專利名稱：一種利用海洋溫差發(fā)電的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋溫差能利用領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)能熱泵伴隨加熱的海洋溫差發(fā)電的方法及裝置。
背景技術(shù)：
熱帶區(qū)域的海洋表層與幾百至上千米深處存在著基本恒定的20 25°C的溫差， 這就為發(fā)電提供了一個(gè)總量巨大且非常穩(wěn)定的冷熱源。海洋溫差發(fā)電(OTEC)的基本原理就是利用海洋表面的高溫海水加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)并使其汽化，或通過降壓使海水汽化以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。同時(shí)利用從海底提取的低溫海水(4 6°C)將做功后的排氣冷凝，使之重新變?yōu)橐后w。目前，全世界海洋溫差能的理論估計(jì)儲(chǔ)存量為100億千瓦，所以O(shè)TEC被1981年聯(lián)合國新能源和可再生能源會(huì)議確認(rèn)為所有海洋能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中最重要的。我國南沙、西沙群島遠(yuǎn)離大陸，電力聯(lián)網(wǎng)困難，然而那里太陽日照強(qiáng)烈，溫差能利用最具潛力。據(jù)初步計(jì)算，南海溫差能資源技術(shù)上可開發(fā)利用的裝機(jī)容量高達(dá)13. 21 14. 76億千瓦，若能因地制宜的加以利用，不僅對(duì)島嶼的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，還能夠?yàn)楹Ｉ瞎こ套鳂I(yè)、采油、海防甚至沿海城市提供便利的電能，因此發(fā)展海洋溫差能發(fā)電技術(shù)具有重要意義。目前海洋溫差發(fā)電的主要方式有三種即閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)以及綜合了兩者優(yōu)點(diǎn)的混合式循環(huán)系統(tǒng)。這三種循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)上以閉式循環(huán)方案最接近商業(yè)化應(yīng)用。如圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)的閉式循環(huán)海洋溫差發(fā)電的系統(tǒng)流程圖，來自海洋表層的表層高溫海水A先在蒸發(fā)器14內(nèi)將熱量傳給丙烷等低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)，工質(zhì)蒸發(fā)變成蒸汽推動(dòng)蒸汽透平6中的汽輪機(jī)做功，汽輪機(jī)排出的工質(zhì)再進(jìn)入冷凝器8，被幾百米深的深層低溫海水B冷卻后重新變?yōu)橐簯B(tài)，然后再用工質(zhì)泵2把液態(tài)工質(zhì)輸送進(jìn)蒸發(fā)器14，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。具體流程如下首先，工質(zhì)泵2抽取貯液筒1內(nèi)的液態(tài)丙烷等低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器14，蒸發(fā)器14內(nèi)通過高溫海水泵3抽入表層高溫海水A，表層高溫海水A與液態(tài)丙烷換熱，使得液態(tài)丙烷在蒸發(fā)器14內(nèi)汽化、成為丙烷蒸汽，換熱后的表層高溫海水A排入海洋 C。丙烷蒸汽進(jìn)入蒸汽透平6，推動(dòng)汽輪機(jī)做功，使之產(chǎn)生機(jī)械能，發(fā)電機(jī)7再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。之后，汽輪機(jī)排出的丙烷蒸汽進(jìn)入冷凝器8，冷凝器8通過低溫海水泵15抽取的深層低溫海水B，將丙烷蒸汽冷凝液化為液態(tài)丙烷，液態(tài)丙烷保存在貯液筒1中，深層低溫海水B與丙烷蒸汽換熱后排入海洋C?，F(xiàn)有的海洋溫差發(fā)電裝置運(yùn)行結(jié)果表明，由于表層高溫海水A和深層低溫海水B 的溫差不大，即使采用低沸點(diǎn)的工質(zhì)，海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的效率也極低。例如以丙烷為循環(huán)工質(zhì)的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)中，即使表層海水溫度為30°C，深層海水溫度為4°C時(shí)，理想朗肯循環(huán)效率也只有約1。