JP2013531178A - 産業的海洋熱エネルギー変換プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第61/364,159号(2010年7月14日出願)の優先権を主張し、この出願の内容は、全体が本明細書に援用される。
本発明は、他の発電機器または産業処理施設等の他の産業的運用と組み合わせて、浮動最小波動プラットフォームと、多段階熱機関と、海洋熱エネルギー変換発電所と、OTEC発電所とを含む海洋熱エネルギー変換(「OTEC」)プロセスに関する。
本発明の側面は、熱帯および亜熱帯地方の水面水と深海洋水との間の温度差を使用して電気を生産する統合多段階OTEC発電所を提供する。側面は、導管または流路として沖合船またはプラットフォームの構造を使用することによって、海水用の従来の配管を排除する。代替として、温および冷海水配管は、垂直または他の構造支持を船またはプラットフォームに提供することに十分なサイズおよび強度の導管またはパイプを使用することができる。これらの統合海水導管セクションまたは通路は、船の構造部材としての機能を果たし、それによって、付加的な鋼鉄の必要を低減する。統合海水通路の一部として、多段階キャビネット熱交換器は、外部水ノズルまたは配管接続を必要とすることなく、作動流体蒸発の複数の段階を提供する。統合多段階OTEC発電所は、温海水および冷海水が自然な方向に流れることを可能にする。温海水は、海洋のより冷たい区域の中へ放出される前に冷却されるため、船を通って下向きに流れる。同様に、海洋の深部からの冷海水は、海洋のより温かい区域の中へ放出される前に加温されるため、船を通って上向きに流れる。この配列は、海水流方向の変化の必要性および関連圧力損失を回避する。配列はまた、必要とされる送出エネルギーも低減する。
沖合OTECスパープラットフォームは、4つの別個の電力モジュールを含み、各々が定格設計条件で約25MWeの正味電力を生産する。各電力モジュールは、異なる圧力および温度レベルで動作し、4つの異なる段階で海水系から熱を取り入れる4つの別個の電力サイクルまたはカスケード熱力学的段階を備える。4つの異なる段階は、連続して動作する。定格設計条件(全負荷・夏条件)での4つの段階のおよその圧力および温度レベルは、以下の通りである。
大孔配管:ガラス繊維強化プラスチック(FRP)
大型海水管路およびチャンバ:エポキシ被覆炭素鋼
大孔弁:ゴム裏地付きのバタフライ型
ポンプインペラ:好適なブロンズ合金
である。
基線冷水取込口パイプは、横桟が付けられ、セグメント化され、引き抜き成形された繊維補強ビニルエステルパイプである。横桟が付けられた冷水パイプ構造は、2010年1月21日出願の「Ocean Thermal Energy Conversion Cold Water Pipe」と題された米国特許出願第12/691,663号(代理人整理番号第25667−0004001号)において説明されており、その内容全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。例示的実施形態では、各横桟セグメントは、長さ40ft−60ftであり得る。横桟セグメントは、横桟を交互に配置し、相互係止継目を作成することによって継合することができる。パイプ横桟は、最大120インチ幅および少なくとも40フィート長のパネルに押出成形され、e−ガラスまたはs−ガラスをポリウレタン、ポリエステル、またはビニルエステル樹脂とともに組み込むことができる。いくつかの側面では、横桟セグメントは、コンクリートであり得る。横桟は、中実構造であり得る。横桟は、コア付きまたはハニカム構造であり得る。横桟は、相互に係止するように設計され、横桟の両端において、冷水パイプのセクション間におけるフランジの使用を排除することによって、交互に配置されるであろう。ある側面では、横桟は、長さ40−ftであって、5−ftおよび10−ft毎に、交互に配置することができ、そこでパイプセクションを継合される。横桟およびパイプセクションは、例えば、ポリウレタンまたはポリエステル接着剤を使用して、一緒に接合することができる。3−Mおよび他の企業が、好適な接着剤を製造している。挟着構造が利用される場合、ポリカーボネート発泡体またはシンタクチック発泡体が、コア材料として使用され得る。蜘蛛の巣状亀裂は、回避されるべきであって、ポリウレタンの使用は、信頼性のある設計を提供する支援をする。
Claims (24)
- 複合OTECおよび蒸気システムであって、
該システムは、
冷水システムと流体的に連絡する多段階復水システムを含むOTEC発電システムと、
蒸気復水器を含む蒸気システムであって、該蒸気復水器は、該冷水システムと流体的に連絡する、蒸気システムと
を含む、システム。 - 前記多段階復水システムは、4段階ハイブリッドカスケード熱交換サイクルを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記4段階ハイブリッドカスケード熱交換サイクルは、45°Fから60°Fまでの間の冷水放出温度をさらに含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記4段階ハイブリッドカスケード熱交換サイクルは、約50°Fの冷水放出温度をさらに含み、前記冷水システムからの冷水は、約50°Fで前記蒸気復水器に流入し、約65°Fで該蒸気復水器から放出される、請求項2に記載のシステム。
- 前記蒸気システムは、蒸気サイクル発電所の一部である、請求項1に記載のシステム。
- 前記冷水システムの中の冷水は、最初に、OTEC熱機関の中で作動流体を復水し、次に、前記蒸気システムの中で蒸気を復水する、請求項5に記載のシステム。
- 前記蒸気システムは、前記冷水システムと流体的に連絡する複数の蒸気復水器を含む、請求項1に記載のシステム。
- 沖合発電構造であって、
該構造は、
浸水部分を含み、該浸水部分は、
一体型多段階蒸発器システムを含む第1のデッキ部分と、
