[发明专利]浮式太阳能集热器辅助海洋热能转换发电机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2012年8月29日提交的美国61/743,236号临时专利申请(US Provisional Applications Serial Number 61/743,236)及于2013年2月5日提交的美国61/849,927号临时专利申请(US Provisional Applications Serial Number 61/849,927)，并对上述美国临时专利申请的所有权益提出要求。

背景技术

自1920年代后期及1930年代早期，人们已经对海洋热能转换(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)系统进行了研究，并且根据于19世纪中叶开发的“朗肯循环”(Rankine Cycle)的原理，对小规模的海洋热能转换系统进行了试验。这些系统涉及一种具有一上游侧及一下游侧的涡轮。在所述涡轮的上游侧，暖温液体在部分真空条件下转换为一蒸汽，而在此过程中，蒸汽压力则由暖温液体的温度控制。所述涡轮的下游侧设置有一冷凝器，以使所述蒸汽在经过所述涡轮之后经历相转变而恢复为液体。所述冷凝器连接至一冷却液源，而在所述涡轮下游侧的蒸汽的压力由所述冷却液的温度决定。小温差导致小压差，这限制了所述涡轮的有效性。

为了增加温差，海洋热能转换(OTEC)系统通常位于可利用深水而且海洋表面温度为最高且日照时间最长的地方。一般上，最有利的场址接近赤道。为了进一步增加温差，典型的海洋热能转换(OTEC)系统利用从大约1000米的极端海洋深度抽上来的海水作为冷却液。然而，典型的海洋热能转换(OTEC)系统利用它们所能产生的能量的大约80％来泵送温热表面水以及从所述极端深度将冷却水泵上来。

图1中显示一典型的采用先前技术的陆基开环海洋热能转换(OTEC)系统10毗邻一水体。所述系统10具有一温水入口14，该温水入口14靠近水体表面40，一般上在该温水入口14处的水温度t₂为大约27℃。在深度为大约1000米处设有一冷水入口12，一般上在该冷水入口12处的水温度t₁为大约5℃。温水通过温水入口14带入并泵入一温水脱气箱16。借助一真空泵22，从蒸发箱18泵出空气，以实现部分真空。脱气温水接着从所述脱气箱16泵入所述蒸发箱18，这导致一部分脱气温水闪蒸为蒸汽，因此使蒸发箱18中的压力增加至一初始压力P₁。所述蒸汽接着被进给至涡轮26的上游侧。所述蒸汽接着经过涡轮26，到达涡轮26的下游侧，然后进入冷凝器20。由于获供由泵24从冷水入口12泵上来的冷水，所述冷凝器20的温度保持在温度t₁。所述蒸汽在冷凝器20中冷凝导致冷凝器20中及涡轮26下游侧的压力降低至一排出压力P₂，排出压力P₂低于初始压力P₁。压差ΔP＝P₁–P₂导致蒸汽流动通过涡轮26，使涡轮26旋转。涡轮26接着驱动发电机28。以冷凝蒸汽为形式的水可以从冷凝器20中抽取，然后存储在一水箱30中，作为饮用水或蒸馏水使用。所述发电机28可以连接至一合适电网42，供分配及使用。

许多较大困难已经阻止采用先前技术的海洋热能转换(OTEC)系统实现商业上之成功。第一困难在于在面对海洋中经常遇到的汹涌海流条件下，在1000米深处设置及维护直径为10米的大管。第二困难在于典型系统的固有无效率。在温度变化Δt＝t₂–t₁为20℃条件下对“卡诺效率”(Carnot efficiency)进行的分析显示，一系统能够达到的最佳效率为大约7％。在实践中，由于涡轮入口及出口之间的泵压差ΔP低(大约0.4psi)、泵气损失及温度变化Δt's小，目前的海洋热能转换(OTEC)系统的效率介于大约1％及2％之间。

到目前为止人们试图设计的许多所述系统的另一问题在于它们是陆基系统，而深海冷水不仅必须从所述深度处泵上来，还必须泵送经一可观横向距离才能到达岸上发电厂，这导致压力损失及冷却水升温。海滨土地可能昂贵得让人不敢问津，而且由于飓风而存在危险。温差最高地区(赤道大西洋)并不靠近需要大量能量的地区。在过去，整个系统的生物污损也曾导致严重故障。

现在需要的是一种能够有效地及有效率地利用由海洋中的选定区域显示的自然温差来产生稳定水平的可用电力的替代设备。

发明内容