新能源發(fā)電技術(shù) 課件 于立軍 第7、8章 海洋能發(fā)電、燃料電池技術(shù)

7.1潮汐能蓄能發(fā)電技術(shù)目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望在海邊，海水存在規(guī)律的漲落現(xiàn)象：到了一定的時間，海水迅速上漲，過了一段時間以后，海水又自行退去，如此循環(huán)往復(fù)。海水的這種運動被稱為潮汐現(xiàn)象。

7.1.1.1潮汐現(xiàn)象潮汐運動的主要成因：天體的引潮力高潮和低潮高潮：在海水漲落的一次周期中海面上升到最高位置時稱為高潮低潮：在海水漲落的一次周期中海面下降到最低位置時稱為低潮漲潮、平潮落潮、停潮從低潮到高潮的過程稱為漲潮，從高潮到低潮的過程稱為落潮海面到達(dá)高潮時暫停升降的過程稱為平潮，海面降至低潮時暫停升降的過程稱為停潮。潮差在海水漲落的一次周期中，高潮高與低潮高的潮位高度差稱為潮差7.1.1.2潮汐的主要概念高潮低潮高潮高潮差落潮時間漲潮時間低潮高海底平面一張圖總結(jié)潮汐種類正規(guī)半日潮正規(guī)全日潮不正規(guī)全日潮不正規(guī)半日潮7.1.1.3潮汐的分類正規(guī)半日潮在一個太陰日內(nèi)有兩次漲潮和兩次落潮，且兩次漲落的程度大致相等在一個太陰日內(nèi)有兩次漲潮和兩次落潮，但兩次漲落的程度相差很大的潮汐被稱為不正規(guī)半日潮正規(guī)半日潮不正規(guī)半日潮正規(guī)半日潮與不正規(guī)半日潮正規(guī)全日潮不正規(guī)全日潮在一個月中，有連續(xù)一半以上的天數(shù)出現(xiàn)了一個太陰日內(nèi)只有一次漲潮和一次落潮的情況，漲潮和落潮時間大約都是12時25分，這種潮汐現(xiàn)象被稱為正規(guī)全日潮在一個月中，有不到一半的天數(shù)在一個太陰日內(nèi)只有一次漲潮和一次落潮，其他天數(shù)為不正規(guī)半日潮，這種現(xiàn)象叫做不正規(guī)全日潮正規(guī)全日潮與不正規(guī)全日潮引潮力做功導(dǎo)致了海水的漲落和流動，因此而產(chǎn)生的勢能和動能就是潮汐能。我國地處太平洋西岸，海域遼闊，海岸線迂回曲折，潮汐能資源的蘊藏量極為豐富。2012年，根據(jù)國家海洋局組織實施的我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項的調(diào)查與研究，我國（不包括臺灣地區(qū)）近海10米等深線以內(nèi)潮汐能資源的總蘊藏量為1.9286×108kW，其中可開發(fā)的500kW以上的潮汐能發(fā)電站站址有171個，技術(shù)可開發(fā)量為22830MW。7.1.1.4我國的潮汐能資源溫嶺江廈潮汐試驗電站總的來說：我國潮汐能資源十分豐富！目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望1.利用潮汐的動能，由海水向前流動的能量來推動水輪機轉(zhuǎn)動直接利用潮汐的動能比較困難，效率也較低一般不采用2.潮汐能蓄能發(fā)電，又稱潮位發(fā)電潮汐能蓄能發(fā)電利用潮汐的勢能，由海水漲落所形成的水位差來推動水輪機轉(zhuǎn)動，再由水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。7.1.2.1潮汐能蓄能發(fā)電原理潮汐能發(fā)電是利用潮汐能的一種方法，一般可分為兩種形式單庫單向發(fā)電單庫雙向發(fā)電雙庫連接發(fā)電7.1.2.2潮汐能蓄能發(fā)電方式123單庫單向發(fā)電方式只有一個水庫，如圖所示。這種方式采用單向水輪發(fā)電機組，只能在漲潮或落潮時發(fā)電。落潮發(fā)電流程如下：1.單庫單向發(fā)電充水漲潮時，水閘開啟，上漲的潮水進(jìn)入水庫，直至水庫內(nèi)外的水位一致為止。等待落潮時，水閘關(guān)閉，水庫內(nèi)的水位維持不變，水庫外的潮位不斷下降。當(dāng)水庫內(nèi)外的水位差達(dá)到水輪發(fā)電機組的啟動水頭時，機組開啟。發(fā)電水庫內(nèi)的水流外泄，機組發(fā)電，庫內(nèi)水位不斷下降，直到水庫內(nèi)外的水位差小于機組運行要求的最小水頭。單庫單向發(fā)電的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點這種方式只能在落潮時發(fā)電，對正規(guī)半日潮地區(qū)而言，一天內(nèi)發(fā)電兩次，停電兩次，導(dǎo)致平均每天發(fā)電時間較短，約為9-11小時，發(fā)電量較少，一般發(fā)電效率僅為22%。單庫單向發(fā)電方式采用單向水輪發(fā)電機組，結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電水頭大，具有較高的機組效率，工程建筑物的結(jié)構(gòu)也較為簡單。多數(shù)小型潮汐能蓄能發(fā)電站采用單庫單向發(fā)電方式。由于漲潮和落潮時的水流方向不同，單庫單向方式只能在落潮時發(fā)電。為了在漲潮和落潮時都能發(fā)電，可采用單庫雙向方式。2.單庫雙向發(fā)電這種發(fā)電方式同樣只有一個水庫，而“雙向”可通過兩種方法實現(xiàn)。采用雙向水輪發(fā)電機組來適應(yīng)漲潮和落潮時不同的水流方向。采用單向水輪發(fā)電機組，但是在布置水工建筑物時，讓流道在漲潮和落潮的兩種情況下都能沿著同一方向流入和流出水輪機。單庫雙向發(fā)電的兩種方式

1

2無論使用何種方式，發(fā)電的運行過程都包括：等候、漲潮發(fā)電、充水、落潮發(fā)電和泄水。因為采用了雙向發(fā)電，其平均發(fā)電水頭小于單向發(fā)電，機組效率較低。單庫雙向發(fā)電方式在一天內(nèi)發(fā)電四次，停電四次，平均每天發(fā)電時間約為14-16小時。相比于單庫單向發(fā)電，單庫雙向的發(fā)電量增加了15%-20%，能夠更充分地利用潮汐能。單庫雙向發(fā)電的優(yōu)缺點缺點優(yōu)點雙庫連接，是指在海灣的出口處建造兩個相鄰的水庫，它們各自通過進(jìn)水閘和出水閘與外海相連，其中一個水庫只在外海潮位高時進(jìn)水，稱為高水庫，另一個水庫只在外海潮位低時出水，稱為低水庫，水輪發(fā)電機組建在高、低兩個水庫之間。3.雙庫連接發(fā)電在潮水漲落的整個周期中，通過控制進(jìn)水閘和出水閘，讓高水庫保持較高的水位，低水庫保持較低的水位，兩者之間始終有一定的水位差，則海水從高水庫向低水庫流動時就能實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。發(fā)電原理發(fā)電方式工作原理優(yōu)點缺點單庫單向漲潮時向水庫充水，落潮后利用水庫內(nèi)外的水位差驅(qū)動水輪發(fā)電機組設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，機組效率高發(fā)電量較少，潮汐能利用率低，發(fā)電不連續(xù)單庫雙向采用雙向水輪發(fā)電機組，或利用特殊的流道布置使潮水在漲潮和落潮時從同一方向流經(jīng)水輪機，從而使水流在漲潮和落潮時都能驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電量較大，潮汐能利用率高機組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，發(fā)電不連續(xù)雙庫連接采用兩個分別與外海相連的水庫，通過控制水閘使它們始終保持一定的水位差，水流從高水庫流向低水庫時帶動水輪發(fā)電機組能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)發(fā)電發(fā)電量較低，工程建筑多總結(jié)7.1.2.3潮汐能蓄能發(fā)電量計算潮汐勢能

