能作为低质量废物的热量散发。使用和回收这部分能源不仅有助于解决各国的能源问题，而且有助于减少能源生产过程中的污染。节节能技术主要基于朗肯循环热发电系统，如有机物朗肯循环、水蒸气扩容、Kalina、氨吸收循环等。有机朗肯循环有机物工质(或混合材料)使用不同的有机工质在不同温度下回收热量。水蒸气扩容循环主要用于地热发电。karina氨结合合成氨的回收利用是一种新型的合集循环。70年代石油危机中，开始了一项关于低温利用的国家和国际研究。有机物朗肯循环最常面临生物重复的研究和应用结构。早在1924年就开始研究二苯醚作为工业物质的循环。到目前为止，全球已部署了2000多ORC装置，共有14000 kW半兽发电机组人。低温热能发电的研究主要研究工质的热特性和环境特性。混合工质的应用优化冷却循环等。
二、系统描述
能量转换系统以理想的朗肯循环为基础，利用有机工质低沸点的物理特性，利用膨胀机、发电机将低温热能转换为高质量机械能量。通过蒸发器与低温热源之间的热交换，工业剂蒸发为饱和蒸汽或过热蒸汽，带动膨胀机工作，将热量转化为机械能量，并由发电机转化为电能。充气蒸汽进入冷凝器，凝结成饱和液体，工业代理的循环泵进入蒸发器完成循环。在理想的循环过程中，熵(如饱和气体)会增加能量，蒸汽泄漏会凝结成饱和液体。在实际运行过程中，由于存在各种不可逆损失，膨胀过程是熵增加的过程，冷凝液往往具有一定的冷量，能量转换效率低于理想过程。
三、低温热能发电现状
1.太阳热能。太阳能具有热源密度低、温度低的特点。这是典型的低温热，也是最常用的开发之一。太阳能是清洁、无排放的能源，也是国家政策鼓励的新的绿色能源。太阳能不仅是直接能源太阳能还包括受太阳间接影响的风力和波浪能量。太阳能热能生产系统利用太阳能集热器收集阳光和热量，烧水产生蒸汽，将太阳的放射能转换为热能，并引导汽轮机发电。
2.工业余热发电。工业废热也是低温热能，成本低，环保等优点。一方面，工业热回收可以减少工厂的排放和能耗，提高工厂的运行效率，减少环境污染。另一方面，工厂每天排放废气大量的废热能可用于发电，这是非常方便和稳定的。回收废热能的成本远远低于采用其他热源的成本。因此，从经济效益和社会价值的角度来看，工业余热能发电具有广阔的应用前景。
3.地热发电。地热资源主要来自地球内部巨大的热源，具有很大的可再生特性。工业发电用地热主要是低热和低温，应用主要是蒸汽地热和热水地热。
地热发电有两种主要方法:扩展和双重质量。膨胀方法主要用于处理蒸汽地热。降低发电系统的闪光蒸汽压力，提高系统容量，然后将热量注入汽轮机驱动系统。两种介质的方法可以处理蒸汽地热和热水地热。发电系统以地热为有机材料，利用龙肯循环原理进行处理，增加加工工具，并利用其热源发电。
4.生物质能发电。生物质能从投资少、生产利用率高中获益，非常适合于小型供热系统。生物质能原料可以从家具和木材等工业垃圾中获得。而且生物质能在燃烧过程中容易控制，是一种环保能源。生物电厂的布局应科学、系统化。小型发电厂比小型分散发电厂成本更低，这些发电厂优化了系统的运行和管理。
5.海洋温差能发电。海洋温差能主要用于沿海城市和岛屿，也提供了低成本的优势。这种发电方式主要使用海洋层温差产生的能量。该系统要么采用海水，要么采用环中低沸点能量体，并将能量体作为能量源输入阀门。发电造成温室气体较少。此外，它还可以将海水转化为淡水，以缓解全球变暖和淡水短缺这两个最大的环境问题。海洋发电厂有两种:陆上发电厂和海面漂浮发电厂。
四、低温热能发电发展趋势
1.环保型工质。工质是朗肯循环和基于朗肯循环的其它循环的关键问题之一。高效、环保、安全是工质选择的发展趋势。主要趋势是混合工质、天然工质和HFC工质。保护大气环境对选择工作质量提出了更高的要求，应选择等于零ODP和低GWP的工质。天然材料(如氨)对环境无害，但其热特性可能有缺陷，因此需要优化系统结构以提高系统性能。HFC工质没有破坏臭氧层的能力，也就是说，其耗氧潜能值为零。然而，大多数新制冷剂的热特性并不理想，需要在热特性和环境保护之间取得平衡。
2.复合循环。低温热能发电的热量来源品位低，复合循环是提高热量利用率的有效途径之一。自自动制冷组合循环出现以来，已进行了大量研究。该系统为分布式能源的应用提供了良好的前景。
3.优化循环过程。低温热系统优化包括两个主要方面:(1)考虑系统和装置的静态特性，以及提高蒸发器和涡轮机等装置的性能。例如，通过研究工人的流动特性，特别是ORC系统中使用的流动特性，改进了透平机的设计，提高了效率；另一个例子是集成MTI制造的透平、发电机、高速齿轮箱、高压泵、真空泵、润滑油系统和轴封，以提高质量功耗比并降低成本。(2)低温热能发电系统一般在不断变化的环境中运行，如白天和黑夜对太阳能热能发电系统的影响、发电系统对工业热能回收的影响等。因此，有必要利用有限的时间热力学和最佳控制方法，从时间角度优化系统控制。
4.低温热能。上海交通大学在实验研究的基础上，与东京大学合作，对基于ORC的低质量电力系统进行了研究。主要研究方向是基于太阳加热技术的低功耗低功耗生产、新型ORC的特点、混合分析、基于限时热的动态系统特性、基于热力学的动态热系统类型等。初步研究主要是低温热系统中不同设备的热特性。详细分析了R123等有机材料在热源不同温度、不同冷凝温度和不同蒸发压力下的热特性。产生的参数包括热系统中不同材料的效率、流量和其他参数，以及材料的温度范围。并在此基础上建立了ORC试验平台，在该平台上从低温热工系统性能研究中收集有用数据，然后计划根据测试数据库进一步研究该系统的动态特性，并考虑模拟半实物模型的方法。
中国低温热能发电的研究与应用处于初步阶段，落后于发达国家。但是，发展的速度。近年来，低温热能发电研究侧重于混合循环，重点是供热系统的最优控制和容量优化。低效率和环保是产生低能耗热能的两个主要指标，也是低成本热能技术的核心。根据热力学原理，热源直接与某地区的热效率相关，是提高热电厂生产率的有效方法。
参考文献：
[1]王涛明.太阳能温差发电系统热电性能的分析[J].广东工业大学学报.2019(02)
[2]徐晓.对烟囱式和塔式太阳能热力发电系统的分析[J].广州航海高等专科学校学报.2019(02)