阅读说明：本技术 温差发电系统及温差发电方法 (Thermoelectric power generation system and thermoelectric power generation method ) 是由 陈光进 董保灿 孙长宇 邓春 阚京玉 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种温差发电系统及温差发电方法,其中,该系统包括：水合物生成装置,用于生成水合物；水合物解离装置,与水合物生成装置相连,以获取水合物生成装置生成的水合物,并对获得的水合物进行解离,生成气体和水；气体脱水装置,与水合物解离装置相连,以获取水合物解离装置生成的气体,并对获得的气体进行脱水；膨胀发电装置,与气体脱水装置相连,以获取气体脱水装置脱水后的气体,并对脱水后的气体进行膨胀降压,以将脱水后的气体的内能转化为电能。上述方案可以对海底与海平面天然的巨大温差进行转化利用,在有效降低自用电率的同时,能够大幅度地利用自然能量,提高发电稳定性和能力,节约资源和成本。(The application provides a thermoelectric generation system and a thermoelectric generation method, wherein, the system comprises: hydrate generating means for generating a hydrate; the hydrate dissociation device is connected with the hydrate generation device to obtain the hydrate generated by the hydrate generation device and dissociate the obtained hydrate to generate gas and water; the gas dehydration device is connected with the hydrate dissociation device to obtain gas generated by the hydrate dissociation device and dehydrate the obtained gas; and the expansion power generation device is connected with the gas dehydration device to obtain the gas dehydrated by the gas dehydration device, and the dehydrated gas is expanded and depressurized to convert the internal energy of the dehydrated gas into electric energy. The scheme can convert and utilize natural huge temperature difference between the sea bottom and the sea level, effectively reduce the self-power utilization rate, greatly utilize natural energy, improve the power generation stability and capacity and save resources and cost.)

温差发电系统及温差发电方法

技术领域

本申请涉及发电技术领域，特别涉及一种温差发电系统及温差发电方法。

背景技术

目前，电能主要依靠火力发电及水力发电来获得。然而，火力发电需要燃烧化石燃料，会产生大量的温室气体，造成温室效应、酸雨以及其他环境问题；水力发电则需要建造大坝，会破坏环境及周围的生态系统。近年来随着新能源科技的发展，潮汐发电、太阳能发电以及风力发电的技术日益成熟。

在海上环境，潮汐能与风能逐渐成为了首要新能源目标，其实海底与海面上天然的巨大温差也是一种潜在的巨大能源。此外，随着油气资源的枯竭，天然气水合物凭借着自身分布范围广、规模大、能量密度高等特点也进入了人们的视界。

因此，需要一种能够利用温差和天然气水合物进行发电的发电系统和方法。

发明内容

本申请实施例提供了一种温差发电系统及温差发电方法，能够利用温差和天然气水合物进行发电。

本申请实施例提供了一种温差发电系统，包括：水合物生成装置，用于生成水合物；水合物解离装置，与水合物生成装置相连，以获取水合物生成装置生成的水合物，并对获得的水合物进行解离，生成气体和水；气体脱水装置，与水合物解离装置相连，以获取水合物解离装置生成的气体，并对获得的气体进行脱水；膨胀发电装置，与气体脱水装置相连，以获取气体脱水装置脱水后的气体，并对脱水后的气体进行膨胀降压，以将脱水后的气体的内能转化为电能。

