CN110793242A - 一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统，所述热量回收利用系统包括依次相连的热泵模块和海水淡化模块；所述热泵模块，用于吸收柔性直流输电海上平台中热源散发的热量；所述海水淡化模块，用于利用所述热量制备淡水。本发明提供的技术方案，对柔性直流输电海上平台的热量损耗进行热能品位提升，回收利用该能量对海水进行淡化，达到节约能源和降低资金成本的目的。

Description

一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统
技术领域
本发明涉及热量回收领域，具体涉及一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统。
背景技术
对于海上风电以及跨海输电，柔性直流输电工程输电端位于海上，需要建设海上平台承载换流阀等输电装置。而换流阀换是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制；换流阀在运行中受到高电压和大电流冲击，会产生多达兆瓦级的热量。
海上平台换流阀的冷却系统一般采用三循环模式，考虑到设备腐蚀问题，换流阀冷却系统中增加隔离水循环和去离子水冷却液的淡水循环系统，因此在换流阀运行过程中需要不断补充淡水(补充淡水循环系统消耗和制备去离子水)，运行维护人员生活也需要提供淡水，因此需要对海上平台定时远距离输送淡水，运行维护成本较高。此外，由于换流阀热量品位低(出阀温度为50～60℃)，造成回收利用难度大。目前现有的热量回收设计方案，未提升换流阀热量品位，仅被用来供热，存在利用效率低、利用方式单一等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统，对换流阀损耗进行热能品位提升，回收利用该能量对海水进行淡化，为换流阀冷却系统和运行维护人员生活提供淡水来源，避免远距离海上输送，达到节约能源和降低资金成本的目的。
本发明提供一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统，其改进之处在于，所述热量回收利用系统包括依次相连的热泵模块和海水淡化模块；
所述热泵模块，用于吸收柔性直流输电海上平台中热源散发的热量；
所述海水淡化模块，用于利用所述热量制备淡水。
优选的，所述热泵模块串联或并联连接到所述热源上。
优选的，所述热源包括：换流阀、淡水循环系统、换流阀冷却系统和海水循环系统。
优选的，所述热泵模块包括：蒸发器、热泵压缩机、冷凝器和节流阀；
所述蒸发器的第一输入端接入携带柔性直流输电海上平台中热源散发的热量的冷却介质；
所述蒸发器的第一输出端通过管道流出经制冷剂降温后的所述冷却介质，所述蒸发器的第二输出端将吸收热量的制冷剂输出至所述热泵压缩机的输入端；
所述热泵压缩机的输出端将其输入端接入的制冷剂压缩后输出至所述冷凝器的第一输入端；
所述冷凝器通过其第二输入端口接入的海水对其第一输入端接入的制冷剂进行冷凝液化，通过其第一输出端将冷凝液化后制冷剂输出至所述节流阀的输入端，通过其第二输出端将用于冷凝液化的海水输出至所述海水淡化模块中蒸发冷凝器的第一输入端；
所述节流阀的输出端将其输入端接入的制冷剂膨胀阀节流后输出至所述蒸发器的第二输入端。
进一步的，所述冷却介质包括：去离子水、淡水或海水。
进一步的，所述海水淡化模块包括：第一水泵、第二水泵、第三水泵、第一预热器、第二预热器、蒸发冷凝器和压缩机；
所述第一水泵将海水分别输入至所述第一预热器的第一输入端和第二预热器的第一输入端；
所述第一预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述第二预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述蒸发冷凝器将其第一输入端接入的海水蒸发成蒸汽，并通过其第一输出端口将蒸汽输入至所述压缩机的输入端口；
所述压缩机通过其输出端口将加压后的蒸汽返回至所述蒸发冷凝器的第二输入端口；
所述蒸发冷凝器将其第二输入端口接入的蒸汽与海水换热后冷凝为淡水，并将淡水通过第一输出端口输出至所述第一预热器的第二输入端口；
所述第一预热器将其第二输入端口接入的淡水与第一输入端接入的海水换热后降温后通过其第二输出端口输出至所述第二水泵；
所述蒸发冷凝器将其蒸发室中未蒸发的海水通过其第二输出端口输出至所述第二预热器的第二输入端口；
所述第二预热器将其第二输入端口接入的所述未蒸发的海水与第一输入端接入的海水换热降温后通过其第二输出端口输出至所述第三水泵。