并且實(shí)際循環(huán)中還有管道閥門等部件的損失，因此可能使循環(huán)發(fā)出的電力還不足以維持工質(zhì)泵和低溫海水泵的正常工作，這使海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)一直難以得到推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在傳統(tǒng)的閉式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供一種利用風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)熱泵伴隨加熱的海洋溫差發(fā)電的方法及裝置，以提高發(fā)電效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種利用海洋溫差發(fā)電的方法，用海洋表層的熱海水加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)，送入汽輪機(jī)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，汽輪機(jī)排出的工質(zhì)乏氣用海洋深層的冷海水冷凝為液態(tài)，再用熱海水加熱，送入汽輪機(jī)，使之蒸發(fā)，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，如此循環(huán)，持續(xù)發(fā)電；還利用洋面風(fēng)力發(fā)電，并用該電力驅(qū)動(dòng)熱泵裝置，由熱泵裝置的媒質(zhì)將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，增大工質(zhì)體積膨脹率；由熱泵裝置的媒質(zhì)將冷海水的溫度進(jìn)一步降低，再用該低溫海水去冷凝工質(zhì)乏氣，增強(qiáng)對(duì)工質(zhì)乏氣的冷凝效果。所述低沸點(diǎn)工質(zhì)是液氨或丙烷。所述熱泵裝置的媒質(zhì)是二氟一氯甲烷。所述熱泵裝置的媒質(zhì)將工質(zhì)的溫度加熱至5(T65°C。由熱泵裝置的媒質(zhì)將冷海水的溫度降低至1°C，再用該低溫海水去冷凝工質(zhì)乏氣。一種海洋溫差發(fā)電裝置，包括
汽輪發(fā)電機(jī)組，由蒸汽透平和發(fā)電機(jī)組成，用于發(fā)電； 工質(zhì)儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存透平工質(zhì)；
工質(zhì)預(yù)熱器，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和表層海水進(jìn)、出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平的進(jìn)口， 用于通過表層海水將工質(zhì)加熱，使之蒸發(fā)；
工質(zhì)泵，布置在工質(zhì)儲(chǔ)罐和工質(zhì)預(yù)熱器之間，其進(jìn)口連接工質(zhì)儲(chǔ)罐，出口連接工質(zhì)預(yù)熱器，用于將工質(zhì)泵入工質(zhì)預(yù)熱器；
低揚(yáng)程海水泵，連接工質(zhì)預(yù)熱器，用于將表層海水泵入工質(zhì)預(yù)熱器； 工質(zhì)冷凝器，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和深層海水進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接蒸汽透平的排氣口，工質(zhì)出口連接工質(zhì)儲(chǔ)罐，用于將蒸汽透平排除的工質(zhì)乏氣冷凝為液態(tài)，返回工質(zhì)儲(chǔ)罐； 高揚(yáng)程海水泵，連接冷凝器的海水進(jìn)口，用于將深層海水泵入冷凝器，冷卻工質(zhì)乏氣； 還包括熱泵裝置及其驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，布置在沿海灘涂，利用洋面風(fēng)力發(fā)電，所述熱泵裝置包括 冷媒儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存冷媒；
壓縮機(jī)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于壓縮冷媒，使其成為高溫冷媒； 工質(zhì)再熱器，布置在工質(zhì)預(yù)熱器和蒸汽透平之間，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和冷媒進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接工質(zhì)預(yù)熱器的出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平的進(jìn)口，其冷媒進(jìn)口連接壓縮機(jī)的出口，由高溫冷媒將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高；
氣動(dòng)膨脹冷卻器，布置在工質(zhì)再熱器的冷媒出口管道上，用于將加熱工質(zhì)后的冷媒急
冷；
冷媒蒸發(fā)器，布置在冷媒儲(chǔ)罐與工質(zhì)冷凝器之間，具有冷媒進(jìn)、出口和深層海水進(jìn)、出口，其冷媒進(jìn)口連接工質(zhì)再熱器的冷媒出口，其冷媒出口連接冷媒儲(chǔ)罐，其深層海水進(jìn)口連接高揚(yáng)程海水泵的出口，其深層海水出口連接工質(zhì)冷凝器的深層海水進(jìn)口 ；利用急冷后冷媒蒸發(fā)吸熱，使深層海水的溫度進(jìn)一步降低。所述氣動(dòng)膨脹冷卻器由若干個(gè)多個(gè)設(shè)置在冷媒管道中的孔板式節(jié)流元件構(gòu)成，孔板式節(jié)流元件上設(shè)置有若干個(gè)節(jié)流孔。所述氣動(dòng)膨脹冷卻器將加熱工質(zhì)后的冷媒急冷至-20°C。所述熱泵裝置的壓縮機(jī)有備用電源。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是
