CN203515701U - 一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置 - Google Patents
一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，包括依次连接成环的工质泵（1）、蒸发器（2）、热功动力转换机械（3）和冷凝器（4）；所述蒸发器（2）上设有热源管道（5），所述冷凝器（4）上设有冷源管道（6）。该装置结构简单、成本低廉、使用方便；该装置通过采用低温型有机朗肯循环，提高了海洋温差闭式循环发电的效率；同时通过空气冷热能辅助，使自用电能够减少50%左右，进一步提高了海洋温差净发电效率；此外该装置能够进一步减小换热器体积，大幅度降低发电设备成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新能源联合发电装置，特别是涉及一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，属于电力设备领域。
背景技术
海洋是地球上最大的太阳集热器，太阳辐射到地球表面的能量相当于80万亿千瓦，平均每平方米从太阳接受的能量有一千瓦左右，而海洋面积占地球总面积的71％，因此可以说海洋是地球上最大的太阳集热器,6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能相当于2500亿桶石油所含的热量。太阳注入地球表面的能量大约2/3用于加热海面表层海水，吸收太阳热能的海洋表面温度较高,而一定深度海水温度较低，南北纬度在20度以内的热带海洋表面及深层之间温差超过20℃以上；理论上热水温差在16.6℃即可用于发电，因此，可以利用海洋表面和海洋深处的温度差来发电。据计算南北纬20度之间的海洋洋面，要将其中一半用来发电，水温仅平均下降1℃，能获得600亿kW的电能，相当于目前全世界所产生的全部电能。此外，海洋温差能的优势就在于它可以提供稳定的电力，如果不考虑维修，这种电站可无限期地工作。同时，海洋温差能在发电富余的情况下，还可以制氢并送回陆地。
我国是海洋大国，大陆海岸线长达18000km，500m2以上的岛屿有6961个，有淡水资源的海岛约490个，海岛海岸线14000km。大多数岛屿的能源及淡水供应依靠大陆运送，且电力联网困难。其中，我国南海诸岛海洋温差能利用最具潜力，南海诸岛水深大于800米的海域约140万～150万平方公里，位于北回归线以南，太阳辐射强烈，表层和浅层水温均在25℃以上，500～800米以下的深层水温在5℃以下。据初步计算，南海温差发电可开发利用的装机容量高达13.21-14.76亿千瓦，若能因地制宜的开发可再生能源，对岛屿的经济发展必将产生积极的影响。同时，温差能装置可以提供方便的电力和淡水。
当今海洋温差发电（OTEC）的主要方式有闭式循环装置和开式循环装置，开式循环装置的主要困难是低压汽轮机的效率太低而无法商业化，闭式循环装置最为成熟，但也因为设备成本较高而无法实现商业应用。闭式循环装置的主要组件包括蒸发器、冷凝器、汽轮机、工质泵以及温海水泵与冷海水泵。此装置中所有泵的动力消耗占了相当大的一部分发电功率，当海洋温差发电设备电功率为1MW时，自用电约占50%，当电功率为l00MW时，自用电仍需占20%。
实用新型内容
实用新型目的：为解决上述的问题，本实用新型提拱了一种成本低廉、发电效率高的低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置。
技术方案：本实用新型提供了一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，包括水泵以及依次连接成环的工质泵、蒸发器、热功动力转换机械、冷凝器；所述蒸发器上设有热源管道，所述冷凝器上设有冷源管道；所述水泵设于冷源管道上。
作为另一种改进，还包括空气热蒸发器，所述空气热蒸发器进液管和出液管均设于蒸发器和热功动力转换机械之间。
作为进一步改进，还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门，所述第一阀门设于空气热蒸发器的进液管和出液管之间，所述第二阀门设于空气热蒸发器的进液管上，所述第三阀门设于空气热蒸发器的出液管上。
作为进一步改进，还包括集水装置，所述集水装置设于空气热蒸发器下。在空气热蒸发器和空气冷凝器上冷凝下来的淡水可作为生活用水。
作为另一种改进，还包括空气冷凝器，所述空气冷凝器进液管和出液管均设于热功动力转换机械和冷凝器之间。
作为进一步改进，还包括第四阀门、第五阀门、第六阀门，所述第四阀门设于空气冷凝器的进液管和出液管之间，所述第五阀门设于空气冷凝器的进液管上，所述第六阀门设于空气冷凝器的出液管上。
作为另一种改进，所述热功动力转换机械为汽轮机或膨胀机。
作为进一步改进，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。
作为另一种改进，所述低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的介质作为循环工质。采用这样的工质具有不破坏臭氧层、化学性稳定的优点，同时这样的工质其凝固温度小于设备循环中所有回路中的工质最低凝固温度。
作为进一步改进，所述工质选自丙烷和二氧化碳中的一种或两种。
作为另一种改进，还包括发电机（9），所述发电机（9）与热功动力转换机械（3）连接。
有益效果：本实用新型提供了一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，结构简单、成本低廉、使用方便；该装置通过采用低温型有机朗肯循环，提高了海洋温差闭式循环发电的效率；同时通过空气冷热能辅助，使自用电能够减少50%左右，进一步提高了海洋温差净发电效率；此外该装置能够进一步减小换热器体积，大幅度降低发电设备成本。
附图说明
图1是本实用新型低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，见图1，包括依次连接成环的工质泵1、蒸发器2、热功动力转换机械3和冷凝器4；蒸发器2上设有热源管道5，冷凝器4上设有冷源管道6。
还包括空气热蒸发器7、第一阀门11、第二阀门13、第三阀门14，空气热蒸发器7进液管和出液管均设于蒸发器2和热功动力转换机械3之间，第一阀门11设于空气热蒸发器7的进液管和出液管之间，第二阀门13设于空气热蒸发器7的进液管上，第三阀门14设于空气热蒸发器7的出液管上；