裝機容量

年發(fā)電量

目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.3.1潮汐能蓄能發(fā)電站的組成發(fā)電廠水閘攔水堤壩作為外海與海灣水域之間的一道屏障，用以形成水庫，并保證水庫內(nèi)外有一定的水位差，為潮汐發(fā)電提供條件水閘用于調(diào)節(jié)水庫的進(jìn)、出水量發(fā)電廠最為核心的設(shè)備就是水輪發(fā)電機組立軸式水輪發(fā)電機組橫軸式水輪發(fā)電機組貫流式水輪發(fā)電機組7.1.3.2水輪發(fā)電機組的分類1.立軸式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)特點把軸流式水輪機和發(fā)電機的軸豎向連接起來，垂直于水平面水輪機被置于較大的混凝土蝸殼內(nèi)，發(fā)電機被置于廠房的上部。優(yōu)勢和劣勢優(yōu)勢：這種形式的機組結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。劣勢：進(jìn)水管和尾水管有較多彎曲，水頭損失很大，導(dǎo)致效率較低。運用場所一般小型的潮汐電站可采用立軸式水輪發(fā)電機組。2.橫軸式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)特點不同于立軸式機組，橫軸式水輪發(fā)電機組將機組的軸橫置，其他方面大體相同。優(yōu)勢和劣勢優(yōu)勢：機組的進(jìn)水管縮短，進(jìn)水管和尾水管的彎度也較立軸式機組大大減少，因此水頭損失較少。劣勢：其尾水管很長，對廠房的長度有一定要求。運用場所廠房有一定規(guī)模的潮汐電站可采用立軸式水輪發(fā)電機組。貫流式半貫流式燈泡貫流式豎井貫流式軸伸貫流式全貫流式3.貫流式水輪發(fā)電機組燈泡貫流式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)：發(fā)電機被安裝在一個燈泡型的金屬殼體內(nèi)，與水輪機同軸連接特點：燈泡式機組的效率較高，并且結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好豎井貫流式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)：流道中設(shè)有豎井，發(fā)電機安裝在豎井內(nèi)，通過豎井中的傳動機構(gòu)與水輪機相連接特點：流道短，布置形式簡單，但是豎井處于流道中，對水流流動造成了一定阻礙，因而機組效率較低軸伸貫流式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)：發(fā)電機被安裝在流道外的尾水管頂部，水輪機的主軸從尾水管穿出后與發(fā)電機相連接，尾水管一般為“S”形特點：結(jié)構(gòu)簡單，彎曲的尾水管內(nèi)有水力損失，其效率較低半貫流式水輪發(fā)電機組1.流道平直，水流直貫水輪機的轉(zhuǎn)輪2.水輪機和發(fā)電機之間沒有傳動軸，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子安裝在流道外水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的外緣處1.發(fā)電機的尺寸不受限制，能夠采用最佳的轉(zhuǎn)子直徑，因而發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量較大2.全貫流式機組效率高，其適用水頭可達(dá)40m因為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很大，在承受潮流的推力和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時較難保持穩(wěn)定，要求水輪機和轉(zhuǎn)子輪緣間有良好的密封，因而全貫流式機組的制造要求很高優(yōu)勢構(gòu)造缺點全貫流式水輪發(fā)電機組總結(jié)水輪發(fā)電機組優(yōu)點缺點立軸式結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠水頭損失大，效率低橫軸式水頭損失較少長度長，需要較大的廠房面積貫流式半貫流式燈泡貫流式結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，效率高－豎井貫流式流道短，布置形式簡單效率較低軸伸貫流式結(jié)構(gòu)簡單效率較低全貫流式效率高制造工藝要求高不同于一般的水力發(fā)電，潮汐能蓄能發(fā)電使用的工作介質(zhì)是海水，其水輪發(fā)電機組的許多部件需要長時間浸泡在海水中，其余部件接觸到的空氣所含的鹽分也很高，這會對金屬材料產(chǎn)生極大的腐蝕作用，也會對機組中的電氣元件產(chǎn)生不良影響。因此，潮汐電站的水輪發(fā)電機組必須采用防腐處理。7.1.3.3水輪發(fā)電機組的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：防腐處理技術(shù)涂敷防腐涂料所有需要與海水接觸的水輪發(fā)電機組的部件表面都應(yīng)涂敷防腐蝕的涂料常見的有環(huán)氧瀝青防腐涂料等選用耐腐蝕的制造材料對關(guān)鍵性的部件可在滿足機械強度條件的情況下選用鉻、鉬、鎳含量較高的不銹鋼來制造，以提高其耐腐蝕性采用陰極保護(hù)在金屬部件上安裝輔助陽極，通過海水形成回路，使部件處于陰極狀態(tài)，降低了被腐蝕的可能性陰極保護(hù)適用于不易涂覆防腐涂料或涂料容易脫落的部件上防腐處理的主要手段目錄Contents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望7.1.4.1潮汐電站的發(fā)展簡史191219611966196719681984德國建成了全世界第一座小型潮汐電站——布蘇姆電站1961年，法國朗斯電站正式開工建設(shè)朗斯電站全部24臺單機容量為10MW的機組投入運行朗斯電站第一臺機組正式發(fā)電前蘇聯(lián)在基斯拉雅灣建成潮汐電站并且有兩臺400kW機組投入運行加拿大安納波利斯電站一臺17.8MW的機組投入運行電站名稱國家平均潮差（m）庫容（km2）總裝機容量（MW）首臺投產(chǎn)時間（年）朗斯法國8.5172401966基斯拉雅前蘇聯(lián)3.920.81968江廈中國5.123.91980安納波利斯加拿大5.1617.81984目前世界潮汐電站概覽電站名稱地址總裝機容量（kW）投產(chǎn)時間（年）沙山浙江溫嶺401961岳浦浙江象山3001971海山浙江玉環(huán)1501975瀏河江蘇太倉1501976果子山廣西欽州401977白沙口山東乳山9601978江廈浙江溫嶺39001980世界概覽中國概覽法國朗斯電站建于1966年，裝機容量達(dá)到240MW，設(shè)計年發(fā)電量為544GW·h。電站位于法國西北部圣馬洛海灣的朗斯河口以南約2.5km處，這里是世界上著名的大潮差地點之一，平均潮差為8.5m，最大潮差可達(dá)13.5m，潮汐能資源量十分可觀。7.1.4.2法國朗斯潮汐電站幾個之最全世界第一座具有經(jīng)濟價值的潮汐電站目前全球規(guī)模最大的已建成的潮汐能蓄能發(fā)電站目前全球規(guī)模最大的已投入運行的海洋能發(fā)電工程重要意義全世界第一座具有經(jīng)濟價值的潮汐電站標(biāo)志著潮汐能發(fā)電開始進(jìn)入實用階段1973年，江廈電站在浙江溫嶺樂清灣開工建設(shè)。電站采用單庫雙向發(fā)電方式，安裝有五臺雙向燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，其中一、二號機組水輪機和發(fā)電機之間裝有增速器；三、四、五號機組水輪機和發(fā)電機直接相連；六號機組是一臺新型的雙向臥軸燈泡貫流式機組。7.1.4.3浙江溫嶺江廈潮汐電站成就年發(fā)電量約為7.2GW·h，居于世界第三位我國第一座潮汐能雙向發(fā)電站我國目前規(guī)模最大的潮汐電站重要意義除發(fā)電以外，還兼有圍墾造田、海水養(yǎng)殖等多種功能為我國潮汐能資源的開發(fā)和利用積累了寶貴的經(jīng)驗?zāi)夸汣ontents7.1.1潮汐概述7.1.2潮汐能蓄能發(fā)電原理和發(fā)電技術(shù)7.1.3潮汐能蓄能發(fā)電站的核心——水輪發(fā)電機組7.1.4著名的潮汐能蓄能發(fā)電站7.1.5小結(jié)與展望人類利用潮汐能發(fā)電的歷史至今已有上百年歷史，經(jīng)過長久的經(jīng)驗和技術(shù)積累，潮汐能蓄能發(fā)電的規(guī)模正在從中小型向大型化發(fā)展。地球上有許多海灣和河口的平均潮差達(dá)到了4.6m以上，蘊含著巨大的潮汐能資源。加拿大和美國之間的芬迪灣有全球最大的潮差，達(dá)16.2m；朗斯電站地處的法國圣馬洛灣，最大潮差為13.5m；我國錢塘江的最大潮差也達(dá)到了8.9m。目前，世界上許多適合建造大型潮汐電站的地點都在研究潮汐能蓄能發(fā)電，全球正在規(guī)劃建設(shè)的100MW以上的潮汐電站有二十余座。但是，高潮汐能發(fā)電的不連續(xù)性使得潮汐電站的效率相對偏低，加上昂的土建成本和海水腐蝕導(dǎo)致的設(shè)備折舊費用，使得潮汐能蓄能發(fā)電目前在經(jīng)濟性上尚且無法和傳統(tǒng)的火電以及新興的光伏、風(fēng)電等發(fā)電技術(shù)競爭。在未來，隨著潮汐能蓄能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和發(fā)電成本的降低，其競爭力將不斷提高，潮汐能蓄能發(fā)電將在多種發(fā)電方式中占有一席之地。7.1.5小結(jié)與展望請簡述潮汐現(xiàn)象及其形成的原因。請簡述潮汐能蓄能發(fā)電的發(fā)電原理及其主要方式？它們的優(yōu)缺點分別是什么？請說出潮汐電站采用的水輪機組的主要類型及其優(yōu)缺點。習(xí)題與思考題謝謝！7.2波浪能發(fā)電技術(shù)目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.3目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.1波浪能概述1、波浪能成因主要原因：海風(fēng)吹過海面時，形成波浪，此時，風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為海水動能，并以波浪形式表現(xiàn)。其他原因：包括天體引力、海底地震、大氣壓力變化等因素，都會引起海水的波動天體引力海底地震大氣壓力變化7.2.1波浪能概述2、波浪能發(fā)展歷史波契克斯·普萊西克建造了第一座振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置1910年益田山雄發(fā)明了利用波浪能發(fā)電的導(dǎo)航燈浮標(biāo)1964年英國教授索爾特發(fā)明了“鴨式”波浪能發(fā)電裝置1970年英國建造功率75kW的振蕩水柱式波浪能電站1992年上述電站改建為500kW岸式波浪能電站2000年7.2.1波浪能概述我國海岸線長達(dá)兩萬多公里，可供開發(fā)和利用的波浪能資源極其豐富。3、我國波浪能資源7.2.1波浪能概述能量密度高潛在能源總量大無污染可再生波浪能發(fā)電技術(shù)發(fā)電量受環(huán)境的影響較大波浪能量的收集難度較大極不穩(wěn)定優(yōu)點缺點目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.2波浪能發(fā)電原理2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動能空氣動能波浪能電能重力勢能浮子動能波浪能發(fā)電：能量轉(zhuǎn)換過程第一階段轉(zhuǎn)換是重點，是波浪能發(fā)電技術(shù)的核心,是區(qū)分不同波浪能發(fā)電技術(shù)的標(biāo)志?？諝鈩幽埽赫鹗幩街亓菽埽赫袷幐∽邮礁∽觿幽埽涸嚼耸舰佗冖?.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)3波浪形成一定的規(guī)模，風(fēng)將在波浪的迎風(fēng)面作用一個更大的力，使波浪進(jìn)一步生長。1吹拂海面的風(fēng)形成一個水面切線壓力，從而產(chǎn)生波浪并持續(xù)增強。2大氣湍流產(chǎn)生壓力和剪應(yīng)力波動，若剪應(yīng)力波動于波浪相同，則產(chǎn)生更多的波浪。1、波浪的形成機理：