在一个实施例中，水合物生成装置与水合物解离装置相连，以获取水合物解离装置生成的水；和/或水合物生成装置与膨胀发电装置相连，以获取膨胀发电装置膨胀降压后的气体。

在一个实施例中，水合物解离装置经由第一泵与水合物生成装置相连，以通过第一泵抽取水合物生成装置中生成的水合物。

在一个实施例中，水合物生成装置包括：水合物生成釜、气体源、换热层、第二泵、冷水源、冷凝器和喷嘴；其中，水合物生成釜设置有第一进气口、第一进水口和出料口；其中，气体源经由喷嘴与第一进气口相连，以通过喷嘴经由第一进气口向水合物生成釜中补充生成水合物所需的气体，第一进气口还经由喷嘴与膨胀发电装置相连，以获取膨胀发电装置膨胀降压后的气体；第一进水口经由冷凝器与水合物解离装置相连，使得水合物解离装置中生成的水在被冷凝器冷凝后进入水合物生成釜；出料口经由第一泵与水合物解离装置相连，以向水合物解离装置提供生成的水合物；换热层设置在水合物生成釜***，设置有第二进水口和第一出水口，第二进水口经由第二泵与冷水源相连，以通过第二泵将冷水源中的冷水抽入换热层，第一出水口用于排出换热层中的水；冷凝器经由第二泵与冷水源相连，以通过第二泵将冷水源中的冷水抽取至冷凝器中。

在一个实施例中，水合物解离装置包括水合物解离釜，其中，水合物解离釜设置有进料口、第一出气口和第二出水口，其中，进料口经由第一泵与水合物生成釜的出料口相连，第一出气口与气体脱水装置相连，以将解离生成的气体释放至气体脱水装置中，第二出水口经由冷凝器与水合物生成釜的第一进水口相连。

在一个实施例中，气体脱水装置包括气体脱水罐，气体脱水罐设置有第二进气口和第二出气口；第二进气口与水合物解离釜的第一出气口相连，气体脱水罐的第二出气口与膨胀发电装置相连。

在一个实施例中，膨胀发电装置包括透平发电机，透平发电机设置有第三进气口和第三出气口，第三进气口与气体脱水罐的第二出气口相连，透平发电机的第三出气口经由喷嘴与水合物生成釜的第一进气口相连。

在一个实施例中，气体包括以下至少之一：甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳和氮气。

在一个实施例中，水合物解离装置位于海平面，水合物解离装置还包括管线，水合物解离釜还设置有相对的第一开口和第二开口，管线经由第一开口和第二开口贯通水合物解离釜，管线用于流通海平面处的海水；和/或，冷水源包括海底冷水。

本申请实施例还提供了一种基于上述实施例中所述的温差发电系统的温差发电方法，包括：通过水合物生成装置生成水合物；通过水合物解离装置获取水合物生成装置中生成的水合物，对获得的水合物进行解离，生成气体和水，并将生成的气体释放至气体脱水装置；通过气体脱水装置对气体进行脱水，并将脱水后的气体释放至膨胀发电装置；通过膨胀发电装置对所述脱水后的气体进行膨胀降压，以将脱水后的气体的内能转化为电能。

在本申请实施例中，提供了一种温差发电系统，其中，水合物生成装置生成水合物，水合物解离装置与水合物生成装置相连，获取水合物生成装置生成的水合物，并对获得的水合物进行解离，生成气体和水，气体脱水装置与水合物解离装置相连，获取水合物解离装置生成的气体，并对获得的气体进行脱水，膨胀发电装置与气体脱水装置相连，以获取气体脱水装置脱水后的气体，并对脱水后的气体进行膨胀降压，以将脱水后的气体的内能转化为电能。上述方案中，利用水合物生成装置在低温下生成水合物，利用水合物解离装置在高温下对水合物进行解离，生成高压气体和水，然后通过气体脱水装置对生成的高压气体进行脱水后，利用膨胀发电装置对脱水后的高压气体进行膨胀降压，以将脱水后的高压气体的内能转化为电能，实现了利用温差和水合物进行发电，无需燃烧化石燃料也无需建造大坝，可以节约成本，保护环境。进一步地，利用海底与海平面之间天然的巨大温差结合水合物进行发电，可以对海底与海平面天然的巨大温差进行转化利用，在有效降低自用电率的同时，能够大幅度地利用自然能量，提高发电稳定性和能力，节约资源和成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：