本發(fā)明的利用海洋溫差發(fā)電的方法及裝置，在傳統(tǒng)的閉式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)(Ocean Thermal Energy Conversion Closed Cycle，CC-OTEC)的基礎(chǔ)上，利用海洋溫差能這一環(huán)保能源優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，利用風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)熱泵提高海洋溫差發(fā)電透平低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)口溫度同時(shí)降低冷源溫度，即利用海洋風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、直接驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)內(nèi)部的制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)和冷凝的熱循環(huán)，并從低溫海水中提出熱量來加熱海洋溫差發(fā)電蒸汽輪機(jī)進(jìn)口處的工質(zhì)。 本發(fā)明以海洋表面海水為熱源，海洋深層800米以下海水為冷源，同時(shí)利用風(fēng)能發(fā)電帶動(dòng)熱泵系統(tǒng)進(jìn)一步加熱海洋溫差發(fā)電蒸汽透平進(jìn)口處循環(huán)工質(zhì)的溫度并降低冷海水的溫度， 增大了熱源和冷源的溫差，與現(xiàn)有技術(shù)的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)相比，大大提高了閉式循環(huán)的效率。在本發(fā)明中，低沸點(diǎn)工質(zhì)由工質(zhì)泵提高輸送到預(yù)熱器中，由海洋表層海水對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，再利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮的高溫冷媒，對(duì)工質(zhì)進(jìn)一步加熱，直到其達(dá)到過熱狀態(tài)，這一過程對(duì)熱泵系統(tǒng)來說，也可以看作是在冷卻熱泵中冷媒。過熱的工質(zhì)氣體進(jìn)入透平中，推動(dòng)透平做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；而加熱過工質(zhì)的冷媒經(jīng)氣動(dòng)膨脹冷卻器絕熱節(jié)流后，溫度迅速降低，再進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收從海洋深層抽出來冷海水的熱量變成氣體。這一過程，冷媒溫度升高而冷卻海水溫度降低；變成氣體的冷媒重新進(jìn)入壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)熱泵循環(huán)；而被冷卻后的冷海水進(jìn)入冷凝器，用來冷凝從蒸汽透平中排出的做功后的工質(zhì)，工質(zhì)變?yōu)橐后w后由工質(zhì)泵提高壓力，再次輸送到預(yù)熱器中，這樣蒸汽透平也實(shí)現(xiàn)了閉式循環(huán)。這一循環(huán)過程中，可以源源不斷地將海樣溫差能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)海洋溫差閉式循環(huán)發(fā)電；利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)的熱泵，則不但提高了該閉式循環(huán)的效率，增加了熱源和冷源的溫差，而即使在海洋表層水溫度較低，傳統(tǒng)海洋溫差閉式循環(huán)不能運(yùn)行的時(shí)段本發(fā)明仍可照常運(yùn)行。另外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能還可以供海水泵以及循環(huán)用工質(zhì)泵使用，而不需要使用主循環(huán)系統(tǒng)發(fā)出的電，這樣提高了海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用性。同時(shí)，海洋溫差能及風(fēng)能均為可再生能源，對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成任何污染。本發(fā)明在利用了海洋溫差能的同時(shí)充分利用了海上風(fēng)能輔助循環(huán)即熱泵循環(huán)的效率一般遠(yuǎn)大于1，輔助循環(huán)中風(fēng)能利用效率遠(yuǎn)大于發(fā)電效率，這樣可以大大提升整體的能源利用效率，大大提高朗肯循環(huán)效率，實(shí)現(xiàn)了海洋溫差能和風(fēng)能的綜合利用，是一種使海洋溫差發(fā)電實(shí)用化的方法，具有重要的實(shí)用價(jià)值，利于國家的節(jié)能減排、綠色環(huán)保能源的要求，易于大規(guī)模使用和推廣。