7.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)表面張力波引力波慣性波重力波

7.2.2.1海洋波浪的形成機理及性質(zhì)3、波浪的特性實驗發(fā)現(xiàn)：在特定的角頻率附近，海浪具有一個能量集中的極值點。設(shè)計一個合適的機械系統(tǒng)，可以吸收海浪中的大部分能量，即可以利用波浪能驅(qū)動一個機械系統(tǒng)。日本室蘭測試點實測海洋功率譜7.2.2.2波浪能吸收原理彈簧質(zhì)量塊阻尼器激勵力海洋波浪能吸收器力學(xué)模型系統(tǒng)固有頻率：

共振：當(dāng)激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時，質(zhì)量塊的振動最為劇烈，達(dá)到最大振幅，阻尼器吸收的能量也為最大。當(dāng)波浪頻率與波浪能吸收裝置的固有頻率相同時發(fā)生共振，波浪能吸收裝置的能量轉(zhuǎn)換效率最高。

1、波浪形成機理法——分別計算、疊加求和第n個波浪的功率：其中：代入、并疊加求和。7.2.2.3波浪功率的計算

2、功率譜的經(jīng)驗擬合算法：能量譜方程：波浪總功率：代入，得：可以發(fā)現(xiàn)：波浪總功率與有效波高的平方和有效波周期成正比。

7.2.2.3波浪功率的計算

7.2.2.4波浪能發(fā)電系統(tǒng)波浪能波浪能吸收裝置能量集中裝置發(fā)電裝置電能吸收波浪動能集中能量吸收器收集的能量，推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)自動化控制設(shè)備目錄Contents波浪能概述波浪能發(fā)電原理波浪能發(fā)電技術(shù)形式7.2.17.2.27.2.37.2.3波浪能發(fā)電技術(shù)形式波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)振蕩水柱式（空氣動能）振蕩浮子式（浮子動能）鴨式擺式筏式越浪式（重力勢能）目前主流的波浪能發(fā)電技術(shù)形式：1、原理振蕩水柱式（OWC、空氣渦輪式發(fā)電裝置）：利用波浪驅(qū)動氣室內(nèi)的水柱往復(fù)運動，再通過水柱推動氣室內(nèi)的空氣進(jìn)入空氣葉輪機旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)動能，進(jìn)而推動發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電。7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖

通過海浪波峰波谷的交替到達(dá)，形成氣室內(nèi)上下振蕩的水柱，并帶動空氣進(jìn)行往復(fù)運動水平出入氣流

多用于：靠岸的固定式和波浪能發(fā)電電站豎直出入氣流多用于航標(biāo)燈和發(fā)電船7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置水平出入豎直出入3、應(yīng)用實例7.2.3.1振蕩水柱式波浪能發(fā)電原理及裝置蘇格蘭艾拉島OWC發(fā)電裝置1990年建造75kW世界第一臺振蕩水柱式波浪能電站LIMPET5002000年由上述電站改建岸式振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置功率500kW，電力可供400戶居民使用1、原理振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置：利用波浪推動裝置的活動部分的往復(fù)運動，推動機械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動能，并最終轉(zhuǎn)換為電能。7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖能量轉(zhuǎn)化過程：當(dāng)海浪的波峰到達(dá)浮子時，浮子向上漂浮，波浪能轉(zhuǎn)變?yōu)楦∽觿幽?；浮子牽引鏈條移動，并通過鏈輪帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，浮子動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的動能；發(fā)電機將轉(zhuǎn)子動能轉(zhuǎn)換成電能；當(dāng)波谷到達(dá)時，浮子由于自身重力下降，牽引鏈條反向移動。不同的浮子設(shè)計：鴨式、擺式、筏式（1）振蕩浮子式：鴨式原理：工作狀態(tài)下，表層波浪的沖擊力大于內(nèi)部水的沖擊力，使得鴨體產(chǎn)生一上一下的“點頭”動作，鴨體的起伏搖擺帶動連桿，推動液壓缸內(nèi)的傳動油，將運動傳遞給液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，再帶動發(fā)電機發(fā)電。1-鴨體2-轉(zhuǎn)軸3-連桿4-液壓缸5-液壓傳動油漂浮式半漂浮式發(fā)電裝置安裝位置7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置（2）振蕩浮子式：擺式7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置原理：波浪進(jìn)入水室后，由于后墻的阻擋和反射作用，產(chǎn)生兩個方向相反的波浪，擺板在海水推動下進(jìn)行往復(fù)擺動，帶動液壓系統(tǒng)和液壓泵，將能量傳至發(fā)電機發(fā)電。懸掛擺浮力擺擺板布置方式原理：由于海浪的不斷波動，閥體之間的夾角也不斷變化，從而將波浪能轉(zhuǎn)換為筏體的動能，再轉(zhuǎn)換為鉸鏈內(nèi)部液壓系統(tǒng)的液壓能，最終轉(zhuǎn)換為電能。（3）振蕩浮子式：筏式7.2.3.2振蕩浮子式波浪能發(fā)電原理及裝置“海蛇”（Pelamis）號筏式波浪能發(fā)電系統(tǒng)鉸鏈內(nèi)液壓系統(tǒng)1、原理利用人造或自然形成的水池，將傳播至水池的波浪聚集于坡道，海水越過坡道后進(jìn)入蓄水池，在重力作用下，水的勢能轉(zhuǎn)換為動能，最后利用低水頭軸流式渦輪發(fā)電機，實現(xiàn)動能向電能的轉(zhuǎn)換。7.2.3.3越浪式波浪能發(fā)電原理及裝置2、結(jié)構(gòu)示意圖7.2.3.3越浪式波浪能發(fā)電丹麥開發(fā)主體的結(jié)構(gòu)由兩個引浪坡道和混凝土結(jié)構(gòu)的水池組成。固定式漂浮式發(fā)電裝置安裝位置在該裝置的引浪面前的坡道上安裝有曲形的反射壁，使得入射波更容易聚集到坡道上，有效地增加了波浪能的獲取率龍式（WaveDragon）波浪能發(fā)電裝置波浪能發(fā)電需要經(jīng)歷怎樣的能量轉(zhuǎn)換過程？結(jié)合波浪能吸收原理，簡述如何設(shè)計波浪能吸收器，才能使能量轉(zhuǎn)化效率最大？波浪能發(fā)電目前存在哪些主要的技術(shù)形式，它們各自有什么特點？習(xí)題與思考題謝謝！7.3海流能發(fā)電技術(shù)目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.57.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產(chǎn)生周期性的水平流動，這就是潮流。潮流風(fēng)生流主要存在于海水的上層,會隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產(chǎn)生周期性的水平流動，這就是潮流。潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風(fēng)力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。風(fēng)生流主要存在于海水的上層,會隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。等壓面而因海水溫度、鹽度的不均勻性,實際海洋中的等壓面往往是傾斜的,因而在水平方向上存在著使海水流動的力。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因潮流在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產(chǎn)生周期性的水平流動，這就是潮流。流向