还包括空气冷凝器8、第四阀门12、第五阀门15、第六阀门16，空气冷凝器8进液管和出液管均设于热功动力转换机械3和冷凝器4之间，第四阀门12设于空气冷凝器8的进液管和出液管之间，第五阀门15设于空气冷凝器8的进液管上，第六阀门16设于空气冷凝器8的出液管上。
还包括发电机9、集水装置10、水泵17；水泵17设于冷源管道6上，集水装置10设于空气热蒸发器7和空气冷凝器8下，发电机9与热功动力转换机械3连接。
热功动力转换机械3为汽轮机；可选地，也可以选择任意合适的热功转换机械；优选地，可选用为汽轮机或膨胀机,膨胀机包括但不限于涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。
该装置的工作原理为：
将冷源管道6通入深层水体，利用水泵17将深层水体中的温度恒定的海水泵入冷源管道中。
状态（1）：不使用空气热蒸发器7和空气冷凝器8辅助：打开第一阀门11和第四阀门12，关闭第二阀门13、第三阀门14、第五阀门15、第六阀门16；工质泵1将循环工质泵入蒸发器2中，温度高的表层水体流过蒸发器2中并对循环工质加热使其蒸发，膨胀的循环工质进入热功动力转换机械3中膨胀做功，带动发电机9发电，乏汽的工质进入冷凝器4中，经温度低的深层水体冷凝回到工质泵1，完成一次循环。
状态（2）：当空气温度高于表层水体温度时，使用空气热蒸发器7辅助加热：关闭第一阀门11、第五阀门15、第六阀门16，打开第二阀门13、第三阀门14和第四阀门12；工质泵1将循环工质依次泵入蒸发器2、空气热蒸发器7中，温度较高的表层水体和空气对循环工质加热使其蒸发，膨胀的循环工质进入热功动力转换机械3中膨胀做功，带动发电机9发电，乏汽的工质进入冷凝器4中，经温度低的深层水体冷凝回到工质泵1，完成一次循环。
状态（3）：当空气温度低于深层水体温度时，使用空气冷凝器8辅助冷凝：关闭第二阀门13、第三阀门14和第四阀门12，打开第一阀门11、第五阀门15、第六阀门16；工质泵1将循环工质泵入蒸发器2中，温度较高的表层水体对循环工质加热使其蒸发，膨胀的循环工质进入热功动力转换机械3中膨胀做功，带动发电机9发电，乏汽的工质依次进入空气冷凝器8、冷凝器4中，经温度较低的空气以及深层水体冷凝回到工质泵1，完成一次循环。
将上述低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置用于不同条件下余热发电。
将蒸发器2设于海洋表层水体，将冷凝器4也设于海洋表层水体。
应用实例一，海洋表面温度为25℃，海洋深层温度冷凝温度为5℃，采用丙烷和二氧化碳的混合物作为循环工质，工作状态为上述状态（1）。
应用实例二，海洋表面温度为25℃，海洋深层温度冷凝温度为5℃，空气温度为30℃以上，采用丙烷作为循环工质，采用空气热蒸发器辅助加热，工作状态为上述状态（2），发电效率增加50%以上。
应用实例三，海洋表面温度为10℃，海洋深层温度冷凝温度为5℃，空气温度为-10℃以下，采二氧化碳作为循环工质，采用空气冷凝器辅助降温，工作状态为上述状态（3），发电净功从30%增加到70%。适用于北方寒冷的海域。
以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，实例中采用工质的比较如表1。
表1低温型有机朗肯循工质的特性
以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，除此之外，本实用新型还可以其他方式实现，在不脱离本实用新型构思及实用新型精神的前提下，任何显而易见的修改及替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：包括水泵（17）以及依次连接成环的工质泵（1）、蒸发器（2）、热功动力转换机械（3）、冷凝器（4）；所述蒸发器（2）上设有热源管道（5），所述冷凝器（4）上设有冷源管道（6）；所述水泵（17）设于冷源管道（6）上 。
2.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括空气热蒸发器（7），所述空气热蒸发器（7）进液管和出液管均设于蒸发器（2）和热功动力转换机械（3）之间。
3.根据权利要求2所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括第一阀门（11）、第二阀门（13）、第三阀门（14），所述第一阀门（11）设于空气热蒸发器（7）的进液管和出液管之间，所述第二阀门（13）设于空气热蒸发器（7）的进液管上，所述第三阀门（14）设于空气热蒸发器（7）的出液管上。
4.根据权利要求3所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括集水装置（10），所述集水装置（10）设于空气热蒸发器（7）下。
5.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括空气冷凝器（8），所述空气冷凝器（8）进液管和出液管均设于热功动力转换机械（3）和冷凝器（4）之间。
6.根据权利要求5所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括第四阀门（12）、第五阀门（15）、第六阀门（16），所述第四阀门（12）设于空气冷凝器（8）的进液管和出液管之间，所述第五阀门（15）设于空气冷凝器（8）的进液管上，所述第六阀门（16）设于空气冷凝器（8）的出液管上。
7.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：所述热功动力转换机械（3）为汽轮机或膨胀机；所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。
8.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：所述低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的介质作为循环工质。
9.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置， 其特征在于：所述工质选自丙烷和二氧化碳中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环海洋温差能和空气能联合发电装置，其特征在于：还包括发电机（9），所述发电机（9）与热功动力转换机械（3）连接。
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