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)閉式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)流程圖2是本發(fā)明風(fēng)能熱泵伴隨加熱的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)流程圖； 圖3是本發(fā)明風(fēng)能熱泵伴隨加熱的海洋溫差發(fā)電方法流程圖。圖中標(biāo)號(hào)所示1-貯液筒、2-工質(zhì)泵、3-高溫海水泵、4-預(yù)熱器、5-再熱器、6_蒸汽透平、7-發(fā)電機(jī)、8-冷凝器、9-冷媒儲(chǔ)罐、10-備用電源、11-風(fēng)力發(fā)電機(jī)、12-壓縮機(jī)、 13-氣動(dòng)膨脹冷卻器，14-蒸發(fā)器、15-低溫海水泵、A-表層高溫海水、B-深層低溫海水、 C-排入海洋、L-冷媒管道、M-溫海水管道、N-冷海水管道、P-氨工質(zhì)管道、Q-電纜線。
具體實(shí)施例方式風(fēng)能和海洋溫差能一樣，既是一次能源，又是可再生能源，在海洋表面同樣蘊(yùn)藏著豐富的風(fēng)能。在風(fēng)況上，海上比陸地具有更多的優(yōu)勢(shì)，離岸10公里的海面上風(fēng)速一般比陸地風(fēng)速高25%，并且很少有靜風(fēng)期。本發(fā)明的利用海洋溫差發(fā)電的方法及裝置，是在傳統(tǒng)的閉式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)(Ocean Thermal Energy Conversion Closed Cycle, CC-OTEC)的基礎(chǔ)上，利用風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)熱泵提高海洋溫差發(fā)電透平低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)口溫度同時(shí)降低冷源溫度，以提高發(fā)電效率的方法。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的海洋溫差發(fā)電方法，先利用海洋表層的表層高溫海水A 加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)(如液氨或丙烷等)，使之蒸發(fā)，送入蒸汽透平6 (即汽輪機(jī)組)推動(dòng)汽輪機(jī)做功，產(chǎn)生機(jī)械能、發(fā)電機(jī)7將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電，蒸汽透平6排出的工質(zhì)乏氣用海洋深層的深層低溫海水B冷凝為液態(tài)。然后用表層高溫海水A加熱，送入蒸汽透平6，使之蒸發(fā)， 推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電機(jī)7做功發(fā)電，如此循環(huán)，持續(xù)發(fā)電。除此之外，還利用洋面風(fēng)力發(fā)電，并用該電力驅(qū)動(dòng)熱泵裝置，由熱泵裝置的媒質(zhì)二氟一氯甲烷(CHCLF2)將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，將工質(zhì)的溫度加熱至5(T65°C，增大工質(zhì)的體積膨脹率；由熱泵裝置的媒質(zhì)二氟一氯甲烷將深層低溫海水B的溫度進(jìn)一步降低，將深層低溫海水B的溫度降低至1°C，再用該深層低溫海水B去冷凝工質(zhì)乏氣，增強(qiáng)對(duì)工質(zhì)乏氣的冷凝效果。本發(fā)明的海洋溫差發(fā)電裝置，包括以下幾部分
1)汽輪發(fā)電機(jī)組，由蒸汽透平6和發(fā)電機(jī)7組成，用于發(fā)電。2)工質(zhì)儲(chǔ)罐，即貯液罐1，用于儲(chǔ)存透平工質(zhì)，儲(chǔ)存液氨或丙烷等。3)工質(zhì)預(yù)熱器4，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和表層高溫海水A進(jìn)、出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平6的進(jìn)口，用于通過表層高溫海水A將液態(tài)工質(zhì)加熱，使之汽化蒸發(fā)，成為工質(zhì)蒸汽。4)工質(zhì)泵2，布置在工質(zhì)儲(chǔ)罐(貯液罐1)和工質(zhì)預(yù)熱器4之間，其進(jìn)口連接貯液罐 1，出口連接工質(zhì)預(yù)熱器4，用于將工質(zhì)泵2入工質(zhì)預(yù)熱器4。5)高溫海水泵3，即低揚(yáng)程海水泵，連接工質(zhì)預(yù)熱器4，用于將表層高溫海水A泵入工質(zhì)預(yù)熱器4。6)工質(zhì)冷凝器8，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和深層低溫海水B進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接蒸汽透平6的排氣口，工質(zhì)出口連接工質(zhì)儲(chǔ)罐(貯液罐1)，用于將蒸汽透平6排除的工質(zhì)乏氣冷凝為液態(tài)，返回貯液罐1。7)低溫海水泵15，即高揚(yáng)程海水泵，連接冷凝器8的海水進(jìn)口，用于將深層低溫海水B泵入冷凝器8，冷卻工質(zhì)乏氣。8)熱泵裝置及其驅(qū)動(dòng)裝置這是本發(fā)明的創(chuàng)新部分，下面一一介紹 a)驅(qū)動(dòng)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)11，布置在沿海灘涂，利用洋面風(fēng)力發(fā)電。b)熱泵裝置包括