類一在近岸淺海、海峽、海灣、河口以及島嶼之間的水道中，由于地形的限制，潮流只能沿直線方向作往復(fù)運動，這被稱為往復(fù)式潮流。漲潮流落潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因根據(jù)周期的不同，潮流也可分為半日潮和全日潮，其中半日潮的周期約為12小時25分，全日潮的周期約為24小時50分。周期類二如果一個太陰日內(nèi)僅出現(xiàn)一次最強漲潮流速和一次最強落潮流速，這種潮流被稱為正規(guī)全日潮。在正規(guī)全日潮中還摻有半日潮的波動的潮流則是不正規(guī)全日潮。潮流這種往復(fù)式潮流稱之為正規(guī)半日潮0一個太陰日0一個太陰日這種往復(fù)式潮流稱之為不正規(guī)半日潮海流的變化較為平穩(wěn)海洋中有許多條洋流，每條洋流終年沿著一定的途徑流動，流向基本不變，流速也較為穩(wěn)定。潮流的流向和流速都具有周期性的變化，且變化周期一般與潮汐一致。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因？2.海流能定義：海流的動能，與流量及流速的平方成正比。開發(fā)條件：最高流速達(dá)2m/s以上的水道，其海流能被認(rèn)為具有實際開發(fā)的價值。海流能的功率密度：指通過單位面積內(nèi)的海流能，是表征一處海域海流能強弱或海流能資源豐富程度的重要指標(biāo)。我國是全球海流能功率密度最大的地區(qū)之一。7.3.1海流能概述目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5海流能利用的主要方式是發(fā)電，其發(fā)電原理與風(fēng)力發(fā)電類似。7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)海水的動能水輪機的機械能電能利用潮流能發(fā)電時,由于潮流的運動具有周期性因此水輪機的轉(zhuǎn)動和能量轉(zhuǎn)換都具有確定的周期性變化1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)U為相對海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力

1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)U為相對海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力CL:葉片翼型的升力系數(shù)CD:阻力系數(shù)CM:力矩系數(shù)A:葉片特征面積C:葉片弦長ρ:流體密度1.能量轉(zhuǎn)換原理7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)

2.貝茲理論提出：1919年，德國物理學(xué)家阿爾伯特·貝茲（AlbertBetz）提出了貝茲理論，從理論上對葉輪的能量利用率系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。理論的條件：貝茲理論是基于“理想葉輪”的假設(shè)，即葉輪沒有輪轂，且葉片無限多，連續(xù)的、不可壓縮的流體均勻流過整個葉輪迎流面時不存在阻力，葉輪前后的流體流速方向均沿著葉輪軸向。

7.3.2海流能發(fā)電技術(shù)目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5發(fā)電機組包括水輪機、機械傳動系統(tǒng)和發(fā)電機。水輪機是核心，用來獲取海流能。大部分水輪機為旋轉(zhuǎn)類水輪機，一般可分為兩種：水平軸式和垂直軸式。電控系統(tǒng)用以控制發(fā)電系統(tǒng)并輸送電力。監(jiān)測系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測海流的流速和流向以及觀測海底地形。海洋工程結(jié)構(gòu)用以支撐和固定發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電機組0102電控系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)0304海洋工程結(jié)構(gòu)

7.3.3海流能發(fā)電裝置總述?1.水平軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉(zhuǎn)軸軸線方向與海流方向平行。這種形式與目前主流的風(fēng)力發(fā)電裝置形式頗為類似。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點水下風(fēng)車7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置

如何轉(zhuǎn)動發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點

17.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置1

如何轉(zhuǎn)動發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點

7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置如何轉(zhuǎn)動發(fā)電流向與流速：當(dāng)轉(zhuǎn)子平面正對著來流時，轉(zhuǎn)子才能按照設(shè)計的最大效率工作。提高效率的方法：潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對來流。提高效率的方法：此外，與風(fēng)力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。12影響輸出功率的因素由于潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以根據(jù)來流方向來調(diào)節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對來流。此外，與風(fēng)力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，使海流能發(fā)電機組的輸出功率保持穩(wěn)定。7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置流向與流速：當(dāng)轉(zhuǎn)子平面正對著來流時，轉(zhuǎn)子才能按照設(shè)計的最大效率工作。提高效率的方法：此外，與風(fēng)力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。3優(yōu)點影響輸出功率的因素22.垂直軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉(zhuǎn)軸軸線方向垂直于海流方向。對垂直軸式機組而言，任何方向的來流，只要達(dá)到機組的啟動流速，都能夠帶動水輪機轉(zhuǎn)動。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點豎軸式水輪機的葉輪可分為升力型、阻力型和升阻力混合型。橫軸式水輪機豎軸式水輪機7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式水輪機類型是否可自啟可/不可自啟原因升力型可變槳距式√可通過調(diào)節(jié)槳距以達(dá)到足夠的力矩實現(xiàn)自啟動不可變槳距式×沒有足夠的力矩實現(xiàn)自啟動，需要通過控制發(fā)電機使其先切換為電動機來拖動葉輪轉(zhuǎn)動，啟動后再將電動機切換為發(fā)電機，由葉輪帶動發(fā)電機工作阻力型√－升阻力混合型√－7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置兩種升力型豎軸式水輪機φ型達(dá)里厄豎軸式水輪機H型豎軸式水輪機7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式機組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成由豎軸式葉輪及浮筒裝置組成，葉輪安裝在浮筒下端采用固定于海床上的沉箱結(jié)構(gòu)，葉輪安裝于沉箱內(nèi)，其余部分與漂浮式機組類似特點漂浮式機組極易受風(fēng)浪影響較為穩(wěn)定漂浮式結(jié)構(gòu)固定式結(jié)構(gòu)7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置橫軸式水輪機豎軸式水輪機VS電氣部分能夠置于海面之上，使得系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)更為方便。但達(dá)到更高的效率需要較大的葉片長度，對發(fā)電水域的水深要求較高。橫軸式機組的優(yōu)點在于葉片長度能夠橫向伸展，可以在淺水水域?qū)崿F(xiàn)大功率發(fā)電。目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5我國海流能發(fā)電技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。80年代初，哈爾濱工程大學(xué)研究出了一種直葉片型的海流透平，能夠獲得較高的效率，并完成了60W模型的實驗室研究。此后，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了千瓦級的海流能發(fā)電裝置，在河流中進(jìn)行了試驗。世界上已開展海流能發(fā)電技術(shù)開發(fā)的國家主要有美國、英國、加拿大、日本、意大利和中國等。1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史7.3.4著名的海流能發(fā)電站SeaGen是世界上第一個大規(guī)模的商業(yè)化海流能發(fā)電項目，也是目前世界上最大的海流能發(fā)電裝置。英國SeaFlow和SeaGen海流能發(fā)電站SeaFlow是世界上第一臺安裝在廣闊海域上的海流能發(fā)電機組。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史挪威Hammerfest海流能發(fā)電站2003年，由挪威HammerfestStream公司研制的一臺300kW海流能發(fā)電裝置在KvalSound海區(qū)開始了發(fā)電試驗。這是世界上第一個300kW級的并網(wǎng)型海流能發(fā)電站。。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史意大利Kobold海流能發(fā)電站意大利PontediArchimede（PdA）公司和那不勒斯大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了位于西西里海峽墨西拿水道的Kobold海流能發(fā)電站。電站經(jīng)歷了多次改造，是世界上第一個接入電網(wǎng)的豎軸式海流能發(fā)電站，并在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)安裝了6kW的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，成為了世界上第一座實現(xiàn)與太陽能互補發(fā)電的漂浮式海流能試驗電站。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史

