CN113982873A - 钻井平台温差能发电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻井平台温差能发电装置，钻井平台温差能发电装置设置于深水浮式钻井平台上，包括：蒸发器，蒸发器内存储有工质，用于吸收海面温海水所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽；透平机和发电机，透平机的输入端与蒸发器的第一出口连接，透平机的蒸汽做功输出端与发电机连接，用于带动发电机发电；冷凝器，冷凝器的第一入口与透平机的乏气输出端连接，冷凝器的第一出口与蒸发器的第二入口连接，用于将冷却的乏气输送至蒸发器；钻井隔水管附属管线，用于将海底冷海水输送至冷凝器，以将乏气冷凝成液体工质。该装置能够实现充分利用钻井隔水管连通海底冷海水的特点，将温差能发电与海洋钻井平台相结合。

Description

钻井平台温差能发电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种钻井平台温差能发电装置及方法，具体涉及一种基于钻井隔水管附属管线的钻井平台温差能发电装置及方法，属于海洋石油工程钻采技术和新能源领域。
背景技术
随着经济的发展，能源的消耗与日俱增，常规化石能源消耗带来了大量的碳排放，新能源利用成为解决能源短缺和降低碳排放的途径之一。海洋温差能因其储量巨大、可再生和多用途等特点备受关注。深水浮式钻井平台目前主要依靠柴油发电提供电能。而深水钻井平台浮在海平面温海水上，连接海底的钻井隔水管可以连通海底冷海水，拥有温差能开发中的温、冷海水来源。如何利用深水钻井平台与温差能发电有机结合起来，使用温差能发电替代或者部分替代柴油发电，成为深水浮式钻井平台的一个能源和动力供给的可选来源。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种钻井平台温差能发电装置及方法，该装置能够实现充分利用钻井隔水管连通海底冷海水的特点，将温差能发电与海洋钻井平台相结合，为深水钻井平台提供额外电能，助力海洋油气行业积极探索新能源利用的路径和方案。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种钻井平台温差能发电装置，所述钻井平台温差能发电装置设置于深水浮式钻井平台上，包括：
蒸发器，所述蒸发器内存储有工质，用于吸收海面温海水所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽；
透平机和发电机，所述透平机的输入端与所述蒸发器的第一出口连接，所述透平机的蒸汽做功输出端与所述发电机连接，用于带动所述发电机发电；
冷凝器，所述冷凝器的第一入口与所述透平机的乏气输出端连接，所述冷凝器的第一出口与所述蒸发器的第二入口连接，用于将冷却的乏气输送至所述蒸发器；
钻井隔水管附属管线，装配于钻井隔水管的外壁上，所述钻井隔水管的顶端悬挂在所述深水浮式钻井平台上，底端与设置于海底上的水下钻井设备连接，所述钻井隔水管附属管线用于将海底冷海水输送至所述冷凝器，以将乏气冷凝成液体工质。
所述的钻井平台温差能发电装置，优选地，还包括温海水水泵，所述温海水水泵的输入端与所述海面温海水连通，所述温海水水泵的输出端与所述蒸发器的第一入口连接，用于将所述海面温海水泵送至所述蒸发器。
所述的钻井平台温差能发电装置，优选地，还包括工质泵，所述工质泵的输入端与所述冷凝器的第一出口连接，所述工质泵的输出端与所述蒸发器的第二入口连接，用于将所述冷凝器中的所述液体工质输送至所述蒸发器。
所述的钻井平台温差能发电装置，优选地，所述工质包括氨和/或氟利昂。
所述的钻井平台温差能发电装置，所述水下钻井设备上设置有容纳所述钻井隔水管附属管线的入口，以将所述海底冷海水输送至所述冷凝器。
基于上述的钻井平台温差能发电装置，本发明还提供该装置的发电方法，包括如下步骤：
工质在所述蒸发器内吸收所述海面温海水放出的热量蒸发变为所述工质蒸汽，所述工质蒸汽进入所述透平机内膨胀做功进而带动所述发电机发电，做功后的工质乏气在所述冷凝器内被所述海底冷海水冷凝为所述液体工质，然后由所述工质泵泵入所述蒸发器内继续循环。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