i.冷媒儲(chǔ)罐9，是一個(gè)儲(chǔ)氣罐，用于儲(chǔ)存冷媒。
ii.壓縮機(jī)12，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)11驅(qū)動(dòng)，用于壓縮冷媒，使其成為高溫冷媒，該壓縮機(jī)12配有備用電源10。iii.工質(zhì)再熱器5，布置在工質(zhì)預(yù)熱器4和蒸汽透平6之間，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和冷媒進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接工質(zhì)預(yù)熱器4的出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平6的進(jìn)口，其冷媒進(jìn)口連接壓縮機(jī)12的出口，由高溫冷媒將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高；
iv.氣動(dòng)膨脹冷卻器13，布置在工質(zhì)再熱器5的冷媒出口管道上，用于將加熱工質(zhì)后的氣體冷媒轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪旱蜏氐囊后w冷媒。該氣動(dòng)膨脹冷卻器13具有多種結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明采用設(shè)置在冷媒管道L內(nèi)部的絕熱節(jié)流器的結(jié)構(gòu)形式。該絕熱節(jié)流器結(jié)構(gòu)及原理和普通制冷循環(huán)中的節(jié)流器相同，這里采用多個(gè)順序設(shè)置的孔板式節(jié)流元件，即節(jié)流板，節(jié)流板上設(shè)置有若干個(gè)節(jié)流小孔，相鄰的節(jié)流板上的節(jié)流小孔對(duì)應(yīng)或者不對(duì)應(yīng)設(shè)置。從工質(zhì)再熱器 5出來的氣體冷媒經(jīng)過節(jié)流小孔時(shí)，由于局部阻力產(chǎn)生，壓力顯著下降，冷媒氣體迅速膨脹、 溫度急劇下降，形成氣動(dòng)膨脹冷卻。由于這一冷卻過程進(jìn)行得很快，流體與外界的熱交換量可忽略，可以看作是絕熱過程，所以，經(jīng)過冷卻的流體的總能量是不變的，但是節(jié)流后，冷媒的氣流壓力降低，比容增大，氣流的速度上升，使得氣流動(dòng)能增加，從而造成氣流內(nèi)能(或焓值)減小、溫度急劇降低，最終實(shí)現(xiàn)冷媒的液化。多次節(jié)流后，冷媒的溫度可以下降至很低， 本發(fā)明中，通過氣動(dòng)膨脹冷卻器13，加熱工質(zhì)后的冷媒最終可以冷卻至-20°C左右。v.冷媒蒸發(fā)器14，布置在冷媒儲(chǔ)罐9與工質(zhì)冷凝器8之間，具有冷媒進(jìn)、出口和深層低溫海水B進(jìn)、出口，其冷媒進(jìn)口連接工質(zhì)再熱器5的冷媒出口，其冷媒出口連接冷媒儲(chǔ)罐9，其深層海水進(jìn)口連接低溫海水泵15的出口，其深層海水出口連接工質(zhì)冷凝器8的深層海水進(jìn)口 ；利用急冷后冷媒蒸發(fā)吸熱，使深層低溫海水B的溫度進(jìn)一步降低。9)本發(fā)明的海洋溫差發(fā)電裝置還包括上述部件之間的冷媒管道L、溫海水管道 M、冷海水管道N、氨工質(zhì)管道P和電纜線Q。冷媒管道L閉環(huán)連接冷媒儲(chǔ)罐9、壓縮機(jī)12、再熱器5、氣動(dòng)膨脹冷卻器13蒸發(fā)器14，形成冷媒的閉路循環(huán)工作管線。氨工質(zhì)管道P閉環(huán)連接貯液筒1、工質(zhì)泵2、預(yù)熱器4、再熱器5、蒸汽透平6和冷凝器8，形成工質(zhì)的閉路循環(huán)工作管線。電纜線Q將風(fēng)力發(fā)電機(jī)11產(chǎn)生的電能和備用電源10儲(chǔ)備的電能，分別輸送至工質(zhì)泵2、高溫海水泵3和低溫海水泵15。與以往的常規(guī)蒸汽透平6不同，海洋溫差發(fā)電的進(jìn)口蒸汽溫度很低，冷源和熱源溫差很小，因此應(yīng)該取沸點(diǎn)較低、氣相區(qū)比熱大、汽化潛熱小的工質(zhì)，這樣可以減少各個(gè)部件尺寸，因此，本具體實(shí)施方式
選取氨為主循環(huán)的工質(zhì)，熱泵冷媒則采用二氟一氯甲烷 (CHCLF2)。本具體實(shí)施方式