中國萬向海流能發(fā)電站從1982年開始，哈爾濱工程大學(xué)在萬向集團(tuán)的支持下陸續(xù)研制出了萬向I和萬向II海流能發(fā)電試驗裝置。該電站是世界上第一座采用坐底式的豎軸水輪機式海流能試驗電站，其支撐結(jié)構(gòu)和基座連成一體，而基座穩(wěn)定地坐在海床上，可避免機組受到強臺風(fēng)的襲擊。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結(jié)與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5近年來，在全球能源短缺的形勢下，海流能發(fā)電受到了許多國家的重視。由于海流的流量和流速穩(wěn)定，在海流能資源豐富的地區(qū)，海流能能夠提供充足而廉價的電力。目前，海流能的商業(yè)化開發(fā)利用還很少，但是，海流能未來將成為人類可靠的電力來源。7.3.5小結(jié)與展望海流可分為哪兩類？其形成的原因分別是什么？潮汐和潮流的區(qū)別是什么？潮汐能發(fā)電和海流能發(fā)電的原理有何不同？海流能發(fā)電裝置的基本組成，并簡述水輪機的主要類型及其功能？習(xí)題與思考題謝謝！7.4海洋溫差能發(fā)電技術(shù)在國外，海洋溫差能發(fā)電更習(xí)慣被稱為海洋熱能轉(zhuǎn)換，簡稱OTEC導(dǎo)讀海洋溫差能是由于海洋表層和深層海水之間所存在的溫度差而形成的目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5海洋溫差能本質(zhì)上也來自于太陽能太陽輻射能基本被20米深的海水層全部吸收海洋深處充滿來自極地的冰冷海水（1）海洋溫差能的成因混合層溫躍層深海冷水層混合層，在南北緯20o之間的熱帶和亞熱帶，溫度在25℃以上。溫躍層，溫度隨深度增加而迅速下降，約200m處下降至15℃。深海冷水層，1000m的深層海水終年保持4℃左右。（1）海洋溫差能的成因1881年，法國雅克·達(dá)松瓦爾第一個提出利用海洋溫差能213

1930年,喬治·克勞德在古巴馬坦薩斯灣建成了第一臺海洋溫差能發(fā)電實驗裝置1956年法國政府在非洲西海岸建設(shè)了一座開式循環(huán)海洋溫差能電站（2）海洋溫差能的開發(fā)歷史（萌芽）

......1979年由洛克希德公司制造的mini-OTEC在夏威夷海域正式投入實驗1980年美國建成OTEC-1實驗裝置1981年日本在瑙魯共和國建設(shè)了一個100kW的岸式閉式循環(huán)OTEC示范電站213（2）海洋溫差能的開發(fā)歷史（興起）中國科學(xué)院廣州能源研究曾開發(fā)過一套海洋溫差能模擬實驗裝置。哈爾濱工程大學(xué)，天津大學(xué)等也曾對海洋溫差能電站的熱力特性進(jìn)行過理論分析2012年，國家海洋局第一海洋研究所成功建成了我國第一個15kW實用溫差能發(fā)電裝置我國海洋溫差能（2）海洋溫差能的開發(fā)歷史（我國）據(jù)估算，我國近海及毗鄰海域的溫差能資源理論儲量為14.4×1021～15.9×1021J，90％分布在我國的南海海域。（2）海洋溫差能的開發(fā)歷史（我國）目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5溫海水進(jìn)入閃蒸器，在負(fù)壓下閃蒸汽化，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機發(fā)電，之后排入冷凝器冷凝，冷凝水再由水泵排出溫海水-閃蒸汽化汽輪機發(fā)電凝汽機液化排水泵排出淡水冷海水（1）開式循環(huán)優(yōu)點：開式循環(huán)使用海水作為工質(zhì)，不會污染環(huán)境開式循環(huán)不需要回收工質(zhì)，沒有金屬換熱面，沒有換熱面的腐蝕等問題開式循環(huán)的冷凝水是質(zhì)量很好的淡水（1）開式循環(huán)一些問題：（1）開式循環(huán)系統(tǒng)工作在很高的真空度條件下。（2）開式循環(huán)需要大流量、低焓降的汽輪機?，F(xiàn)有開式循環(huán)汽輪機的單機功率極為有限。（1）開式循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收溫海水的熱量而汽化。蒸汽進(jìn)入汽輪機發(fā)電。接著進(jìn)入冷凝器中被冷凝，再由工質(zhì)泵升壓打進(jìn)蒸發(fā)器中循環(huán)閉式循環(huán)使用低沸點流體代替水作為循環(huán)工質(zhì)低沸點流體溫海水冷海水（2）閉式循環(huán)優(yōu)點：不再需要保持真空狀態(tài)這樣的工質(zhì)蒸汽具有比較小的比容，從而可以使低沸點工質(zhì)汽輪機體積大大縮小溫冷海水都不直接與工質(zhì)接觸123（2）閉式循環(huán)一些問題：（1）閉式循環(huán)必須使用體積巨大的表面式蒸發(fā)器和冷凝器。（2）海水與工質(zhì)間進(jìn)行溫差換熱，可用功減少（3）閉式循環(huán)將不再產(chǎn)生副產(chǎn)物淡水。（4）低沸點工質(zhì)泄露等可能會污染海洋環(huán)境。（2）閉式循環(huán)保留了閉式循環(huán)的整個回路，但是它不是把溫海水直接通進(jìn)蒸發(fā)器去加熱低沸點工質(zhì)，而是用溫海水減壓閃蒸出來的蒸汽作為蒸發(fā)器的熱源。混合式循環(huán)把開式循環(huán)和閉式循環(huán)結(jié)合起來（3）混合式循環(huán)目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5熱交換器熱交換器尤其是蒸發(fā)器需要能在極小換熱溫差的條件下交換大量熱量。蒸發(fā)器和冷凝器起到將液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)或從氣態(tài)變成液態(tài)的作用。（1）動力系統(tǒng)渦輪機海上溫差能發(fā)電系統(tǒng)常采用氨透平技術(shù)。但目前的很少可以適用商業(yè)化渦輪機的日常運行和維護(hù)也較完善。主要的不確定因素來自工質(zhì)泄露對環(huán)境的影響。（1）動力系統(tǒng)OTEC系統(tǒng)分為岸基型和海上型兩類，又被稱為岸式和浮式。岸基型發(fā)電裝置設(shè)在岸上優(yōu)勢是維護(hù)和修理不受臺風(fēng)影響局限性是建廠位置條件苛刻，冷水管長度較長發(fā)電裝置在船上或平臺上。優(yōu)勢是其水管長度減短；但海上裝置需要具備抗風(fēng)浪能力，且需要電纜將電力輸送出去海上型（2）發(fā)電平臺海水管路系統(tǒng)由3個組件組成：溫水管、冷水管以及排水用的排水管。海水管路系統(tǒng)AB溫水管從海洋表層抽取溫海水排水管的鋪設(shè)需考慮不能與表層溫海水混合，且不能危害海洋生態(tài)冷水管需要具備很長的大直徑冷水管。同時，冷水管材質(zhì)要求高強度、防腐蝕、低生物附著及絕佳的絕熱能力c（3）海水管路461