洋温差能因其储量巨大、可再生和多用途等特点备受关注。深水浮式钻井平台目前主要依靠柴油发电提供电能。深水钻井平台浮在海平面温海水上，连接海底的钻井隔水管可以连通海底冷海水，拥有温差能开发中的温、冷海水来源。本发明的基于钻井隔水管附属管线的钻井平台温差能发电装置及方法，实现了浮式钻井平台与温差能发电的有机结合。本装置及方法可为深水钻井平台提供电能，减少深水平台CO2排放，为深水钻井提供新能源利用的一种路径和方案。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的钻井平台温差能发电装置的示意图；
图中各标记如下：
1-深水浮式钻井平台；2-钻井隔水管；3-海底；4-水下钻井设备；5-钻井隔水管附属管线；6-海面温海水；7-温海水水泵；8-蒸发器；9-工质蒸汽；10-透平机；11-发电机；12-工质乏气；13-冷凝器；14-海底冷海水；15-冷海水水泵；16-液体工质；17-工质泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明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，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“上”、“下”、“左右”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1所示，本发明提供的基于钻井隔水管附属管线的钻井平台温差能发电装置，包括：蒸发器8，蒸发器8内存储有工质，用于吸收海面温海水6所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽9；透平机10和发电机11，透平机10的输入端与蒸发器8的第一出口连接，透平机10的蒸汽做功输出端与发电机11连接，用于带动发电机11发电；冷凝器13，冷凝器13的第一入口与透平机10的乏气输出端连接，冷凝器13的第一出口与蒸发器8的第二入口连接，用于将冷却的乏气输送至蒸发器8；钻井隔水管附属管线5，装配于钻井隔水管2的外壁上，钻井隔水管2的顶端悬挂在深水浮式钻井平台1上，底端与设置于海底3上的水下钻井设备4连接，钻井隔水管附属管线5用于将海底冷海水14输送至冷凝器13，以将乏气冷凝成液体工质16。
进一步地，还包括温海水水泵7，温海水水泵7的输入端与海面温海水6连通，温海水水泵7的输出端与蒸发器8的第一入口连接，用于将海面温海水6泵送至蒸发器8。
进一步地，还包括工质泵17，工质泵17的输入端与冷凝器13的第一出口连接，工质泵17的输出端与蒸发器8的第二入口连接，用于将冷凝器13中的液体工质16输送至蒸发器8。
进一步地，水下钻井设备4主要为对钻井平台LMRP、BOP等水下设备最简化改造后提供钻井隔水管附属管线5的进口，利用布置在海底3的冷海水水泵15将冷海水通过钻井隔水管附属管线5泵送到深水浮式钻井平台1的温差能发电装置上。
基于上述钻井平台温差能发电装置，本发明还提供该装置的发电方法，包括如下步骤：
工质在蒸发器8内吸收海面温海水6放出的热量蒸发变为工质蒸汽9，工质蒸汽9进入透平机10内膨胀做功进而带动发电机11发电，做功后的工质乏气12在冷凝器13内被海底冷海水14冷凝为液体工质16，然后由工质泵17泵入蒸发器8内继续循环。
进一步地，深水浮式钻井平台1上在钻井作业时，钻井隔水管2顶端悬挂在深水浮式钻井平台1上，底端连接着海底3的水下钻井设备4。钻井隔水管2外带有小直径的钻井隔水管附属管线5，对水下钻井设备4进行改造，使其提供一个钻井隔水管附属管线5的进口，从而可以从海底3输送海底冷海水14到深水浮式钻井平台1上。温差能发电装置布置在深水浮式钻井平台1上，海面温海水6由温差能发电装置中的温海水水泵7泵送进蒸发器8中，蒸发器8内工质(如氨、氟利昂等低沸点物质)吸收海面温海水6放出的热量而蒸发成工质蒸汽9，工质蒸汽9进入透平机10内后膨胀做功，进而带动发电机11发电，输出电能供深水浮式钻井平台1作为动力使用。经过透平机10膨胀做功后的工质乏气12进入冷凝器13中。海底冷海水14由布置在海底3的冷海水水泵15，通过钻井隔水管附属管线5泵送到深水浮式钻井平台1上的温差能发电装置的冷凝器13中。工质乏气12在冷凝器13中被海底冷海水14冷凝成液体工质16，再由工质泵17泵入蒸发器8中继续循环，从而循环进行发电向外输出电能，为深水浮式钻井平台1提供额外动力。