以海洋表面22°C到27°C的表層高溫海水A為預(yù)熱源，以海洋深層 800米左右的5°C的深層低溫海水B為冷源，以氨氣為海洋溫差發(fā)電透平的循環(huán)工質(zhì)，構(gòu)建的一個(gè)低沸點(diǎn)閉式循環(huán)系統(tǒng)。該循環(huán)系統(tǒng)為本發(fā)明主循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)11 發(fā)出電能按照空調(diào)原理直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12構(gòu)成一個(gè)熱泵系統(tǒng)，將深層低溫海水B中的熱量傳遞給預(yù)熱后的氨氣，提高熱源溫度并降低冷源溫度，熱泵中的循環(huán)工質(zhì)使用二氟一氯甲烷(CHCLF2 )，這樣熱泵系統(tǒng)也構(gòu)成了一個(gè)輔助的閉式循環(huán)系統(tǒng)。其中，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱泵可以將熱源溫度提高3(T45°C，并且將冷源溫度降低4°C。在本具體實(shí)施方式
的主循環(huán)中，也就是發(fā)電透平循環(huán)過程中，液態(tài)5°C左右的氨， 由工質(zhì)泵2提高壓力，首先輸送到預(yù)熱器4中，由表層高溫海水A對(duì)液態(tài)氨水進(jìn)行預(yù)加熱，這時(shí)，液態(tài)氨的溫度提高到20攝氏度左右。然后，將液態(tài)氨輸送到再熱器5中和由風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)12壓縮后的高溫高壓二氟一氯甲烷(約70°C)進(jìn)行換熱，使得液態(tài)氨汽化為氨氣，這時(shí)，從再熱器5中出來的氨氣溫度可達(dá)5(T65°C，狀態(tài)轉(zhuǎn)換為過熱狀態(tài)。此時(shí)，過熱的氨氣進(jìn)入蒸汽透平6中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電；從蒸汽透平6中排出的氨氣為7攝氏度左右的接近飽和狀態(tài)的氨氣氣體，再由深層低溫海水B通過冷凝器8冷卻到液體狀態(tài)后， 由工質(zhì)泵2提高其壓力送入預(yù)熱器4，完成氨工質(zhì)的動(dòng)力循環(huán)，也就是本發(fā)明的主循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)中，可以源源不斷地將海水的溫差變?yōu)殡娏?，?shí)現(xiàn)海洋溫差發(fā)電。在本具體實(shí)施方式
的熱泵循環(huán)中，也就是輔助循環(huán)過程中，使用二氟一氯甲烷 (CHCLF2)為循環(huán)工質(zhì)。首先液態(tài)-20°C左右的二氟一氯甲烷由工質(zhì)泵2輸送到蒸發(fā)器14 中，該蒸發(fā)器14中高溫流體為5攝氏度左右從海洋深層提取出來的深層低溫海水B，二氟一氯甲烷吸收了深層低溫海水B的熱量后變?yōu)檫^熱氣體，同時(shí)降低了深層低溫海水B的溫度。 然后，過熱的二氟一氯甲烷進(jìn)入由風(fēng)力發(fā)電機(jī)11驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)12中，被壓縮成為約70°C高溫高壓氣體，再進(jìn)入主循環(huán)系統(tǒng)的再熱器5中，不過在這個(gè)再熱器5中，70°C高溫高壓二氟一氯甲烷氣體是被用作高溫流體來加熱20攝氏度左右的液態(tài)氨的。二氟一氯甲烷氣體加熱了氨的同時(shí)，也降低了自己的溫度，然后經(jīng)過氣動(dòng)膨脹冷卻器13絕熱節(jié)流變?yōu)開20°C左右的二氟一氯甲烷，再由工質(zhì)泵2送往蒸發(fā)器14，完成了熱泵循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)過程中，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)11提供能量，不斷地提高海洋溫差發(fā)電透平工質(zhì)的進(jìn)口溫度并降低冷卻水(即深層低溫海水B)的溫度，也就是增大了冷熱源溫差，大大提高了海洋溫差發(fā)電效率。以下以海洋溫差發(fā)電透平中，氨工質(zhì)循環(huán)溫度為50°C、蒸發(fā)壓力為20bar、冷凝溫度為7°C、冷凝壓力為5. 5bar的工況來說明本發(fā)明的具體流程。在實(shí)用裝置中可以根據(jù)具體情況調(diào)整參數(shù)
1.儲(chǔ)存在貯液筒1(即氨液儲(chǔ)存筒)中的5°C的液態(tài)氨由工質(zhì)泵2 (即供氨泵)提高壓力到20bar以上，并輸送到預(yù)熱器4中；
2.在預(yù)熱器4中，通過高溫海水泵3從海洋表層抽取的25°C的表層高溫海水A將5°C 的液態(tài)氨加熱到20°C左右。為了提高換熱效率，預(yù)熱器4采用板式換熱器結(jié)構(gòu)，經(jīng)過預(yù)熱器 4預(yù)熱后液態(tài)氨進(jìn)入再熱器5，而表層高溫海水A溫度降低，排入海洋C。3.儲(chǔ)存在冷媒儲(chǔ)罐9中的_5°C左右的氣態(tài)冷媒二氟一氯甲烷(CHCLF2)，被由風(fēng)力發(fā)電機(jī)11發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)12壓縮成70°C左右的高溫高壓氣體，輸送進(jìn)入再熱器5。如果，遇到海上少數(shù)無風(fēng)的情況，則可以使用備用電源10，來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12實(shí)現(xiàn)這一過程。4.從預(yù)熱器4中出來的20°C左右的液態(tài)氨和從壓縮機(jī)12出來的70°C左右的冷媒二氟一氯甲烷在再熱器5中換熱，液態(tài)氨被加熱成50。C、20bar左右的過熱氨氣，而二氟一氯甲烷被冷卻到約；