257工質(zhì)的工作壓力要適中單位功率的工質(zhì)體積流量要小不易燃、不易爆、無毒性、不污染環(huán)境對金屬無腐蝕作用用過的工質(zhì)易于處理或再生價格低廉，資源豐富3化學(xué)性能穩(wěn)定，不易老化分解選擇工質(zhì)時需要考慮以下幾個原則：（4）循環(huán)工質(zhì)目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5（1）海水溫差能發(fā)電示范系統(tǒng)電站Mini-OTECSAGAR-SHAKTHI瑙魯示范項目德之島電站伊萬里示范項目駿河灣電站NELHA技術(shù)方美國日本、印度日本、瑙魯日本日本日本美國年度1978-197920011982-19841982-198419851993設(shè)計1993-1998站址夏威夷蒂魯琴杜爾港口瑙魯?shù)轮畭u伊萬里駿河灣夏威夷大島裝機容量/kW50100010050751000210凈功率/kw10493103235728.8103結(jié)構(gòu)浮式浮式岸式岸式岸式浮式岸式原理閉式閉式閉式閉式閉式閉式開式研建單位洛克希德夏威夷州印度國家海洋技術(shù)研究所東京電力集團(tuán)東京電力公司九州電力公司佐賀大學(xué)佐賀大學(xué)太平洋高技術(shù)研究國際中心（PLCHTR）溫水入口溫度/℃26.129.029.828.528.02626.0冷水入口溫度/℃5.67.07.812.07.05.46.0工質(zhì)氨氨氟利昂R-22氨氨氨水蒸發(fā)器表面板式管式表面表面\直接混合冷凝器表面板式管式管式表面\直接混合冷水管長度/m64511009502300\6001000冷水管直徑/m0.610.90.70.60.4\1.01978年，由夏威夷州政府和幾家私營公司建造于一艘駁船上，位于夏威夷島西部沿海海域結(jié)構(gòu)類型閉式循環(huán)工質(zhì)氨熱水口平均溫度26.1℃冷水口平均溫度5.6℃平均輸出電力48.7kW平均凈輸出電力15kW冷水管長度645m（直徑0.61米）熱交換器總面積407.8㎡（2）美國海洋溫差電站1993年，太平洋高技術(shù)研究中心在夏威夷建成210kW開式循環(huán)岸基式OTEC系統(tǒng)，淡水最高產(chǎn)率是0.4L/s。（2）美國海洋溫差電站2015年8月，Makai海洋工程公司在夏威夷建造了一座100kW級岸式閉式循環(huán)型OTEC機組（2）美國海洋溫差電站1985年，佐賀大學(xué)建成一座75kW的實驗室裝置，并得到35kW的凈功率。1981年，東京電力公司在瑙魯共和國建造了一座岸基式閉式循環(huán)電站。年內(nèi)平均凈輸出功率為14.9kW。1982年，九州電力公司在日本德之島建成50kW的溫差混合型試驗電站。平均凈功率可達(dá)32kW。佐賀大學(xué)2013年在沖繩島建立的100kW級OTEC發(fā)電機組（3）日本海洋溫差電站目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5ABCD基礎(chǔ)研究方面，小溫差熱力循環(huán)效率過低各類技術(shù)挑戰(zhàn)經(jīng)濟方面，溫差能發(fā)電裝置和電站建設(shè)費用過高環(huán)境，溫差能發(fā)電系統(tǒng)的抽水排水會導(dǎo)致海水重新分布。工質(zhì)的泄露會帶來污染總而言之，現(xiàn)在主要還需要解決以下問題：海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)造價概況海洋溫差能總結(jié)總之，海洋溫差能電站進(jìn)入能源市場只是時間問題。但是，同時我們也必須看到不利于海洋溫差能利用的一面：海洋溫差能電站所需投資很大。需要政府優(yōu)惠的扶持政策和對研究開發(fā)的支持。海洋溫差能展望思考題：海洋溫差能的來源是什么？海洋溫差能發(fā)電分為哪幾種循環(huán)方式，請分別簡述其循環(huán)流程。海洋溫差能發(fā)電方式中，閉式循環(huán)方式有什么優(yōu)點和缺點？謝謝！8.1燃料電池的工作原理及輸出性能目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性燃料電池的起源燃料電池的發(fā)展歷史ox(氧氣管)反應(yīng):2H2O-4e-→4H++O2hy(氫氣管)反應(yīng)：4H++4e-→2H2英國的格羅夫教授在電解水實驗過程中，發(fā)現(xiàn)吸附H2和O2的Pt電極能夠釋放出電能，進(jìn)而提出了燃料電池概念。上圖是該燃料電池的格羅夫的實驗裝置，該裝置分為上下兩部分，上部為電解水裝置，下部就是燃料電池。ox(氧氣管)反應(yīng)：O2+4H++4e-→2H2Ohy(氫氣管)反應(yīng)：2H2→4H++4e-燃料電池初期發(fā)展緩慢的原因：燃料電池的發(fā)展歷史2.內(nèi)燃機技術(shù)的迅速發(fā)展1.19世紀(jì)的科技不夠發(fā)達(dá)，阻礙了燃料電池的發(fā)展燃料電池關(guān)鍵的鉑電極無法大量生產(chǎn)氫氣缺少來源電堆的生產(chǎn)工藝達(dá)不到相應(yīng)的水平3.化石能源的大規(guī)模開發(fā)及使用燃料電池發(fā)展的轉(zhuǎn)折燃料電池的發(fā)展歷史1932年，劍橋大學(xué)的培根博士開發(fā)出第一個堿性燃料電池，該裝置采用比較廉價的鎳取代鉑電極，以及采用不易腐蝕電極的堿性電解質(zhì)--氫氧化鉀取代了硫酸電解質(zhì)。并于1959年真正制造出能夠工作的燃料電池，其發(fā)電功率為5kW，用于給焊接機供電。陽極：H2+2OH-→2H2O+2e-陰極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-電解質(zhì)：KOH→K＋＋OH-

燃料電池發(fā)展的轉(zhuǎn)折燃料電池的發(fā)展歷史

20世紀(jì)60年代，NASA尋找適合作為宇宙飛船的動力源，對各種動力源進(jìn)行了分析比較，最終選定燃料電池作為動力源進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。其原因為：普通化學(xué)電池過于笨重太陽能不能持續(xù)的為宇宙飛船供電核能具有一定的危險性燃料電池能夠滿足1～10kw的功率要求，產(chǎn)物水還能作為飲用水近代燃料電池的發(fā)展燃料電池的發(fā)展歷史1973年的石油危機使世界各國普遍認(rèn)識到了新能源的重要性，紛紛認(rèn)真思考燃料電池廣泛應(yīng)用的可行性，以及如何克服燃料電池商業(yè)化的困難與障礙。近代燃料電池的發(fā)展燃料電池的發(fā)展歷史20世紀(jì)70年代燃料電池的研發(fā)都集中在開發(fā)新材料、尋求易得的燃料來源和降低成本上。21世紀(jì)后，世界各地已經(jīng)有許多公共場所已經(jīng)安裝了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，也開發(fā)出了各種使用燃料電池的新能源汽車，更有了燃料電池發(fā)電站。燃料電池發(fā)電站燃料電池汽車目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性燃料電池與傳統(tǒng)熱機的相同點燃料電池與傳統(tǒng)熱機的區(qū)別燃料電池的工作原理燃料電池傳統(tǒng)熱機-柴油機化學(xué)能熱能機械能電能兩者都只是能量轉(zhuǎn)換器，而非能量儲存器。燃料電池的發(fā)電過程燃料電池的工作原理反應(yīng)物的輸入為了保證燃料電池能夠持續(xù)發(fā)電，必須為其連續(xù)不斷地提供燃料和氧化劑。利用流場板結(jié)合多孔電極結(jié)構(gòu)可以有效地實現(xiàn)反應(yīng)物的高效輸送。流場板多孔電極燃料電池的發(fā)電過程燃料電池的工作原理電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生陽極反應(yīng):2H2→4H++4e-陰極反應(yīng)：O2+4H++4e-→2H2O陰極陽極反應(yīng)平衡后便在各自電極形成電勢差。為獲得較大的電流，通常會用催化劑來提高反應(yīng)速率。該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在產(chǎn)生電能的同時伴有熱能產(chǎn)生。燃料電池的發(fā)電過程燃料電池的工作原理電子與離子的傳導(dǎo)電子的傳導(dǎo)：任意導(dǎo)電路徑離子的傳導(dǎo)：電解質(zhì)離子相較電子尺寸大，必須為離子提供擴散路徑。為減小電池內(nèi)阻，電解質(zhì)層應(yīng)盡量的薄。燃料電池的發(fā)電過程燃料電池的工作原理反應(yīng)產(chǎn)物的排放產(chǎn)物不及時排出的危害：影響反應(yīng)物與電極、催化劑的接觸，造成燃料電池效率低下剩余反應(yīng)物及反應(yīng)產(chǎn)物的排放：未參與反應(yīng)的氫氣：順著陽極流道從出口離開燃料電池未參與反應(yīng)的氧氣及反應(yīng)產(chǎn)物：順著陰極流道從出口排出反應(yīng)產(chǎn)熱的排除：外部冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻降溫目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性為了提高燃料電池的輸出電流和電壓以滿足實際應(yīng)用需求，采用以下措施：

