[发明专利]一种利用海洋温差发电的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋温差能利用领域，具体是一种风能热泵伴随加热的海洋温差发电的方法及装置。

背景技术

热带区域的海洋表层与几百至上千米深处存在着基本恒定的20～25℃的温差，这就为发电提供了一个总量巨大且非常稳定的冷热源。海洋温差发电（OTEC）的基本原理就是利用海洋表面的高温海水加热低沸点工质并使其汽化，或通过降压使海水汽化以驱动汽轮机发电。同时利用从海底提取的低温海水（4～6℃）将做功后的排气冷凝，使之重新变为液体。目前，全世界海洋温差能的理论估计储存量为 100亿千瓦，所以OTEC被1981年联合国新能源和可再生能源会议确认为所有海洋能转换系统中最重要的。

我国南沙、西沙群岛远离大陆，电力联网困难，然而那里太阳日照强烈，温差能利用最具潜力。据初步计算，南海温差能资源技术上可开发利用的装机容量高达13.21～14.76亿千瓦，若能因地制宜的加以利用，不仅对岛屿的经济发展产生积极的影响，还能够为海上工程作业、采油、海防甚至沿海城市提供便利的电能，因此发展海洋温差能发电技术具有重要意义。目前海洋温差发电的主要方式有三种：即闭式循环系统、开式循环系统以及综合了两者优点的混合式循环系统。这三种循环系统技术上以闭式循环方案最接近商业化应用。

如图1所示是现有技术的闭式循环海洋温差发电的系统流程图，来自海洋表层的表层高温海水A先在蒸发器14内将热量传给丙烷等低沸点工质，使之蒸发，工质蒸发变成蒸汽推动蒸汽透平6中的汽轮机做功，汽轮机排出的工质再进入冷凝器8，被几百米深的深层低温海水B冷却后重新变为液态，然后再用工质泵2把液态工质输送进蒸发器14，以实现循环使用。具体流程如下：首先，工质泵2抽取贮液筒1内的液态丙烷等低沸点工质进入蒸发器14，蒸发器14内通过高温海水泵3抽入表层高温海水A，表层高温海水A与液态丙烷换热，使得液态丙烷在蒸发器14内汽化、成为丙烷蒸汽，换热后的表层高温海水A排入海洋C。丙烷蒸汽进入蒸汽透平6，推动汽轮机做功，使之产生机械能，发电机7再将机械能转换为电能。之后，汽轮机排出的丙烷蒸汽进入冷凝器8，冷凝器8通过低温海水泵15抽取的深层低温海水B，将丙烷蒸汽冷凝液化为液态丙烷，液态丙烷保存在贮液筒1中，深层低温海水B与丙烷蒸汽换热后排入海洋C。

现有的海洋温差发电装置运行结果表明，由于表层高温海水A和深层低温海水B的温差不大，即使采用低沸点的工质，海洋温差发电系统的效率也极低。例如以丙烷为循环工质的海洋温差发电系统中，即使表层海水温度为30℃，深层海水温度为4℃时，理想朗肯循环效率也只有约2%。并且实际循环中还有管道阀门等部件的损失，因此可能使循环发出的电力还不足以维持工质泵和低温海水泵的正常工作，这使海洋温差发电系统一直难以得到推广应用。

发明内容

本发明的目的在于：在传统的闭式海洋温差发电系统的基础上，提供一种利用风能发电驱动热泵伴随加热的海洋温差发电的方法及装置，以提高发电效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种利用海洋温差发电的方法，用海洋表层的热海水加热低沸点工质，使之蒸发，送入汽轮机推动汽轮发电机组做功发电，汽轮机排出的工质乏气用海洋深层的冷海水冷凝为液态，再用热海水加热，送入汽轮机，使之蒸发，推动汽轮机发电机组做功发电，如此循环，持续发电；还利用洋面风力发电，并用该电力驱动热泵装置，由热泵装置的媒质将工质的温度进一步提高，增大工质体积膨胀率；由热泵装置的媒质将冷海水的温度进一步降低，再用该低温海水去冷凝工质乏气，增强对工质乏气的冷凝效果。

所述低沸点工质是液氨或丙烷。

所述热泵装置的媒质是二氟一氯甲烷。

所述热泵装置的媒质将工质的温度加热至50~65℃。

由热泵装置的媒质将冷海水的温度降低至1℃，再用该低温海水去冷凝工质乏气。

一种海洋温差发电装置，包括：

汽轮发电机组，由蒸汽透平和发电机组成，用于发电；

工质储罐，用于储存透平工质；

工质预热器，具有工质进、出口和表层海水进、出口，其工质出口连接蒸汽透平的进口，用于通过表层海水将工质加热，使之蒸发；

工质泵，布置在工质储罐和工质预热器之间，其进口连接工质储罐，出口连接工质预热器，用于将工质泵入工质预热器；

低扬程海水泵，连接工质预热器，用于将表层海水泵入工质预热器；

工质冷凝器，具有工质进、出口和深层海水进、出口，其工质进口连接蒸汽透平的排气口，工质出口连接工质储罐，用于将蒸汽透平排除的工质乏气冷凝为液态，返回工质储罐；