5.從再熱器5中流出的50°C、20bar左右的過熱氨氣進(jìn)入蒸汽透平6，推動(dòng)蒸汽透平 6膨脹做功并輸出功率，該功率由發(fā)電機(jī)7轉(zhuǎn)化為電能輸出；從蒸汽透平6排出的氨氣為 7°C、5. 3bar 的氣體。6.從再熱器5中出來的55°C的冷媒二氟一氯甲烷經(jīng)過氣動(dòng)膨脹冷卻器13絕熱節(jié)流后，溫度急劇降低到-20°C，然后進(jìn)入蒸發(fā)器14 ；
7.海洋深層800米以下約5°C的深層低溫海水B經(jīng)低溫海水泵15抽取后，輸送到蒸發(fā)器14，在蒸發(fā)器14中加熱經(jīng)過節(jié)流后的-20°C的液態(tài)冷媒二氟一氯甲烷，經(jīng)過熱交換后冷媒二氟一氯甲烷溫度上升到_5°C，變?yōu)檫^熱氣體，而深層低溫海水B溫度升高，排入海洋。 然后，_5°C的二氟一氯甲烷過熱氣體輸送到冷媒儲(chǔ)罐9，供壓縮機(jī)12使用，這樣就完成了輔助系統(tǒng)的熱泵循環(huán)。蒸發(fā)器14中，5°C的深層低溫海水B被降溫到1°C，再輸送到冷凝器8 中。8.在步驟5中經(jīng)過做功后，5°C、5. 3bar的氨氣進(jìn)入到冷凝器8中，被1°C的深層低溫海水B冷卻到5°C，成為5°C的氨液送回氨液儲(chǔ)存筒中，工質(zhì)泵2抽取后再進(jìn)入預(yù)熱器 4中，這樣完成了主循環(huán)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電能的輸出。本具體實(shí)施方式
的朗肯循環(huán)高溫端溫度高達(dá)50°C，低溫端溫度降低到5°C，理想效率達(dá)到14%，而現(xiàn)有技術(shù)的海洋溫差發(fā)電閉式循環(huán)系統(tǒng)中高溫端只有2(T25°C，低溫端有 10°C，理想循環(huán)效率也只有1. 74%。與之相比較，本發(fā)明成倍的提高了循環(huán)效率，另外本發(fā)明中風(fēng)力發(fā)電機(jī)11發(fā)出的電能還可以提供給海洋溫差發(fā)電閉式循環(huán)中的工質(zhì)泵2、高溫海水泵3和低溫海水泵15等使用，而不像傳統(tǒng)的閉式循環(huán)需要消耗主循環(huán)發(fā)出的電能來驅(qū)動(dòng)工質(zhì)泵2以及海水泵，考慮到實(shí)際循環(huán)中各部件的損失和管道損失，在蒸汽透平6及各個(gè)部件效率為60%的情況下，本方法的發(fā)電效率可以達(dá)到8. 4%，完全具有實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種利用海洋溫差發(fā)電的方法，用海洋表層的熱海水加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)，送入汽輪機(jī)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，汽輪機(jī)排出的工質(zhì)乏氣用海洋深層的冷海水冷凝為液態(tài)，再用熱海水加熱，送入汽輪機(jī)，使之蒸發(fā)，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，如此循環(huán)， 持續(xù)發(fā)電；其特征在于，還利用洋面風(fēng)力發(fā)電，并用該電力驅(qū)動(dòng)熱泵裝置，由熱泵裝置的媒質(zhì)將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，增大工質(zhì)體積膨脹率；由熱泵裝置的媒質(zhì)將冷海水的溫度進(jìn)一步降低，再用該低溫海水去冷凝工質(zhì)乏氣，增強(qiáng)對(duì)工質(zhì)乏氣的冷凝效果。
2.如權(quán)利要求1所述的利用海洋溫差發(fā)電的方法，其特征在于，所述低沸點(diǎn)工質(zhì)是液氨或丙烷。
3.如權(quán)利要求1所述的利用海洋溫差發(fā)電的方法，其特征在于，所述熱泵裝置的媒質(zhì)是二氟一氯甲烷。
4.如權(quán)利要求1所述的利用海洋溫差發(fā)電的方法，其特征在于，所述熱泵裝置的媒質(zhì)將工質(zhì)的溫度加熱至5(T65°C。
5.如權(quán)利要求1所述的利用海洋溫差發(fā)電的方法，其特征在于，由熱泵裝置的媒質(zhì)將冷海水的溫度降低至rc，再用該低溫海水去冷凝工質(zhì)乏氣。