一体型多段階復水システムを含む第2のデッキ部分であって、該一体型多段階復水システは、作動流体を復水するための冷水システムを有する、第2のデッキ部分と、
1つ以上のタービン発電機を格納する第3のデッキ部分であって、該1つ以上のタービン発電機は、該作動流体と流体的に連絡する、第3のデッキ部分と、
1つ以上の蒸気復水器を含む蒸気システムであって、該1つ以上の蒸気復水器は、冷水流体と流体的に連絡する、蒸気システムとを含む、構造。 - 前記一体型多段階蒸発器システムは、4段階ハイブリッドカスケード熱交換サイクルを含む、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 前記4段階ハイブリッド熱交換サイクルの段階は、連続であることにより、温水が、接続配管の排除に起因する最小圧力損失を伴って、段階の間を流動する、請求項9に記載の沖合発電構造。
- 前記一体型多段階復水システムは、4段階ハイブリッドカスケード熱交換サイクルを含む、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 前記4段階ハイブリッド熱交換サイクルの段階は、連続であることにより、冷水が、接続配管の排除に起因する最小圧力損失を伴って、段階の間を流動する、請求項11に記載の沖合発電構造。
- 前記第1のデッキ部分は、温水導管を含み、該温水導管は、前記浸水部分の構造部材を形成する、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 前記第2のデッキ部分は、冷水導管を含み、該冷水導管は、前記浸水部分の構造部材を形成する、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 温水は、前記第1のデッキ部分および前記多段階蒸発器システムを通って、冷却温水の自然対流と同一方向に流動する、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 冷水は、前記第2のデッキ部分および前記多段階復水器システムを通って、加温冷水の自然対流と同一方向に流動する、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 前記第1のデッキ部分は、前記第3のデッキ部分の上方にあり、該第3のデッキ部分は、前記第2のデッキ部分の上方にある、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 温水は、500,000と6,000,000gpmとの間で流動する、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 浮動スパーを含む、請求項8に記載の沖合発電構造。
- OTEC発電システムおよび蒸気サイクル発電システムを含む、請求項8に記載の沖合発電構造。
- 沖合発電構造であって、
該構造は、
浸水部分と、蒸気サイクル発電システムとを含み、
該浸水部分は、一体型多段階蒸発器システムを含む第1のデッキ部分と、一体型多段階復水システムを含む第2のデッキ部分と、発電機器を格納する第3のデッキ部分とをさらに含み、
該一体型多段階蒸発器システムは、
高容量温水導管を形成する第1の温水構造通路と、
第1段階温水構造通路と協働して、作動流体を蒸気にまで加温するように配列される第1段階作動流体通路と、
第2段階温水構造通路に直接的に連結される第1段階温水放出口であって、該第2段階温水構造通路は、高容量温水導管を形成し、
該第1段階温水放出口に連結される第2段階温水取込口と、
該第2段階温水構造通路と協働して、第2の作動流体を蒸気にまで加温するように配列される第2段階作動流体通路と、
第2段階温水放出口と
を含む、第一段階温水放出口とを含み、
該一体型多段復水システムは、
高容量冷水導管を形成する第1段階冷水構造通路を含み、該第1段階冷水構造通路は、
該第1段階冷水取込口と、
該第1のデッキ部分の該第1段階作動流体通路と連絡する第1段階作動流体通路であって、該第2のデッキ部分の作動流体通路は、該第1段階冷水構造通路と協働して、該作動流体を液体にまで冷却する、第1段階作動流体通路と、
高容量温水導管を形成する第2段階冷水構造通路に直接的に連結される第1段階冷水放出口と、
第2段階冷水取込口であって、第1段階冷水放出口と第2段階冷水取込口とは、該第1段階冷水放出口から該第2段階冷水取込口への冷水流の最小圧力損失をもたらすように配列される、第2段階冷水取込口と、
該第1のデッキ部分の該第2段階作動流体通路と連絡する第2段階作動流体通路であって、該第2段階作動流体通路は、該第2段階冷水構造通路と協働して、該第2段階作動流体通路内の該作動流体を液体にまで冷却する、第2段階作動流体通路と、
第2段階冷水放出口と
をさらに含み、
該発電機器は、第1および第2の蒸気タービンを含み、該第1のデッキ部分の該第1段階作動流体通路は、該第1のタービンと連絡し、該第1のデッキ部分の該第2段階作動流体通路は、第2のタービンと連絡し、
該蒸気サイクル発電システムは、1つ以上の蒸気復水器を有する蒸気サイクルを含み、該1つ以上の蒸気復水器は、該第1または第2段階冷水導管を通過する冷水と流体的に連絡する、構造。 - 前記構造は、スパーである、請求項21に記載の沖合発電構造。
- 前記構造は、OTEC発電システムおよび蒸気サイクル発電システムを含む、請求項21に記載の沖合発電構造。
- 沖合発電構造であって、
該構造は、
浸水部分であって、
該浸水部分は、
一体型多段階蒸発器システムを含む第1のデッキ部分と、
一体型多段階復水システムを含む第2のデッキ部分であって、該一体型多段階復水システムは、冷水システムを含む、第2のデッキ部分と、
機械および電気機器を格納する第3のデッキ部分と、
冷水パイプと、
冷水パイプ接続と
を含む、浸水部分と、
蒸気サイクルを有する原子力発電所を含む水上部分と、
該蒸気サイクルおよび該冷水システムと連絡する蒸気復水器と
を含む、構造。
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