图1示出了本申请一实施例中的温差发电系统的示意图。

图2示出了本申请一实施例中的温差发电系统的流程图；

图3示出了本申请一实施例中的温差发电方法的流程图。

附图标记说明：

10、温差发电系统；100、水合物生成装置；200、水合物解离装置；300、气体脱水装置；400、膨胀发电装置；210、第一泵；110、水合物生成釜；120、气体源；130、换热层；140、第二泵；150、冷水源；160、冷凝器；170、喷嘴；111、第一进气口；112、第一进水口；113、出料口；131、第二进水口；132、第一出水口；220、水合物解离釜；221、进料口；222、第一出气口；223、第二出水口；224、管线；225、第一开口；226、第二开口；310、气体脱水罐；311、第二进气口；312、第二出气口；410、透平发电机；411、第三进气口；412、第三出气口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

本申请实施例提供了一种温差发电系统，图1示出了本申请实施例中提供的温差发电系统的结构示意图。如图1所示，温差发电系统10可以包括：水合物生成装置100、水合物解离装置200、气体脱水装置300和膨胀发电装置400。

其中，水合物生成装置100用于生成水合物。其中，气体与水在低温高压的条件下可以生成水合物。其中，气体可以包括以下至少之一：甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳和氮气。例如，气体可以仅包括甲烷。例如，气体也可以包括甲烷和乙烷，其中，甲烷占主要部分。例如，水合物可以为天然气水合物，即甲烷与水生成的水合物。

水合物解离装置200与水合物生成装置100相连，可以获取水合物生成装置100生成的水合物。水合物解离装置200对获得的水合物进行解离，生成气体和水。具体地，水合物可以在高温条件下解离，生成高压气体和水。

气体脱水装置300与水合物解离装置200相连，可以获取水合物解离装置200生成的气体，并对获得的气体进行脱水。其中，气体脱水装置300可以利用已知的各种脱水方法对水合物解离装置中生成的气体进行脱水，本申请对此不作限制。

膨胀发电装置400与气体脱水装置300相连，以获取气体脱水装置300脱水后的气体，并对脱水后的气体进行膨胀降压，以将脱水后的气体的内能转化为电能。具体地，膨胀发电装置对气体进行膨胀降压时，对外做功Ws，功率输出后，驱动发电机发电，从而实现内能到电能的转化。

上述方案中，利用水合物生成装置在低温下生成水合物，利用水合物解离装置在高温下对水合物进行解离，生成高压气体和水，然后通过气体脱水装置对生成的高压气体进行脱水后，利用膨胀发电装置对脱水后的高压气体进行膨胀降压，以将脱水后的高压气体的内能转化为电能，实现了利用温差和水合物进行发电，无需燃烧化石燃料也无需建造大坝，可以节约成本，保护环境。进一步地，利用海底与海平面之间天然的巨大温差结合水合物进行发电，可以对海底与海平面天然的巨大温差进行转化利用，在有效降低自用电率的同时，能够大幅度地利用自然能量，提高发电稳定性和能力，具有很好的社会和经济效益，工业应用及推广潜力巨大。

在本申请一些实施例中，如图1所示，水合物生成装置100与水合物解离装置200相连，以获取水合物解离装置200生成的水。通过上述方式，在温差发电系统中，形成了液体循环通道，使得水合物解离装置200生成的水可以进入水合物生成装置100，参与水合物的生成，从而水可以被循环利用，可以节约水资源，降低发电成本。

在本申请一些实施例中，如图1所示，水合物生成装置100与膨胀发电装置400相连，以获取膨胀发电装置400膨胀降压后的气体。通过上述方式，在温差发电系统中，形成了气体循环通道，使得膨胀发电装置400膨胀降压后的气体可以进入水合物生成装置100，参与水合物的生成，从而气体可以被循环利用，可以节约气体资源，降低发电成本。

