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          海洋温差能发电技术

          发布时间: 2016-05-20 11:02:55   作者:无   来源:

           

          第一部分:概述
          第二部分:技术原理
          第三部分:国内发展和应用现状
          第四部分;国外发展和应用现状
          第五部分:供应商信息
          第六部分:经典案例
          第七部分:参考文献
           
          概述
          海洋温差能(oceanthermalenergy):又称海洋热能。利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的能量。在南北纬30度这间的大部分海面,表层和深层海水之间的混养在20度左右;如果在南、北纬20度海面上,每隔15公里建造一个海洋温差发电装置,理论上最大发电能力估计为500亿KW。赤道附近太阳直射多,其海域的表层温度可达2528,波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围,其海面水温可达35。而在海洋深处50O1000m处海水温度却只有36
          海水温差发电技术,是以海洋受太阳能加热的表层海水(2528)作高温热源,而以500米~l000米深处的海水(47)作低温热源,用热机组成的热力循环系统进行发电的技术。从高温热源到低温热源,可能获得总温差1520左右的有效能量。最终可能获得具有工程意义的11温差的能量。
           
          技术原理
          海洋温差能主要用于发电,温差能发电原理:首先利用表层海水蒸发工质(工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质,如氨、丙烷或氟利昂),使其汽化(汽化——物质从液相变为气相的过程)推动汽轮发电机发电,然后利用深层冷海水冷却工质成液态,再反复使用。海水温差发电涉及到机械、热能、流体等多个交叉学科,因此也存在着包括热交换器、冷却管、汽轮机及海洋工程技术在内的一系列有待解决的难题。海洋温差发电主要采用开式和闭式以及综合两者优点的混合式循环三种方式。
           
          开式循环系统表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸(闪蒸——高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水)而产生蒸汽,蒸汽进入汽轮机做功后再流入凝汽器。来自深层的冷海水作为凝汽器的冷却介质。由于水蒸气是在负压下工作,所以必须配置真空泵。这种系统简单,还可兼制淡水;但设备和管道体积庞大,真空泵及抽水水泵耗功较多,影响发电效率。
           
           
          闭式循环发电系统,又称中间介质法,该系统主要由真空泵、冷水泵、温水泵、冷凝器、蒸发器、工质泵、涡轮机-发电机组等部分组成。该系统不以海水而采用一些低沸点的物质作为工作介质,在闭合回路内丙烷、氨等低沸点工质反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点的工作介质,蒸汽的工作效率得到提高。
                                               
          混合循环系统基本与闭式循环发电系统相同,但用温海水蒸发出来的低压蒸气来加热低沸点工质,这样做的好处在于减少了蒸发器的体积,可节省材料,便于维护。
                                                    
           
          国内发展和应用现状
          1985年,中国科学院广州能源所开始对雾滴提升循环方式进行研究。此法原理就是利用表层和深层海水之间的温差所产生的焓降来提高海水的位能,再通过水轮机发电。据计算,海水从20降到7C时,海水所释放的热能可将海水提升到125 m的高度。
          中国台湾红柴海水温差发电厂计划利用马鞍山核电站排出的36—38的废热水与300 rfl深处的冷海水(12 oC)的温差发电。铺设的冷水管内径为3 m,长约3 200 m,延伸到台湾海峡约300 m深的海沟。预计电厂发电量为1425 MW,扣除泵水等动力消耗后可得净发电量约874 MW。该海水温差发电系统由台湾电力公司委托设计,初步设计已在1982年完成。
          20世纪80年代初,我国开始在广州、青岛和天津等地开展温差发电研究。1986年广州研制完成开式温差能转换试验模拟装置,实现电能转换。1989年又完成了雾滴提升循环试验研究。目前,天津大学正在开展利用海水温差能作为推动水下自持式观测平台的动力。
           