提高輸出電流：增加單體電池的截面積或者多個單體電池并聯(lián)

提高輸出電壓：多個單體電池串聯(lián)形成電池堆燃料電池的基本結(jié)構(gòu)單體電池是由電極、電解質(zhì)、雙極板以及電池外殼等基本單元組成：單體電池電池堆電池堆往往包括數(shù)十甚至上百個單體電池燃料電池的基本結(jié)構(gòu)1.電極定義：燃料發(fā)生氧化反應(yīng)以及氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的場所電極性能好壞的關(guān)鍵：電極的材料

、催化劑的性能、電極制作工藝等催化劑：提高電極反應(yīng)的速度多孔電極：增加反應(yīng)物與催化劑的接觸面積，提高反應(yīng)速率燃料電池的基本結(jié)構(gòu)2.電解質(zhì)作用：為離子提供擴散通道以及隔離陽極陰極之間的反應(yīng)物固態(tài)電解質(zhì)：具有離子導(dǎo)電能力的材料制成的無孔膜液態(tài)電解質(zhì)：吸附在多孔基體隔膜內(nèi)的液態(tài)電解質(zhì)電解質(zhì)的類別：質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)3.雙極板作用：雙極板是燃料電池所特有的，它起到連接單體電池、收集電流、分配氣體和熱量管理等作用。分類：石墨板、金屬板與復(fù)合材料板石墨板：導(dǎo)電性及耐腐蝕性好，但制作工藝復(fù)雜、較厚金屬板：較薄、加工簡單，但不耐腐蝕復(fù)合材料板：適合大量生產(chǎn)，但內(nèi)阻較大、機械強度不足目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性燃料電池的電動勢燃料電池的輸出性能電池電動勢與電池反應(yīng)的吉布斯自由能的變化有關(guān)。吉布斯自由能變化可定量表示出等溫等壓條件下，體系對外輸出非體積功的能力：△G=△H-T△S△G=Wr△G：反應(yīng)吉布斯自由能變（KJ/mol)△H：反應(yīng)焓變（KJ/mol）△S：反應(yīng)熵變（KJ/(mol·k))T：溫度（K）Wr：非體積功的最大值（KJ/mol)對于燃料電池而言，對外所做的非體積功為電能（功率與電流和電壓有關(guān)），因此可得：Wr=nFEn：單個反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)F：法拉第常數(shù)（F=96500C/mol)E：電池的理想電動勢（V)燃料電池的電動勢-能斯特方程燃料電池的輸出性能對于化學(xué)發(fā)應(yīng)aA+bB→cC+dD，其任意狀態(tài)下的吉布斯自由能變與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變的關(guān)系為：R：氣體常數(shù)(R=8.314J/(mol?K)）α是物質(zhì)X的活度，若物質(zhì)X為溶質(zhì)，則α表示X在溶液中物質(zhì)的量濃度與1mol/L的比值，若其為氣體，則其表示X的分壓與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的比值△G0為標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變（KJ/mol):燃料電池的電動勢-能斯特方程燃料電池的輸出性能通過上述推導(dǎo)可得能斯特方程：對于氫氧燃料電池能斯特方程為：利用能斯特方程可以推出理論電動勢，但是實際電動勢小于理論值，實際電動勢可表示為：其中：Eact

：活化損失；Eohm：歐姆損失；Econc：濃度損失。燃料電池的電流密度燃料電池的輸出性能電流密度為單位電極面積上的電流強度：I：流過截面的電流(A)；

A：截面面積(m2)對電流密度取決定性作用的因素是燃料在燃料電池內(nèi)部的利用率。在同樣的外部條件下，燃料利用率越高，說明參與電化學(xué)反應(yīng)的燃料所能提供的電子越多，則電池輸出的電流密度越大。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率燃料電池的輸出性能理想狀態(tài)下燃料電池的轉(zhuǎn)換效率：實際電壓不等于理論值，因而可以定義電壓效率：燃料電池的輸出電流也小于理論電流，由此可以定義電流效率：綜上燃料電池的實際能量轉(zhuǎn)換效率定義為：目錄Contents8.1.1燃料電池的發(fā)展歷史8.1.2燃料電池的工作原理8.1.3燃料電池的基本結(jié)構(gòu)8.1.4燃料電池的輸出性能8.1.5燃料電池的工作特性燃料電池的優(yōu)勢：能量轉(zhuǎn)換效率高燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，發(fā)電效率在40﹪～60﹪之間，若是加以綜合利用，總效率可達(dá)80﹪環(huán)境友好燃料電池使用的氫燃料可以通過可再生能源或化工過程副氣得到，其工作過程中的排放產(chǎn)物為水或水蒸氣，清潔、無污染燃料電池的工作特性燃料電池的優(yōu)勢：噪音低傳統(tǒng)熱機系統(tǒng)必須含有轉(zhuǎn)動部件，運行時噪聲非常大；燃料電池結(jié)構(gòu)簡單而且沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備，工作環(huán)境噪聲低模塊化程度高發(fā)電效率與規(guī)模無關(guān)，適合不同功率要求用途廣泛可應(yīng)用在各個領(lǐng)域，如在航天、家庭、移動電源都有不錯的應(yīng)用前景燃料電池的工作特性燃料電池的不足之處：成本高燃料電池一般采用稀有金屬作為催化劑氫燃料無法高效、低成本的獲取對輔助設(shè)備要求高多數(shù)為氫燃料電池，需要將其他燃料轉(zhuǎn)化為H2才能利用催化劑對環(huán)境敏感（如Pt催化劑遇CO會中毒失活）密封要求高單體電池連接時必須嚴(yán)格密封，以防H2泄露。給燃料電池的制造與維護(hù)帶來一定的困難燃料電池的工作特性什么是燃料電池？它的優(yōu)缺點是什么？闡述燃料電池與一般傳統(tǒng)電池之間、燃料電池與熱機之間的差別。請寫出氫氧燃料電池的陰陽極及總反應(yīng)方程式。闡述氫氧燃料電池的四個工作過程。簡述燃料電池電極、催化劑和電解質(zhì)的功能。確定以下反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)溫度(T=25℃)和壓強(P=1atm)下的燃料電池的理論電動勢：燃料為純氫氣，氧化劑為空氣，空氣中氧的摩爾分?jǐn)?shù)為0.21，已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氧燃料電池的吉布斯自由能變ΔG=-237.3kJ/mol，法拉第常數(shù)F=96485C/mol，氣體常數(shù)R=8.314J/(mol?K)。習(xí)題與思考題謝謝！8.2燃料電池的技術(shù)分類概述類型堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池英文簡稱AFCPAFCMCFCSOFCPEMFC電解質(zhì)氫氧化鉀溶液磷酸溶液熔融碳酸鋰/碳酸鉀氧化鋯系固態(tài)高分子聚合物燃料H2天然氣、甲醇、液化石油氣煤氣、天然氣天然氣、煤氣H2氧化劑O2空氣空氣空氣空氣工作溫度/℃60-120180-22060-120600-700600-1000分類低溫型中溫型高溫型高溫型低溫型燃料電池的分類目錄Contents堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池

固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池8.2.18.2.28.2.38.2.48.2.5目錄Contents堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池