进一步的，海水经所述第一预热器、所述第二预热器和冷凝器后温度提升至50-80摄氏度。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明的柔性直流输电海上平台热量回收利用系统，将换流阀(或淡水循环系统、换流阀冷却系统、海水循环系统)的热量通过热泵系统提高其热能品位，然后利用其驱动海水淡化系统工作，为生产生活提供淡水。本发明提出的热量回收利用系统一方面解决了换流阀热量的利用问题，避免了其被直接排放到大气中，节约了能源，降低了换流阀冷却系统热负荷和相关设备资金投入；另一方面解决了海上平台生产生活所需淡水问题，避免了原有的远距离海上输送，节约了成本。此外，热泵系统和海水淡化系统为常规产品，不需要特殊设计和定制，有利于在工程中推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的柔性直流输电海上平台热量回收利用系统结构示意图；
图2是本发明实施例中添加柔性直流输电海上平台热量回收利用系统的海上平台用三循环回路换流阀冷却系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
针对传统柔性直流海上平台换流阀(或淡水循环系统、换流阀冷却系统、海水循环系统)产生的损耗(热量)直接向外界环境排放的设计技术缺点，本发明设计一种柔性直流海上平台换流阀损耗回收吸收海水淡化系统，对换流阀损耗进行热能品位提升，回收利用进行海水淡化。本系统主要由如下两部分组成：热泵系统和海水淡化系统。热泵系统中的蒸发器吸收换流阀排出的热量，并对这部分热量进行做功，提高其热能品位，然后高品位的热量驱动海水淡化系统运转，为换流阀冷却系统、海上平台生活提供淡水。本项发明有效利用换流阀的热量，进行回收利用，降低换流阀冷却系统热负荷，并达到海水淡化的效果；本发明可以为换流阀冷却系统和运行维护人员生活提供淡水来源，避免远距离海上输送，达到节约能源和降低资金成本目的。热泵系统和海水淡化系统为常规产品，不需要特殊设计和定制，有利于在工程中推广应用。
具体的，如图1所示，所述热量回收利用系统包括依次相连的热泵模块和海水淡化模块；
所述热泵模块，用于吸收柔性直流输电海上平台中热源散发的热量；
所述海水淡化模块，用于利用所述热量制备淡水。
其中，所述热泵模块串联或并联连接到所述热源上，所述热源包括：换流阀、淡水循环系统、换流阀冷却系统和海水循环系统。
本发明提供的最优实施例中，添加海上平台热量回收利用系统的三循环系统原理图如图2所示，海上平台热量回收利用系统可以吸收换流阀一部分热量，用来制备淡水，一方面可以为三循环系统中的淡水循环系统和换流阀冷却系统提供淡水，用于冷却循环和去离子水制备，另一方面可以降低三循环热负荷，从而降低三循环经济成本。海上平台热量回收装置可以放置在三循环系统任一循环中，方式为串联或者并联，图2仅为串联到换流阀冷却系统的形式，具体位置可以根据海上平台实际环境进行调整。
进一步的，在如图1所示的热量回收利用系统中，所述热泵模块包括：蒸发器、热泵压缩机、冷凝器和节流阀；
所述蒸发器的第一输入端接入携带柔性直流输电海上平台中热源散发的热量的冷却介质；
所述蒸发器的第一输出端通过管道流出经制冷剂降温后的所述冷却介质，所述蒸发器的第二输出端将吸收热量的制冷剂输出至所述热泵压缩机的输入端；
所述热泵压缩机的输出端将其输入端接入的制冷剂压缩后输出至所述冷凝器的第一输入端；
所述冷凝器通过其第二输入端口接入的海水对其第一输入端接入的制冷剂进行冷凝液化，通过其第一输出端将冷凝液化后制冷剂输出至所述节流阀的输入端，通过其第二输出端将用于冷凝液化的海水输出至所述海水淡化模块中蒸发冷凝器的第一输入端；
所述节流阀的输出端将其输入端接入的制冷剂膨胀阀节流后输出至所述蒸发器的第二输入端。
其中，所述冷却介质包括：去离子水、淡水或海水。
所述海水淡化模块包括：第一水泵、第二水泵、第三水泵、第一预热器、第二预热器、蒸发冷凝器和压缩机；
所述第一水泵将海水分别输入至所述第一预热器的第一输入端和第二预热器的第一输入端；
所述第一预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述第二预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述蒸发冷凝器将其第一输入端接入的海水蒸发成蒸汽，并通过其第一输出端口将蒸汽输入至所述压缩机的输入端口；
所述压缩机通过其输出端口将加压后的蒸汽返回至所述蒸发冷凝器的第二输入端口；
所述蒸发冷凝器将其第二输入端口接入的蒸汽与海水换热后冷凝为淡水，并将淡水通过第一输出端口输出至所述第一预热器的第二输入端口；
所述第一预热器将其第二输入端口接入的淡水与第一输入端接入的海水换热后降温后通过其第二输出端口输出至所述第二水泵；
所述蒸发冷凝器将其蒸发室中未蒸发的海水通过其第二输出端口输出至所述第二预热器的第二输入端口；
所述第二预热器将其第二输入端口接入的所述未蒸发的海水与第一输入端接入的海水换热降温后通过其第二输出端口输出至所述第三水泵。
其中，海水经所述第一预热器、所述第二预热器和冷凝器后温度提升至50-80摄氏度。
上述热量回收利用系统的工作原理为：
在如图1所示的应用场景中，热泵系统采用的是蒸汽压缩制冷循环原理，即蒸发器出口的低压制冷剂气体经压缩机压缩后变为高温高压的制冷剂气体，再进入冷凝器中冷凝液化成高压低温的液体，之后经膨胀阀节流降压为低温低压的气液混合物进入蒸发器中，再通过蒸发吸收换流阀内冷回路的热量，变为低温低压的气体进入压缩机中，从而完成一个热力循环。由于冷凝器端冷凝温度高，所以可以将冷凝器的高温热源驱动海水淡化系统。
