有机朗肯循环和卡琳娜循环发电哪个好 - 爱问答

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有机朗肯循环和卡琳娜循环发电哪个好

技术上,所谓核心技术可以分为两类:a,系统中某个或几个重要组成部分远超竞争对手;b,系统整体的集成及优化做的非常好。
经济上,可以长期稳定的输出现金流,需要两个外在条件支撑:a,热源本身稳定;b,发电系统运行稳定。
1,关于ORC有机朗肯循环技术
ORC的本质就是根据不同品位的热源选择不同的工质去匹配,系统组成基本等同于常规火电厂。ORC技术的难点在于系统整合及优化,其部件如蒸发器、膨胀机、冷凝器、发电机等都是有非常广泛应用的。以色列Ormat就是以其ORC系统闻名于世,而其所用设备并无新意,或者说要远远不及各大专业厂商。
目前国内ORC刚起步,集成厂商基因:
a,制冷系统厂商;主要包括武冷、雪人、天加、汉钟等,可以说这些厂家有着得天独有的优势,对有机工质的蒸发、冷凝有非常深入的研究,膨胀发电机部分则相对陌生。不过虽然系统构成非常类似,以上各家也很快推出了自己的ORC系统,但是由于跟自身业务并非重合,市场推进普遍较慢。
b,传统膨胀机厂商;主要包括GE、UniEco、NREC等,此类厂家相对于其他两类,对高压工质膨胀发电有着无与伦比的经验,对蒸发冷凝则相对陌生。整个ORC系统,相对最为核心的部分为膨胀机,往往瓶颈也在膨胀机部分。所以所有厂家中也只有GE成功运行了其所谓的ORegen system,以导热油为热媒,环戊烷为膨胀工质,两级透平膨胀机膨胀的高参数高效率的ORC系统。
c,压缩机厂商;主要包括开山、711、克隆等,此类厂家既没有蒸发冷凝经验,也没有膨胀发电经验,不过开山经过长期的摸索,也开拓了一条自己的生存之路,不过将来定会遇到各方挑战。
ORC系统目前市场上有三种动力机:双螺杆膨胀机、径流式透平膨胀机、轴流式有机汽轮机。下文简要的做一下对比,尽量在本人的认知范围内保持客观。
其中双螺杆膨胀机市场上有两种可以用于ORC系统:a,无油螺杆;b,喷油螺杆。无油螺杆通过两对传动齿轮保持两根螺杆间有微小的缝隙,无油螺杆压缩机常用于工艺气体、水蒸气压缩,内效率为70%以内。喷油螺杆依靠往螺杆腔内喷射润滑油润滑,两根螺杆转子间没有缝隙,相对于无油螺杆的内泄漏要小,效率比无油螺杆要高出3%左右。但是喷油螺杆用于ORC所带来的问题为,有机工质跟润滑油混合后需要油分去分离,带有微量润滑油的有机工质会进入换热器,影响换热效率。从技术难度上来说,无油螺杆要高于喷油螺杆,国内无油螺杆的代表厂商为711所旗下齐耀动力。
1.1,双螺杆膨胀机
*螺杆膨胀机的机械特性决定了其以下特性:
a,等熵膨胀效率不会太高,机组内效率65%-70%比较中肯;
b,相对于透平机械,寿命短,故障率高;
c,单机功率小,单机100-500KW比较合适螺杆机做,太大的装机需要并联机组去实现,这个更加突出了螺杆机故障率高的问题;
d,灵活性高,对于热源不稳定的,可以开关几台机组,轻松的实现效率最高化;
e,适应性强,螺杆机相对于透平是为吃粗粮的,若配异步发电机,对热源的波动等有较大的适应范围;
f,可承受压力低,一般最高只能达到2.5MPa;
g,价格低,ORC低温余热发电这一块1KW机组价格需控制在10000RMB以内,而螺杆膨胀机组的价格可以远远低于这个数,鉴于很多低温余热发电机组的装机容量不会太大,故如果找准自身定位,螺杆膨胀机的前景还是非常光明的。
1.2,径流式透平膨胀机
*径流式透平膨胀机具有以下特性:
a,等熵膨胀效率高,国产的75%左右,进口的85%左右,关于透平膨胀机效率高的理论依据如下:
*由于离心力场作用,使()/2g这部分能量无损地变成机械功;
*在叶轮内相对速度及出口绝对速度都较小,因此叶轮损失及余速损失都较小;
*环形径向叶栅气流通道为收敛型,损失小;
*进、排气管损失小。
b,相对于螺杆膨胀机,寿命长,故障率低。这些都要归功于透平机械稳定的运转,简单的结构;设计寿命20年;
c,单机功率相对螺杆机要大很多,一般为300KW到10000KW,解决了螺杆膨胀机做大装机并联的问题,进一步降低了故障率。单级膨胀比可以做的比较大,20以内;入口压力可以做的比较高,一般按10MPa设计;
d,价格高,实际项目考虑投资回报期,所以小功率的就不用考虑采用透平动力总成,建议500KW装机容量以上。这一点特性就划清了其与螺杆膨胀机的应用范围;
e,密封性好,由于循环工质的价格比较高,密封问题就显的尤为突出,但是目前ORC的密封问题在国际上都得不到彻底的解决。径流式透平在各种动力总成方案中,密封是相对解决的最好的。
1.3,轴流式有机汽轮机
*轴流式汽轮机的特性:
a,等熵膨胀效率比较高,70%左右。小功率机组的效率还有待考究,多级膨胀大功率机组的效率应该可以做的比70%高的多。由于低温余热发电的装机容量相对比较小,个人认为70%左右比较中肯。