固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池8.2.18.2.28.2.38.2.48.2.5堿性燃料電池該燃料電池中，電解質(zhì)內(nèi)部傳輸?shù)膶?dǎo)電離子為OH-，氫氣在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，而氧氣在陰極發(fā)生還原反應(yīng)。在陽極氫氣與氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)生成水和電子。電子通過外電路到達(dá)陰極和氧氣與水生成氫氧根離子，生成的氫氧根離子通過電解質(zhì)回到陽極。陽極：H2+2OH-→2H2O+2e-陰極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-電解質(zhì)：KOH→K＋＋OH-

工作原理堿性燃料電池關(guān)鍵組件堿性燃料電池可選催化劑種類較多，既可以是鉑、鈀、金、銀等貴重金屬，也可以采用鎳、鈷、錳等過渡金屬作為催化劑。此外，貴金屬與過渡金屬組成的合金，例如鉑-鈀、鉑-金、鉑-鎳、鉑-鎳-鈷、鎳-錳等合金，也都可以作為堿性燃料電池的催化劑。石墨和鎳都具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在堿性介質(zhì)中不易腐蝕，而且價格并不高，因此，適合作為AFC的雙極板材料。然而，兩者各有其缺點，石墨板由于質(zhì)地較脆，所需厚度往往超過3mm，因此石墨雙極板AFC電池堆的體積比功率無法提高；相對地，由于鎳的密度比較大，以鎳板作為雙極板材料的AFC電池堆的質(zhì)量比功率會降低。堿性燃料電池特性VS優(yōu)點

缺點

堿性燃料電池可以使用非鉑催化劑，如硼化鎳等。這樣不但可以降低成本，而且還不受鉑資源的限制。

堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)可以使用塑料、石墨或者非貴重與稀有金屬等較為便宜的材料。1)在以空氣作為氧化劑時，

必須清除空氣中所含的二氧化碳。2)當(dāng)以各種碳?xì)浠衔锏闹卣麣庾鳛槿剂蠚怏w時，必須脫除氣體中的二氧化碳。3)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)所生成產(chǎn)物必須及時排除，增加了成本。目錄Contents堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池

固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池8.2.18.2.28.2.38.2.48.2.5工作原理磷酸燃料電池是以磷酸作為電解質(zhì)的一種燃料電池。采用氫氣為燃料，氧氣為氧化劑。在陽極，氫氣在電極表面釋放出電子生成氫離子，氫離子通過電解質(zhì)層依靠濃度差擴散遷移到陰極；在陰極，由電解質(zhì)遷移來的氫離子與從外電路流入的電子及外部供給的氧氣生成水。陽極：

H2→2H++2e-

陰極：

1/2O2+2e-+2H+→H2O

磷酸型燃料電池關(guān)鍵組件磷酸型燃料電池電極：由碳載體和鉑催化劑層組成，通過化學(xué)吸附法將催化劑沉積在載體表面，電極的厚度約為0.1mm。催化劑：采用耐腐蝕的貴金屬鉑。這是由于磷酸的腐蝕性強，多數(shù)合金和金屬受酸性電解質(zhì)腐蝕嚴(yán)重。雙極板：常用的材料是石墨，這是由于磷酸具有腐蝕性，雙極板不能采用一般的金屬材料制作。散熱板：在每2-5個單體電池之間加入一片散熱板，散熱冷卻劑常用水、空氣或絕緣油等，其中以水為最常用的冷卻劑。工作條件及特性磷酸型燃料電池工作溫度：180-220℃，其依據(jù)是磷酸的蒸汽壓、材料的耐腐蝕性能、催化劑的耐CO能力及電池特性。工作壓力：常壓至0.8MPa，通常對于小容量電池采用常壓工作，對于大容量PAFC電池組，多采用加壓工作。穩(wěn)定性良好；余熱利用中獲得的水可以直接作為人們?nèi)粘Ｉ钣脽崴粏訒r間短。催化劑必須用貴金屬，成本較高；若燃料氣中的CO過高，催化劑將會被CO毒化而失去催化活性。優(yōu)點缺點目錄Contents堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池

固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池8.2.18.2.28.2.38.2.48.2.5熔融碳酸鹽燃料電池采用堿金屬的碳酸鹽作為電解質(zhì)，載流子為碳酸根離子(CO32-)，不需要貴金屬做催化劑。燃料氣為H2，氧化劑是O2和CO2。當(dāng)電池工作時，陽極上的H2與從陰極區(qū)遷移過來的CO32-反應(yīng)，生成CO2和H2O，同時將電子輸送到外電路；而陰極上的O2和CO2與從外電路輸送過來的電子結(jié)合，生成碳酸根離子CO32-陽極：

H2+CO32-→CO2+H2O+2e-

總反應(yīng)：H2+1/2O2+CO2(c)→H2O+CO2(a)工作原理熔融碳酸鹽燃料電池關(guān)鍵組件催化劑：采用鎳-鋁合金，陰極材料以氧化鎳為主。電解質(zhì)載體：采用γ-LiAlO2和粘接劑在高溫下燒結(jié)得到電解質(zhì)載體。鋁酸鋰的結(jié)構(gòu)強度高而且具有抗碳酸鹽腐蝕的能力，符合熔融碳酸鹽電解質(zhì)載體所需的條件。雙極板：通常由不銹鋼或鎳基合金制作而成，其具有極佳的穩(wěn)定性，而且具有導(dǎo)電性好、熱阻小的優(yōu)點。熔融碳酸鹽燃料電池特性VS優(yōu)點

缺點

不需要貴金屬做催化劑。可以使用CO含量高的燃料氣體，如煤制氣。二氧化碳排放量可以減少40%以上。排出高溫氣體余熱可以回收使用或與汽輪機并聯(lián)發(fā)電，復(fù)合循環(huán)發(fā)電的效率可提高到80%。1)高溫以及電解質(zhì)的腐蝕性對電池各種材料的長期耐腐蝕性能有嚴(yán)格要求，電池的壽命因而也受到一定的限制。2)單體燃料電池邊緣的高溫密封技術(shù)難度大，增加了制造成本。目錄Contents堿性燃料電池磷酸型燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池

固體氧化物燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池8.2.18.2.28.2.38.2.48.2.5固體氧化物燃料電池采用在高溫下具有傳遞氧離子(O2-)能力的固態(tài)氧化物作為電解質(zhì)，通常直接以天然氣、煤氣、厭氧消化氣等碳?xì)浠衔镒鳛槿剂蠚怏w，以空氣作為氧化劑。在陰極，空氣中的氧原子與外電路提供的電子反應(yīng)而成氧離子O2-，氧離子O2-經(jīng)固體電解質(zhì)由陰極遷移至陽極。在陽極，燃料氣體與氧離子進(jìn)行氧化反應(yīng)生成水(或CO2)并釋放出電子。陽極：

H2+O2-→H2O+2e-

CO+O2-→CO2+2e-陰極：1/2O2+2e-→O2-總反應(yīng)：

mH2+nCO+1/2(m+n)O2→mH2O+nCO2工作原理固體氧化物燃料電池關(guān)鍵組件電解質(zhì)：主要成分是三氧化二釔（Y2O3）和氧化鋯（ZrO2）。催化劑：采用摻入鍶的錳酸鑭(Sr-dopedLaMnO3，LSM)作為陰極催化劑，LSM不但具有較高的催化活性，而且具有良好的導(dǎo)電性。結(jié)構(gòu)型式：有管式結(jié)構(gòu)和平板式結(jié)構(gòu)兩種。管式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是不需要進(jìn)行陽極與陰極密封，然而工藝復(fù)雜、成本較高。平板式結(jié)構(gòu)相對簡單，制作成本低，但是高溫密封困難，目前研究人員已經(jīng)成功的開發(fā)出陶瓷的復(fù)合無機密封材料，解決了平板式SOFC高溫密封的問題。固體氧化物燃料電池特性VS優(yōu)點

缺點

電解質(zhì)是固體，因此沒有電解質(zhì)蒸發(fā)和溢漏的問題。無需使用貴金屬催化劑，而且本身具有內(nèi)重整能力，故可以直接采用天然氣、煤氣或其它碳?xì)浠衔镒魅剂希喕穗姵叵到y(tǒng)。SOFC系統(tǒng)的設(shè)計簡單，發(fā)電容量范圍大，用途更加廣泛。高溫工作下的SOFC的缺點是對電池材料的要求