在本申请一些实施例中，水合物解离装置200可以经由第一泵与水合物生成装置100相连。水合物解离装置200可以通过第一泵抽取水合物生成装置100中生成的水合物。

图2示出了本申请一些实施例中的温差发电系统的结构示意图。图2中的箭头用于示例性说明水合物、水或者气体的流向，或者表示功率输出。如图2所示，在本申请一些实施例中，水合物生成装置可以包括：水合物生成釜110、气体源120、换热层130、第二泵140、冷水源150、冷凝器160和喷嘴170。

如图2所示，水合物生成釜110可以设置有第一进气口111、第一进水口112和出料口113。其中，气体源120可以经由喷嘴170与第一进气口111相连，使得可以通过喷嘴170经由第一进气口111向水合物生成釜110中补充生成水合物所需的气体，还可以用于及时补充因设备问题导致的减少的气体。其中，使用喷嘴喷入气体，一方面可以均匀地喷入气体，另一方面可以高速高压地喷入气体，有利于加快水合物的生成。第一进气口111还可以经由喷嘴170与膨胀发电装置相连，以获取膨胀发电装置膨胀降压后的气体，形成气体循环通道，使得气体可以循环利用。第一进水口112可以经由冷凝器160与水合物解离装置相连，使得水合物解离装置中生成的水在被冷凝器冷凝后进入水合物生成釜110，形成循环液体通道，并且使得水合物生成釜在低温的条件下生成水合物。出料口113经由第一泵210与水合物解离装置相连，以向水合物解离装置提供生成的水合物。

进一步地，如图2所示，第一进气口111可以设置在水合物生成釜110的底部，第一进水口112可以设置在水合物生成釜110的右侧靠近顶部的位置，出料口113可以设置在水合物生成釜110的左侧靠近底部的位置。上述实施例中的位置的设置仅是示例性的，本申请不限于此。

请继续参考图2，换热层130可以设置在水合物生成釜110***。换热层130可以设置有第二进水口131和第一出水口132。其中，第二进水口131可以经由第二泵140与冷水源150相连，以通过第二泵140将冷水源150中的冷水抽入换热层130，使得能够通过换热层130中的冷水及时带走水合物生成釜110中生成水合物时所释放的热量，加速水合物的生成。第一出水口132可以用于排出换热层130中因吸收热量而温度升高的水。冷凝器160可以经由第二泵140与冷水源150相连，以通过第二泵140将冷水源150中的冷水抽取至冷凝器160中，以对进入水合物生成釜110中参与水合物生成的水进行降温，加快水合物的生成。其中，冷水源150可以是海底冷水，可以通过第二泵140抽取海底冷水，一部分海底冷水进入冷凝器160，另一部分海底冷水进入换热层130。例如，可以充分利用海底天然的3-4℃冷水进行循环通道内液体的降温工作，有利于加速水合物生成条件的形成，从而加快水合物的生成。

进一步地，如图2所示，第二进水口131可以设置在换热层130的靠近底部的位置，第一出水口132可以设置在换热层130的靠近顶部的位置，这样可以使得冷水充分带走水合物生成釜110生成水合物时产生的热量。上述实施例中的位置的设置仅是示例性的，本申请不限于此。

请继续参考图2，在本申请一些实施例中，水合物解离装置包括水合物解离釜220。水合物解离釜220设置有进料口221、第一出气口222和第二出水口223。其中，进料口221经由第一泵210与水合物生成釜110的出料口113相连，以抽取水合物生成釜110中生成的水合物。第一出气口222与气体脱水装置相连，以将水合物解离釜220中解离生成的气体释放至气体脱水装置中。第二出水口223经由冷凝器160与水合物生成釜110的第一进水口112相连，以将生成的水进行冷凝后释放至水合物生成釜110中参与水合物生成。