          国外发展和应用现状
          早在18819月,巴黎生物物理学家德阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。192611月,法国科学院建立了一个实验温差发电站,证实了阿松瓦尔的设想。1930年,阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站。
          1961年法国在西非海岸建成两座3500千瓦的海水温差发电站。美国和瑞典于1979年在夏威夷群岛上共同建成装机容量为1000千瓦的海水温差发电站,美国还计划在跨入21世纪时建成一座100万千瓦的海水温差发电装置,以及利用墨西哥湾暖流的热能在东部沿海建立500座海洋热能发电站,发电能力达2亿千瓦。
          日本已有小型实验电站,美国做了较全面的研究,现在建大型电站在技术上是可行的,关键是低温差2027时系统的转换效率仅有68%一9%,加上发出电的大部分用于抽水,冷水管的直径又大又长,工程难度大,研究工作处于停顿状态。每千瓦投资成本约1万美元,近期不会有人投资建实用的电站。若能利用沿海电厂的高温废水,提高温差,或者将来与开发深海矿藏或天然气水合物结合,并在海上建化工厂等综合考虑还是可能的。
          美国50 kW“MINI---(>IC”号海水温差发电船,由驳船改装,锚泊在夏威夷附近海面,采用闭式循环,工质是氨,冷水管长663 m,冷水管外径约60 cm,利用深层海水与表面海水约21—23的温差发电。19798月开始连续3500 h发电,发电机发出50 kw的电力,大部分用于水泵抽水,净出力为1215kw。从深海里抽出的水营养丰富,在实验船周围引来很多鱼类,这是海洋热能利用的历史性的发展。
          随后,美国在夏威夷的大岛建了一个自然能源实验室,为在该岛建40删大型海水温差发电站做准备,在热交换器、电力传输、抽取冷水(深水管道)、防腐和防污方面取得重大进展。计划采用开式循环发电系统,在发电过程副产淡水。夏威夷大学积极参与这项计划,做了多年实验但至今未建电站,可能是工程浩大,成本太高的缘故(每千瓦投资约1万美元)
          瑙鲁海水温差发电站是日本阳光计划1973年选定在太平洋赤道附近的瑙鲁共和国建25MW温差电站,198110月完成100 kW实验电站,见图10n。该电站建在岸上,将内径70 cm,长940 111的冷水管沿海床铺设到550 m深海中。最大发电量为120 kW,获得315 kW的净出力。
           
          供应商信息
          洛克希德马丁公司
          日本海洋温差发电研究会
           
          经典案例
          1)美国50KW MINI—OTEC号海水温差发电船
          该装置锚泊在夏威夷附近海面,采用闭式循环,工质是氨,冷水管长663m,冷水管外径约60cm,利用深层海水与表面海水约21~23的温差发电。19798月开始连续3500小时发电,发电机发出50kW的电力,大部分用于水泵抽水,额定功率为12~15kW。从深海里抽出的水营养丰富,在实验船周围引来很多鱼类,这是海洋温差能利用的历史性的发展。
          随后,美国在夏威夷的大岛建了一个自然能源实验室,为在该岛建40MW大型海水温差发电站做准备,在热交换器、电力传输、抽取冷水(深水管道)、防腐和防污方面取得重大进展。计划采用开式循环发电系统,在发电过程副产淡水。夏威夷大学积极参与这项计划,做了多年实验但至今未建电站,可能是工程浩大,成本太高的缘故(每kW投资约1万美元)。
           
          2)瑙鲁海水温差发电站
          瑙鲁海水温差发电站是日本阳光计划1973年选定在太平洋赤道附近的瑙鲁共和国建25MW温差电站,198110月完成100kW实验电站。该电站建在岸上,将内径70cm、长940m的冷水管沿海床铺设到550m深海中。最大发电量为120kW,获得31.5kW的额定功率。
           3)中国台湾红柴海水温差发电厂
          中国台湾红柴海水温差发电厂计划利用马鞍山核电站排出的36-38的废热水与300m深处的冷海水(约12)的温差发电。铺设的冷水管内径为3m,长约3200m,延伸到台湾海峡约300m深的海沟。预计电厂发电量为14.25MW,扣除泵水等动力消耗后可得净发电量约8.74MW。该海水温差发电系统由台湾电力公司委托设计,初步设计已在1982年完成。
          4)中国雾滴提升循环试验
          1985年中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种雾滴提升循环方法进行研究。这种方法的原理是利用表层和深层海水之间的温差所产生的焓降(焓降——就是焓值的降低量。焓是热力学上一个名词,简单的说蒸汽的焓就是蒸汽所具有做功能力(不包括位置势能)。焓降就是蒸汽做功能力的降低)来提高海水的位能。据计算,温度从20降到7时,海水所释放的热能可将海水提升到125米的高度,然后再利用水轮机发电。该方法可以大大减小系统的尺寸,并提高温差能量密度。1989年,广州能源所在实验室实现了将雾滴提升到21米的高度记录。同时,该所还对开式循环过程进行了实验室研究,建造了两座容量分别为10瓦和60瓦的试验台。
           
          参考文献
          http://baike.baidu.com/view/2925197.htm
          http://www.kepu.net.cn/gb/technology/new_energy/web/a5_n24_nn56.html
          http://www.kepu.net.cn/gb/technology/new_energy/web/a5_n24_nn57.html