CN110145379B - 一种洋流能与波浪能耦合发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生能源领域，并具体公开了一种洋流能与波浪能耦合发电系统。该系统中液氨装置用于为洋流发热装置提供液氨，并将发电装置排出的氨蒸汽冷凝为液氨并储存，用于下一次发电；洋流发热装置利用洋流冲击产生的热量加热液氨并将其送入波浪能发热装置中；波浪能发热装置利用波浪拍打产生的热量加热其装置内的液氨，以使得该液氨进一步吸热后气化为氨蒸汽并进入发电装置中，通过膨胀做功进行发电。本发明提供的洋流能与波浪能耦合发电系统利用液氨作为工质，将洋流能和波浪能直接转化为液氨的热能并进行膨胀做功发电，从而避免了能量传递造成的损失，有效提高了该系统的发电效率。

Description

一种洋流能与波浪能耦合发电系统
技术领域
本发明属于可再生能源领域，更具体地，涉及一种洋流能与波浪能耦合发电系统。
背景技术
随着城市工业的发展，社会对电力的需求不断增长，而我国目前的发电量只要来源于火力发电，但是火力发电存在排放物污染大、不环保的弊端。与此同时，海洋波浪能量储量巨大，并且海洋波浪能发电过程污染少，是一种具有较大潜力的可再生能源。
目前利用海洋波浪能进行发电的装置主要利用波浪带动机械装置运动进行发电，CN103485972B公开了一种潮流波浪能发电装置，其通过波浪带动漂浮在海面上的浮子进行上下运动进行发电，CN106640501A公开了浮动式波浪能发电装置，其通过波浪带动漂浮体进行上下运动并将其转换为液体压力用于驱动发电，但是上述装置均存在机械结构复杂，容易出现故障的弊端，同时海水对机械结构具有腐蚀作用，因此需要对其做防盐防腐措施，造成维护困难、生产成本较高。
同时，因海洋波浪具有不稳定的特点，造成利用海洋波浪发电的装置发电量不稳定，因并网困难导致无法进行大规模发展。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种洋流能与波浪能耦合发电系统，其中通过设置洋流发热装置和波浪能发热装置对液氨进行直接加热形成氨气，相应能够通过氨气膨胀做功实现发电的功能，因而尤其适用于海洋发电的应用场合。
为实现上述目的，本发明提出了一种洋流能与波浪能耦合发电系统，该系统包括沿流体流动方向依次连接的液氨装置、洋流发热装置、波浪能发热装置和发电装置，其中：
所述液氨装置用于为所述洋流发热装置提供液氨，并将所述发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存，用于下一次发电；
所述洋流发热装置利用洋流冲击产生的热量加热所述液氨并将其送入所述波浪能发热装置中；
所述波浪能发热装置将波浪拍打产生的热量传递到所述洋流发热装置送入的液氨中，该液氨进一步吸热后气化为氨气并进入所述发电装置中，通过膨胀做功进行发电。
作为进一步优选地，所述波浪能发热装置包括钢珠、空心钢球、支架和第一罐体，其中所述钢珠密封在所述空心钢球内，该空心钢球通过所述支架与所述第一罐体连接，工作时，波浪拍打所述第一罐体使所述空心钢球发生摇晃，所述空心钢球内的钢珠相互摩擦产生热量，并将热量传递到所述第一罐体内的液氨中，对其进行加热。
作为进一步优选地，所述洋流能与波浪能耦合发电系统还包括设置在所述波浪能发热装置和发电装置之间的太阳能发热装置，所述太阳能发热装置包括相互连接的太阳能集热器和换热器，工作时，所述太阳能集热器吸收太阳能的热量并对管内的高温抗燃油进行加热，加热后的高温抗燃油进入所述换热器中，通过换热作用加热所述波浪能发热装置排出的氨气。
作为进一步优选地，所述波浪能发热装置与所述发电装置之间设置有第一通道和第二通道，并分别通过第一阀门和第二阀门控制所述第一通道和第二通道的开闭，其中所述第一通道用于将所述波浪能发热装置排出的氨气与所述太阳能发热装置进行换热后送入所述发电装置，所述第二通道用于将所述波浪能发热装置排出的氨气直接送入所述发电装置。
作为进一步优选地，所述液氨装置包括沿流体流动方向依次连接的凝汽器、储氨罐和液氨泵，其中所述凝汽器利用海水将所述发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存在所述储氨罐中，所述液氨泵将所述储氨罐中的液氨送入所述洋流发热装置中。