在本申请一些实施例中，水合物解离装置可以位于海平面。请参考图2，如图2所示，水合物解离装置还可以包括管线224。水合物解离釜220还可以设置有相对的第一开口225和第二开口226。管线224经由第一开口225和第二开口226贯通水合物解离釜220。其中，管线224用于流通海平面处的海水。如图2所示，管线224的右侧开口可以为进水口，用于流入海平面处的海水(即海平面温水)。管线224的左侧开口可以为出水口，用于流出海平面温水。管线224中循环流动的海平面温水可以充分地对水合物解离釜中的水合物进行加热，加快水合物的解离。例如，水合物解离釜220可以位于海平面20-30℃的天然环境中，管线中循环流动的海平面温水可以充分地对水合物解离釜220进行加热，加速水合物的解离。图2中示例性地示出了一根管线，可以理解的是，水合物解离装置还可以包括多根管线，例如，2根管线、3根管线或5根管线等。相应地，水合物解离釜可以设置有多对第一开口和第二开口。此外，为了便于从水合物生成装置中抽取生成的水合物，水合物生成釜110也可以位于海平面附近。

请继续参考图2，在本申请一些实施例中，气体脱水装置包括气体脱水罐310。气体脱水罐310设置有第二进气口311和第二出气口312。其中，第二进气口311与水合物解离釜220的第一出气口222相连。气体脱水罐310的第二出气口312与膨胀发电装置相连，以将脱水后的高压气体释放至膨胀发电装置中。

请继续参考图2，在本申请一些实施例中，膨胀发电装置包括透平发电机410。透平发电机410设置有第三进气口411和第三出气口412。透平发电机410的第三进气口411与气体脱水罐310的第二出气口312相连，以获取脱水后的气体。透平发电机410的第三出气口412经由喷嘴170与水合物生成釜110的第一进气口111相连，以将膨胀后的气体释放至水合物生成釜，形成气体循环通道，使得气体可以被循环利用。例如，透平发电机可以将高压15MPa左右的气体进行膨胀降压至5MPa左右，产生的功Ws用于发电。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种基于上述任意实施例中所述的温差发电系统的温差发电方法，如下面的实施例所述。由于温差发电方法解决问题的原理与温差发电系统相似，因此温差发电方法的实施可以参见温差发电系统的实施，重复之处不再赘述。图3是本申请实施例的温差发电方法的流程图，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S301，通过水合物生成装置生成水合物。

步骤S302，通过水合物解离装置获取水合物生成装置中生成的水合物，对获得的水合物进行解离，生成气体和水，并将生成的气体释放至气体脱水装置。

具体地，可以在低温条件下通过水合物生成装置由水和气体生成水合物。水合物生成装置与水合物解离装置相连。水合物解离装置可以获取水合物生成装置中生成的水合物。水合物解离装置可以对生成的水合物进行解离，生成高压气体和水，并将生成的高压气体释放至气体脱水装置。其中，气体脱水装置与水合物解离装置相连。

步骤S303，通过气体脱水装置对气体进行脱水，并将脱水后的气体释放至膨胀发电装置。

气体脱水装置可以对水合物解离装置中生成的气体进行脱水，并将脱水后的气体释放至膨胀发电装置。其中，膨胀发电装置与气体脱水装置相连。

步骤S304，通过膨胀发电装置对脱水后的气体进行膨胀降压，以将脱水后的气体的内能转化为电能。

膨胀发电装置可以对脱水后的气体进行膨胀降压，输出的功率可以用于发电，从而将脱水后的气体的内容转化为电能。

上述方案中，通过水合物生成装置在低温下生成水合物，通过水合物解离装置在高温下对水合物进行解离，生成高压气体和水，然后通过气体脱水装置对生成的高压气体进行脱水后，通过膨胀发电装置对脱水后的高压气体进行膨胀降压，以将脱水后的高压气体的内能转化为电能，实现了利用温差和水合物进行发电，无需燃烧化石燃料也无需建造大坝，可以节约成本，保护环境。进一步地，可以利用海底与海平面之间天然的巨大温差结合水合物进行发电，能够对海底与海平面天然的巨大温差进行转化利用，在有效降低自用电率的同时，能够大幅度地利用自然能量，提高发电稳定性和能力，具有很好的社会和经济效益，工业应用及推广潜力巨大。