洋温差能因其储量巨大、可再生和多用途等特点备受关注。海洋温差闭式循环方式目前主要有朗肯循环、卡利纳循环、上原循环等。深水浮式钻井平台1目前主要依靠柴油发电提供电能。深水浮式钻井平台1浮在海面温海水6上，连接海底3的钻井隔水管2可以连通海底冷海水14，拥有温差能开发中的温、冷海水来源。本发明基于钻井隔水管附属管线5的钻井平台温差能发电装置及方法，实现了深水浮式钻井平台1与温差能发电的有机结合。本装置及方法可为深水浮式钻井平台提供电能，减少深水浮式钻井平台的CO2排放，为深水钻井提供新能源利用的一种路径和方案。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种钻井平台温差能发电装置，所述钻井平台温差能发电装置设置于深水浮式钻井平台(1)上，其特征在于，包括：
蒸发器(8)，所述蒸发器(8)内存储有工质，用于吸收海面温海水(6)所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽(9)；
透平机(10)和发电机(11)，所述透平机(10)的输入端与所述蒸发器(8)的第一出口连接，所述透平机(10)的蒸汽做功输出端与所述发电机(11)连接，用于带动所述发电机(11)发电；
冷凝器(13)，所述冷凝器(13)的第一入口与所述透平机(10)的乏气输出端连接，所述冷凝器(13)的第一出口与所述蒸发器(8)的第二入口连接，用于将冷却的乏气输送至所述蒸发器(8)；
钻井隔水管附属管线(5)，装配于钻井隔水管(2)的外壁上，所述钻井隔水管(2)的顶端悬挂在所述深水浮式钻井平台(1)上，底端与设置于海底(3)上的水下钻井设备(4)连接，所述钻井隔水管附属管线(5)用于将海底冷海水(14)输送至所述冷凝器(13)，以将乏气冷凝成液体工质(16)。
2.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电装置，其特征在于，还包括温海水水泵(7)，所述温海水水泵(7)的输入端与所述海面温海水(6)连通，所述温海水水泵(7)的输出端与所述蒸发器(8)的第一入口连接，用于将所述海面温海水(6)泵送至所述蒸发器(8)。
3.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电装置，其特征在于，还包括工质泵(17)，所述工质泵(17)的输入端与所述冷凝器(13)的第一出口连接，所述工质泵(17)的输出端与所述蒸发器(8)的第二入口连接，用于将所述冷凝器(13)中的所述液体工质(16)输送至所述蒸发器(8)。
4.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电装置，其特征在于，所述工质包括氨和/或氟利昂。
5.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电装置，其特征在于，所述水下钻井设备(4)上设置有容纳所述钻井隔水管附属管线(5)的入口，以将所述海底冷海水(14)输送至所述冷凝器(13)。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的钻井平台温差能发电装置的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
工质在所述蒸发器(8)内吸收所述海面温海水(6)放出的热量蒸发变为所述工质蒸汽(9)，所述工质蒸汽(9)进入所述透平机(10)内膨胀做功进而带动所述发电机(11)发电，做功后的工质乏气(12)在所述冷凝器(13)内被所述海底冷海水(14)冷凝为所述液体工质(16)，然后由所述工质泵(17)泵入所述蒸发器(8)内继续循环。
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