作为进一步优选地，所述波浪能发热装置的第一罐体上设置有第一温度表和第一压力表，并且该第一罐体的出口设置有第三阀门，工作时，利用所述第一温度表和第一压力表测量所述第一罐体内氨气的温度和压力，然后通过控制所述第三阀门的开度和所述液氨泵的转速调节进入所述发电装置中氨气的条件，使得该发电装置的输出功率保持平稳。
作为进一步优选地，所述洋流发热装置包括轴承、叶片、第二罐体、圆环、钢球和散热片，所述轴承的一端与所述叶片连接，其另一端伸入所述第二罐体内，与并排设置的所述圆环连接，所述钢球放置在所述圆环的间隙内，并通过外部的隔离罩进行固定，所述隔离罩上设置有散热片，工作时，洋流通过所述叶片带动所述圆环进行转动，使得所述圆环与所述钢球之间摩擦产生热量，并通过所述散热片将该热量传递到所述第二罐体内的液氨中，对其进行加热。
作为进一步优选地，所述发电装置包括膨胀机和发电机，所述氨气进入所述膨胀机内做功并带动所述发电机发电。
作为进一步优选地，所述洋流发热装置与波浪能发热装置之间通过软管连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供的洋流能与波浪能耦合发电系统利用液氨作为工质，将洋流能和波浪能直接转化为液氨的热能并进行膨胀做功发电，从而避免了能量传递造成的损失，有效提高了该系统的发电效率；
2.同时，本发明通过改进波浪能发热装置的结构，将钢珠密封在空心钢球内，能够避免钢珠摩擦产生的铁屑进入液氨中，造成膨胀机的磨损老化，同时该波浪能发热装置是一个全封闭的压力容器，仅需对罐体外部做防盐防腐保护，因此能够有效提高系统的使用寿命和生产成本；
3.此外，本发明还设置了太阳能发热装置，能够充分利用海上的可再生能源，进一步提高发电装置的输出功率，同时通过在波浪能发热装置和发电装置之间设置第一通道和第二通道，能够根据气象条件灵活决定是否使用该太阳能发热装置，避免了氨气向其反向传热造成系统的能量损失，提高该系统的发电效率；
4.尤其是，本发明通过调整液压泵的转速和第三阀门的开度，能够根据波浪能的大小及时、精准地调整进入发电装置中氨气的温度、压力和流量，从而保证发电装置的功率稳定在一定范围内，避免出现发电间接性大的问题，为系统进行并网提供可能性。
附图说明
图1是本发明提供的洋流能与波浪能耦合发电系统的结构示意图；
图2是按照本发明优选实施例构建的波浪能发热装置的结构示意图；
图3是按照本发明优选实施例构建的洋流发热装置的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-油泵，2-太阳能集热器，3-换热器，4-第二阀门，5-膨胀机，6-发电机，7-凝汽器，8-水泵，9-出水口，10-储氨罐，11-液氨泵，12-洋流发热装置，13-波浪能发热装置，14-第三阀门，15-第一阀门，16-第一温度表，17-第一压力表，18-第二温度表，19-第二压力表，20-空心钢球，21-支架，22-钢珠，23-叶片，24-轴承，25-密封环，26-散热片，27-圆环，28-钢球。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种洋流能与波浪能耦合发电系统，该系统包括沿流体流动方向依次连接的液氨装置、洋流发热装置12、波浪能发热装置13和发电装置，其中：
液氨装置用于为洋流发热装置12提供液氨，并将发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存，用于下一次发电；
洋流发热装置12利用洋流冲击产生的热量加热液氨并将其送入波浪能发热装置13中；
波浪能发热装置13将波浪拍打产生的热量传递到洋流发热装置12送入的液氨中，该液氨进一步吸热后气化为氨气并进入发电装置中，通过膨胀做功进行发电。