在本申请一些实施例中，水合物生成装置可以与水合物解离装置相连，以获取水合物解离装置生成的水；和/或水合物生成装置可以与膨胀发电装置相连，以获取膨胀发电装置膨胀降压后的气体。

在本申请一些实施例中，水合物解离装置可以经由第一泵与水合物生成装置相连，以通过第一泵抽取水合物生成装置中生成的水合物。

在本申请一些实施例中，水合物生成装置可以包括：水合物生成釜、气体源、换热层、第二泵、冷水源、冷凝器和喷嘴；其中，水合物生成釜可以设置有第一进气口、第一进水口和出料口；其中，气体源经由喷嘴与第一进气口相连，以通过喷嘴经由第一进气口向水合物生成釜中补充生成水合物所需的气体，第一进气口还经由喷嘴与膨胀发电装置相连，以获取膨胀发电装置膨胀降压后的气体；第一进水口经由冷凝器与水合物解离装置相连，使得水合物解离装置中生成的水在被冷凝器冷凝后进入水合物生成釜；出料口经由第一泵与水合物解离装置相连，以向水合物解离装置提供生成的水合物；换热层设置在水合物生成釜***，设置有第二进水口和第一出水口，第二进水口经由第二泵与冷水源相连，以通过第二泵将冷水源中的冷水抽入换热层，第一出水口用于排出换热层中的水；冷凝器经由第二泵与冷水源相连，以通过第二泵将冷水源中的冷水抽取至冷凝器中。

在本申请一些实施例中，水合物解离装置可以包括水合物解离釜，其中，水合物解离釜可以设置有进料口、第一出气口和第二出水口，其中，进料口经由第一泵与水合物生成釜的出料口相连，第一出气口与气体脱水装置相连，以将解离生成的气体释放至气体脱水装置中，第二出水口经由冷凝器与水合物生成釜的第一进水口相连。

在本申请一些实施例中，气体脱水装置可以包括气体脱水罐，气体脱水罐可以设置有第二进气口和第二出气口；第二进气口与水合物解离釜的第一出气口相连，气体脱水罐的第二出气口与膨胀发电装置相连。

在本申请一些实施例中，膨胀发电装置可以包括透平发电机，透平发电机可以设置有第三进气口和第三出气口，第三进气口与气体脱水罐的第二出气口相连，透平发电机的第三出气口经由喷嘴与水合物生成釜的第一进气口相连。

在本申请一些实施例中，气体可以包括以下至少之一：甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳和氮气。

在本申请一些实施例中，水合物解离装置可以位于海平面，水合物解离装置还包括管线，水合物解离釜还设置有相对的第一开口和第二开口，管线经由第一开口和第二开口贯通水合物解离釜，管线用于流通海平面处的海水；和/或，冷水源可以包括海底冷水。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。

从以上的描述中，可以看出，本申请实施例实现了如下技术效果：利用水合物生成装置在低温下生成水合物，利用水合物解离装置在高温下对水合物进行解离，生成高压气体和水，然后通过气体脱水装置对生成的高压气体进行脱水后，利用膨胀发电装置对脱水后的高压气体进行膨胀降压，以将脱水后的高压气体的内能转化为电能，实现了利用温差和水合物进行发电，无需燃烧化石燃料也无需建造大坝，可以节约成本，保护环境。进一步地，利用海底与海平面之间天然的巨大温差结合水合物进行发电，可以对海底与海平面天然的巨大温差进行转化利用，在有效降低自用电率的同时，能够大幅度地利用自然能量，提高发电稳定性和能力，具有很好的社会和经济效益，工业应用及推广潜力巨大。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。