在如图1所示的应用场景中，海水淡化系统的进料海水经过第一预热器和第二预热器(温度提升到50摄氏度)和热泵冷凝器(温度提升到60摄氏度)预热后进入蒸发-冷凝器，被冷凝管道中的蒸汽加热，部分海水蒸发成蒸汽，蒸汽经过过滤装置，再经过压缩机加压，提高压力后进入冷凝管道，与管壁外的海水换热后冷凝成液态水，释放出的潜热和显热用于加热管外的海水。冷凝水经第一预热器回收部分显热后，作为产品淡水输出；蒸发室中未蒸发的浓海水则经第二预热器回热后被排弃。
在如图2所示的应用场景中，海上平台三循环系统中的高温液体进入蒸发器热侧，被冷却降温到所需供液温度后经水泵驱动进入三循环系统以实现一个循环。此时，换热阀产生的部分热量由热泵系统中的蒸发器吸收。
本发明的特点是提出对海上平台换流阀(或淡水循环系统、换流阀冷却系统、海水循环系统)热量的回收利用技术，将换流阀(或淡水循环系统、换流阀冷却系统、海水循环系统)的热量通过热泵系统提高其热能品位，然后利用其驱动海水淡化系统工作，为生产生活提供淡水。本发明提出的热量回收吸收式制冷系统一方面解决了换流阀热量的利用问题，避免了其被直接排放到大气中，节约了能源，降低了换流阀(或淡水循环系统、换流阀冷却系统、海水循环系统)冷却系统热负荷和相关设备资金投入；另一方面解决了海上平台生产生活所需淡水问题，避免了原有的远距离海上输送，节约了成本。此外，热泵系统和海水淡化系统为常规产品，不需要特殊设计和定制，有利于在工程中推广应用。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性直流输电海上平台热量回收利用系统，其特征在于，所述热量回收利用系统包括依次相连的热泵模块和海水淡化模块；
所述热泵模块，用于吸收柔性直流输电海上平台中热源散发的热量；
所述海水淡化模块，用于利用所述热量制备淡水。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热泵模块串联或并联连接到所述热源上。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述热源包括：换流阀、淡水循环系统、换流阀冷却系统和海水循环系统。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热泵模块包括：蒸发器、热泵压缩机、冷凝器和节流阀；
所述蒸发器的第一输入端接入携带柔性直流输电海上平台中热源散发的热量的冷却介质；
所述蒸发器的第一输出端通过管道流出经制冷剂降温后的所述冷却介质，所述蒸发器的第二输出端将吸收热量的制冷剂输出至所述热泵压缩机的输入端；
所述热泵压缩机的输出端将其输入端接入的制冷剂压缩后输出至所述冷凝器的第一输入端；
所述冷凝器通过其第二输入端口接入的海水对其第一输入端接入的制冷剂进行冷凝液化，通过其第一输出端将冷凝液化后制冷剂输出至所述节流阀的输入端，通过其第二输出端将用于冷凝液化的海水输出至所述海水淡化模块中蒸发冷凝器的第一输入端；
所述节流阀的输出端将其输入端接入的制冷剂膨胀阀节流后输出至所述蒸发器的第二输入端。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述冷却介质包括：去离子水、淡水或海水。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述海水淡化模块包括：第一水泵、第二水泵、第三水泵、第一预热器、第二预热器、蒸发冷凝器和压缩机；
所述第一水泵将海水分别输入至所述第一预热器的第一输入端和第二预热器的第一输入端；
所述第一预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述第二预热器的第一输出端将其第一输入端接入的海水升温后输出至所述冷凝器的第二输入端；
所述蒸发冷凝器将其第一输入端接入的海水蒸发成蒸汽，并通过其第一输出端口将蒸汽输入至所述压缩机的输入端口；
所述压缩机通过其输出端口将加压后的蒸汽返回至所述蒸发冷凝器的第二输入端口；
所述蒸发冷凝器将其第二输入端口接入的蒸汽与海水换热后冷凝为淡水，并将淡水通过第一输出端口输出至所述第一预热器的第二输入端口；
所述第一预热器将其第二输入端口接入的淡水与第一输入端接入的海水换热后降温后通过其第二输出端口输出至所述第二水泵；
所述蒸发冷凝器将其蒸发室中未蒸发的海水通过其第二输出端口输出至所述第二预热器的第二输入端口；
所述第二预热器将其第二输入端口接入的所述未蒸发的海水与第一输入端接入的海水换热降温后通过其第二输出端口输出至所述第三水泵。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，海水经所述第一预热器、所述第二预热器和冷凝器后温度提升至50-80摄氏度。
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