[发明专利]一种海洋温差能系统泵流量优化控制方法及系统

权利要求书

1.一种海洋温差能系统泵流量优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)分别实时获取蒸发器的海水入口和海水出口的温度，分别实时获取冷凝器的海水入口和海水出口的温度；

2)分别实时获取蒸发器的工质出口处的温度和压力，冷凝器的工质入口处的温度和压力；冷凝器的工质出口处的温度和压力；以及蒸发器的工质入口处的温度和压力；

3)预设的信号采集控制器采集步骤1)、2)获取的温度、压力数据，采用控制算法实时计算使海洋温差能系统的净输出功最大化时的海水泵和工质泵的流量，并根据计算得到的流量，实时调节海洋温差能系统中的海水泵以及工质泵的流量，使海水泵和工质泵的流量达到动态平衡，确保海洋温差能系统的净输出功趋于最大化；

在上述步骤3)中，控制算法的计算过程如下：

3.1)根据能量守恒和热交换器传热规律，蒸发器中温海水与工质的热交换率计算公式为：

式中，Q_e为蒸发器中温海水与工质的热交换率；为工质流量；h₁为蒸发器的工质出口处的焓值；h₄为蒸发器的工质入口处的焓值；为温海水流量；C_p，ws为温海水定压比热容；T_ws，i为蒸发器的海水入口温度；T_ws，o为蒸发器的海水出口温度；

同理，冷凝器中冷海水与工质的热交换率计算公式为：

式中，Q_c为冷凝器中冷海水与工质的热交换率；为工质流量；h₂为冷凝器的工质入口处的焓值；h₃为冷凝器的工质出口处的焓值；为冷海水流量；C_p，cs为冷海水定压比热容；T_cs，i为冷凝器的海水入口温度，T_cs，o为冷凝器的海水出口温度；

3.2)透平发电机输出功率W_t计算公式为：

式中，为工质流量；h₁为透平工质入口处的焓值，h₂为透平工质出口处的焓值，β_t为透平的机械效率，β_g为透平发电机效率；

工质泵功耗W_p的计算公式为：

式中，为工质流量；p₃和p₄分别为工质泵工质入口和出口处的压力值，ρ为工质密度，β_p为工质泵效率；

温海水泵功耗W_p，ws计算公式为：

式中，为温海水流量；g为重力加速度；β_p，ws为温海水泵效率；ΔH_ws为温海水管道总损失；

其中，

ΔH_ws＝ΔH_ws，p+ΔH_ws，e (6)

式(6)、(7)、(8)中，ΔH_ws，p为温海水管水头损失；ΔH_ws，e为蒸发器中的热交换器内的水头损失；l_ws为温海水管长；d_ws为温海水管径；A_e和B_e为常数，与蒸发器型式相关；

结合式(5)～(8)得出

式中，

冷海水泵功耗W_p，cs计算公式为：

式中，为冷海水流量；g为重力加速度；β_p，cs为冷海水泵效率；ΔH_cs为冷海水管道总损失；

其中，

ΔH_cs＝ΔH_cs，p+ΔH_cs，c+ΔH_cs，d (11)

式(11)～(14)中，ΔH_cs，p为冷海水管水头损失；ΔH_cs，c为冷海水在冷凝器内的水头损失；ΔH_cs，d为冷温海水密度差引起的水头损失；l_cs为冷海水管长；d_cs为冷海水管径；A_c和B_c为常数，与冷凝器型式相关；ρ_cs为冷海水密度；ρ_ws为温海水密度；

结合(10)～(14)得出

式中，

3.3)海洋温差能系统净输出功计算公式为：

W_n＝W_t-W_p-W_p，ws-W_p，cs (16)

由(1)、(2)、(3)、(5)、(10)推出：

由式(16)～(20)得出：

而时的工质流量值，就是使系统净输出功W_n达到最大值对应的工质流量；

3.4)结合公式(17)～(21)，令求解得出并代入公式(1)求得代入公式(2)求得

此时的工质流量温海水流量以及冷海水流量即为海洋温差能系统净输出功最大化时的泵流量值；信号采集控制器按照上述计算值控制海水泵和工质泵流量，实现该海洋温差能系统净输出的最大化。