b,寿命比较长,维修成本较高。
c,单机功率可以做的最大,多级膨胀决定了其膨胀比也可以做的很大。
d,进口的价格很高,这个也涉及到国内外市场的差别,国外投资回报期5年以上是正常的,国内如果5年,基本上就不用考虑。
动力机无好坏优劣之分,但是由于成本及其机械特征可以划分成几块适合于各种动力机的工作场合。从世界范围来看:螺杆机用的最好的为欧美的两三家小公司,径流透平目前GE跟三菱都在推广,轴流汽轮机应用最为广泛代表为奥马特地热、UTC等。国外市场呈现出这么一种况是可以解释的:在相同成本的况下首选径流透平,其次轴流汽轮机,再次螺杆膨胀机,以这个为基本出发点结合上文阐述的三种动力机的优缺点就可以很好的解释国际上的这个现象。
2,关于ORC应用领域
2.1 新能源发电
主要分为三块生物质、地热、光热。新能源相对于工业余热的单位投资要大得多,因为热源是需要专门装置去收集产生,但是由于其可以长期稳定输出的经济效益,成为了一个投资热点。
a,生物质发电,目前可以说这个行业做的不是太好,但已经有大量生物质电站投运。回收利用生物质资源,供暖或者发电产生经济效益的同时,减少了生物质直接燃烧对大气的污染,并且可以为农民带来一部分经济收入。目前生物质发电的核心问题为:如一个20MW的生物质电站,需要方圆60-100公里的生物质作为燃料,长距离的运输成本,及大容量的储藏成本,附带大面积的协调及采购成本,直接影响了生物质电站的发展。
若采用ORC系统,可以做成2MW*10个分布式生物质电站。对于投资者,降低了资产风险。长距离运输、大容量储藏、农民的协调及管理成本也将大大的降低。
这是一个系统性的工作,目前国内还没有企业或者个人涉足。不过根据欧洲生物质发电情况,及以上所列优势,相信ORC技术在生物质发电量领域会有一席之地。联优正在积极开展这方面工作。
b,地热发电,从世界角度看,这是目前的一个热点,发展速度非常之快。反观国内地热发电,基本上停止不前,但是这两年肯定会启动。若可以整合国内的设备商,往国外市场推,确实有非常大的竞争力。开山走出了第一步,并明确表示要大力发展美国地热发电市场,会类似于Ormat运营一些地热电站。ORC在地热发电上的广泛应用已经是毋庸置疑的
c,光热发电,目前我国光热发电技术路线基本确定为塔式熔盐。光热相对于光伏一个得天独厚的优势就是储能,光热为储热,而光伏为储电,储热的技术难度要远远低于储电。目前光伏的成本非常的低,那么光热唯一的优势就在于储热,作为以后的一个基荷向电网全天稳定输出电力。
但是光热的复杂性在于其为一个热电转换构成,设计的学科非常的广泛。ORC在光热领域的应用将会是必然的,因为统计过朗肯循环的最大装机容量,有限。光照资源丰富的地方,往往带来的问题就是缺水,而ORC可以实现无水设计。
但至于目前,塔式熔岩跟线菲ORC技术,两者孰优孰劣还没有一个非常准确的说法。
2.2,工业余热发电
关于工业余热利用,优先级从高到低为直接换热供工艺使用、(溴化锂制冷、吸收式热泵、MVR技术)、余热发电技术。必须以业主需求为导向,优先选择热热利用,最后再考虑余热发电。
余热发电技术分为多种:朗肯循环、卡琳娜循环、ORC等。其实原理都一样,将热转化为高压气体,高压气体推动膨胀机发电。各种不同的余热发电技术,只是为了适应品位不同的余热罢了。以下简单的罗列几种废热源情况:
a,300℃以上烟气,比如水泥窑炉、玻璃窑炉等,采用余热锅炉+汽轮机发电已经非常成熟。
b,300℃以下烟气,比如余热锅炉排气、石灰窑烟气、热风炉烟气等,采用烟气-热水(导热油)换热器+ORC发电,如洛阳隆华太原钢厂项目。
c,450℃左右燃机烟气,若燃机装机容量比较大(比如10MW以上)且当地不缺水,则采用余热锅炉+汽轮机发电;若装机容量较小或当地缺水,则采用烟气-热水换热器+ORC发电。
d,0.5MPaA以下饱和水蒸气,排空,采用ORC发电。
e,0.5MPaA以上饱和水蒸气,排空,采用汽轮机全凝发电。
f,小流量(10t/h左右),低参数(3MpaA以下)蒸汽减压,采用螺杆膨胀机发电;大流量,高参数,采用背压式汽轮机发电。
g,热水,采用ORC发电。如化工合成塔冷却水。
工业余热最大的下游是石化,如果都用ORC可能有上百亿的规模。
投资者最看重的是稳定的输出。工业余热量的稳定是基本无法控制的,取决于其主流程,只有业主可以对历年来的趋势给予一个预测。
另外一个重要因素就是发电设备本身的稳定,特别是对于石油化工领域,可靠性高于一切。
那么透平膨胀机不论是从高效、可靠性、寿命、成熟度等方面都要远优于容积型膨胀机,但是由于其价格较高、不适合做的太小、工业余热量不会太大,螺杆膨胀机在其细分领域也将大有所为。

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