如图2所示，按照本发明的一个优选实施例，波浪能发热装置13包括钢珠22、空心钢球20、支架21和第一罐体，其中钢珠22密封在空心钢球20内并占据空心钢球20一半的空间，该空心钢球20通过支架21与第一罐体连接，工作时，波浪拍打第一罐体使空心钢球20发生摇晃，空心钢球20内的钢珠22相互摩擦产生热量，并将热量传递到第一罐体内的液氨中，对其进行加热，因钢珠22不直接接触液氨，能够避免钢珠22摩擦产生的铁屑污染液氨，从而对膨胀机5的寿命造成影响，同时空心钢球20和钢珠22处于全封闭的压力容器中，不直接接触海水，因此仅需对第一罐体的外壳做防盐防腐蚀措施即可，在提高发电系统使用寿命的同时还能够降低生产成本。
按照本发明的另一个优选实施例，因海上的太阳能资源丰富，该系统还包括设置在波浪能发热装置13和发电装置之间的太阳能发热装置，太阳能发热装置包括相互连接的太阳能集热器2和换热器3，工作时，太阳能集热器2吸收太阳能的热量并对管内的高温抗燃油进行加热，加热后的高温抗燃油进入换热器3中，通过换热作用加热波浪能发热装置13排出的氨气，进一步提高氨气的温度和压力从而提高其能做功能力，同时利用油泵1保证高温抗燃油在该太阳能发热装置中循环使用；
同时考虑到晚上没有太阳阳光的时候，氨气与换热器3进行换热会造成系统热量损失，因此在波浪能发热装置13与发电装置之间设置了第一通道和第二通道，并分别通过第一阀门15和第二阀门4的开闭控制第一通道和第二通道的开闭，白天有阳光的时候，打开第一阀门15并关闭第二阀门4，同时油泵1带动高温抗燃油流动，波浪能发热装置13排出的氨气进入第一通道，与太阳能发热装置进行换热后被送入发电装置；晚上没有阳光的时候，关闭第一阀门15、油泵1并打开第二阀门4，波浪能发热装置13排出的氨气通过第二通道直接进入发电装置，避免氨气与高温抗燃油换热造成能量损失，降低系统的发电效率。
按照本发明的再一个优选实施例，液氨装置包括沿流体流动方向依次连接的凝汽器7、储氨罐10和液氨泵11，水泵8抽取深层的冷海水送入凝汽器7中，从而将发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存在储氨罐10中，使用完的海水通过出水口9排出，液氨泵11将储氨罐10中的液氨送入洋流发热装置12中并控制其流量；
波浪能发热装置13的第一罐体上设置有第一温度表16和第一压力表17，并且其出口设置有第三阀门14，利用第一温度表16和第一压力表17测量第一罐体内氨气的温度和压力，然后通过调节第三阀门14的开度和液氨泵11的转速控制发电装置的发电量，使其输出功率保持平稳；
当第一温度表16和第一压力表17测得的参数较高时，说明此时波浪能较大，可以适当提高液氨泵11的转速同时增大第三阀门14的开度，保证系统的输出功率较为平稳，当第一温度表16和第一压力表17测得的参数较低时，说明此时波浪能较小，可以适当降低液氨泵11的转速同时减小第三阀门14开度，保证系统的输出功率较为平稳，通过该方式能够保证整个系统的发电功率在一个区间内相对稳定，方便进行并网。
进一步，如图3所示，洋流发热装置12包括轴承24、叶片23、第二罐体、圆环27、钢球28和散热片26，轴承24的一端与叶片23连接，其另一端伸入第二罐体内与并排设置的圆环27连接，同时轴承24中间套有绝热的密封环25用于密封，钢球28放置在圆环27的间隙内，并通过外部的隔离罩进行固定，隔离罩上设置有散热片26，工作时，洋流通过叶片23带动圆环27进行转动，使得圆环27与钢球28之间摩擦产生热量，并通过散热片26将该热量传递到第二罐体内的液氨中，对其进行加热；
发电装置包括膨胀机5和发电机6，氨气进入膨胀机5内做功并带动发电机6发电；
液氨装置与洋流发热装置12之间设置有第二温度表18和第二压力表19，用于监测液氨装置提供的液氨的温度和压力；
同时该系统所有管道和装置的外部均设置有保温层，防止热量散失降低系统的发电功率，并且洋流发热装置12与波浪能发热装置13之间通过软管连接。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，该系统包括沿流体流动方向依次连接的液氨装置、洋流发热装置(12)、波浪能发热装置(13)和发电装置，其中：
所述液氨装置用于为所述洋流发热装置(12)提供液氨，并将所述发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存，用于下一次发电；