6.一種海洋溫差發(fā)電裝置，包括汽輪發(fā)電機(jī)組，由蒸汽透平和發(fā)電機(jī)組成，用于發(fā)電； 工質(zhì)儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存透平工質(zhì)；工質(zhì)預(yù)熱器，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和表層海水進(jìn)、出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平的進(jìn)口， 用于通過表層海水將工質(zhì)加熱，使之蒸發(fā)；工質(zhì)泵，布置在工質(zhì)儲(chǔ)罐和工質(zhì)預(yù)熱器之間，其進(jìn)口連接工質(zhì)儲(chǔ)罐，出口連接工質(zhì)預(yù)熱器，用于將工質(zhì)泵入工質(zhì)預(yù)熱器；低揚(yáng)程海水泵，連接工質(zhì)預(yù)熱器，用于將表層海水泵入工質(zhì)預(yù)熱器； 工質(zhì)冷凝器，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和深層海水進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接蒸汽透平的排氣口，工質(zhì)出口連接工質(zhì)儲(chǔ)罐，用于將蒸汽透平排除的工質(zhì)乏氣冷凝為液態(tài)，返回工質(zhì)儲(chǔ)罐； 高揚(yáng)程海水泵，連接冷凝器的海水進(jìn)口，用于將深層海水泵入冷凝器，冷卻工質(zhì)乏氣； 其特征在于，還包括熱泵裝置及其驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，布置在沿海灘涂，利用洋面風(fēng)力發(fā)電，所述熱泵裝置包括 冷媒儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存冷媒；壓縮機(jī)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于壓縮冷媒，使其成為高溫冷媒； 工質(zhì)再熱器，布置在工質(zhì)預(yù)熱器和蒸汽透平之間，具有工質(zhì)進(jìn)、出口和冷媒進(jìn)、出口，其工質(zhì)進(jìn)口連接工質(zhì)預(yù)熱器的出口，其工質(zhì)出口連接蒸汽透平的進(jìn)口，其冷媒進(jìn)口連接壓縮機(jī)的出口，由高溫冷媒將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高；氣動(dòng)膨脹冷卻器，布置在工質(zhì)再熱器的冷媒出口管道上，用于將加熱工質(zhì)后的冷媒急冷；冷媒蒸發(fā)器，布置在冷媒儲(chǔ)罐與工質(zhì)冷凝器之間，具有冷媒進(jìn)、出口和深層海水進(jìn)、出口，其冷媒進(jìn)口連接工質(zhì)再熱器的冷媒出口，其冷媒出口連接冷媒儲(chǔ)罐，其深層海水進(jìn)口連接高揚(yáng)程海水泵的出口，其深層海水出口連接工質(zhì)冷凝器的深層海水進(jìn)口 ；利用急冷后冷媒蒸發(fā)吸熱，使深層海水的溫度進(jìn)一步降低。
7.如權(quán)利要求6所述的海洋溫差發(fā)電裝置，其特征在于，所述氣動(dòng)膨脹冷卻器由若干個(gè)多個(gè)設(shè)置在冷媒管道中的孔板式節(jié)流元件構(gòu)成，孔板式節(jié)流元件上設(shè)置有若干個(gè)節(jié)流孔。
8.如權(quán)利要求6所述的海洋溫差發(fā)電裝置，其特征在于，所述氣動(dòng)膨脹冷卻器將加熱工質(zhì)后的冷媒急冷至_20°C。
9.如權(quán)利要求6所述的海洋溫差發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱泵裝置的壓縮機(jī)有備用電源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用海洋溫差發(fā)電的方法及裝置，用海洋表層的熱海水加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)，送入汽輪機(jī)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，汽輪機(jī)排出的工質(zhì)乏氣用海洋深層的冷海水冷凝為液態(tài)，再用熱海水加熱，送入汽輪機(jī)，使之蒸發(fā)，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，如此循環(huán)，持續(xù)發(fā)電；還利用洋面風(fēng)力發(fā)電，并用該電力驅(qū)動(dòng)熱泵裝置，由熱泵裝置的媒質(zhì)將工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，增大工質(zhì)體積膨脹率；由熱泵裝置的媒質(zhì)將冷海水的溫度進(jìn)一步降低，再用該低溫海水去冷凝工質(zhì)乏氣，增強(qiáng)對(duì)工質(zhì)乏氣的冷凝效果。本發(fā)明提高了海洋溫差發(fā)電閉式循環(huán)發(fā)電的效率，實(shí)現(xiàn)了海洋溫差能和風(fēng)能的綜合利用，具有重要的實(shí)用價(jià)值，是綠色環(huán)保能源，易于大規(guī)模使用和推廣。
文檔編號(hào)F03G7/05GK102213199SQ20111014735
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者劉平, 李飛, 王兵, 王建錄, 胡佳林, 莫爾兵, 鄧良 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司