所述洋流发热装置(12)利用洋流冲击产生的热量加热所述液氨并将其送入所述波浪能发热装置(13)中；
所述波浪能发热装置(13)将波浪拍打产生的热量传递到所述洋流发热装置(12)送入的液氨中，该液氨进一步吸热后气化为氨气并进入所述发电装置中，通过膨胀做功进行发电；
所述波浪能发热装置(13)包括钢珠(22)、空心钢球(20)、支架(21)和第一罐体，其中所述钢珠(22)密封在所述空心钢球(20)内，该空心钢球(20)通过所述支架(21)与所述第一罐体连接，工作时，波浪拍打所述第一罐体使所述空心钢球(20)发生摇晃，所述空心钢球(20)内的钢珠(22)相互摩擦产生热量，并将热量传递到所述第一罐体内的液氨中，对其进行加热。
2.如权利要求1所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述洋流能与波浪能耦合发电系统还包括设置在所述波浪能发热装置(13)和发电装置之间的太阳能发热装置，所述太阳能发热装置包括相互连接的太阳能集热器(2)和换热器(3)，工作时，所述太阳能集热器(2)吸收太阳能的热量并对管内的高温抗燃油进行加热，加热后的高温抗燃油进入所述换热器(3)中，通过换热作用加热所述波浪能发热装置(13)排出的氨气。
3.如权利要求2所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述波浪能发热装置(13)与所述发电装置之间设置有第一通道和第二通道，并分别通过第一阀门(15)和第二阀门(4)控制所述第一通道和第二通道的开闭，其中所述第一通道用于将所述波浪能发热装置(13)排出的氨气与所述太阳能发热装置进行换热后送入所述发电装置，所述第二通道用于将所述波浪能发热装置(13)排出的氨气直接送入所述发电装置。
4.如权利要求1所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述液氨装置包括沿流体流动方向依次连接的凝汽器(7)、储氨罐(10)和液氨泵(11)，其中所述凝汽器(7)利用海水将所述发电装置排出的氨气冷凝为液氨并储存在所述储氨罐(10)中，所述液氨泵(11)将所述储氨罐(10)中的液氨送入所述洋流发热装置(12)中。
5.如权利要求4所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述波浪能发热装置(13)的第一罐体上设置有第一温度表(16)和第一压力表(17)，并且该第一罐体的出口设置有第三阀门(14)，工作时，利用所述第一温度表(16)和第一压力表(17)测量所述第一罐体内氨气的温度和压力，然后通过控制所述第三阀门(14)的开度和所述液氨泵(11)的转速调节进入所述发电装置中氨气的条件，使得该发电装置的输出功率保持平稳。
6.如权利要求1所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述洋流发热装置(12)包括轴承(24)、叶片(23)、第二罐体、圆环(27)、钢球(28)和散热片(26)，所述轴承(24)的一端与所述叶片(23)连接，其另一端伸入所述第二罐体内，与并排设置的所述圆环(27)连接，所述钢球(28)放置在所述圆环(27)的间隙内，并通过外部的隔离罩进行固定，所述隔离罩上设置有散热片(26)，工作时，洋流通过所述叶片(23)带动所述圆环(27)进行转动，使得所述圆环(27)与所述钢球(28)之间摩擦产生热量，并通过所述散热片(26)将该热量传递到所述第二罐体内的液氨中，对其进行加热。
7.如权利要求1～6任一项所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述发电装置包括膨胀机(5)和发电机(6)，所述氨气进入所述膨胀机(5)内做功并带动所述发电机(6)发电。
8.如权利要求7所述的洋流能与波浪能耦合发电系统，其特征在于，所述洋流发热装置(12)与波浪能发热装置(13)之间通过软管连接。
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