阅读说明：本技术 一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统 (Ocean thermoelectric generation cold seawater cascade utilization system ) 是由 王晓奇 周振东 李一兴 张鲲羽 随志强 周云瑞 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统,包括蒸汽器、分离器、膨胀机、冷凝器、循环工质泵,该系统中的循环工质在蒸汽器里与海洋表层温海水换热蒸发为蒸气,蒸气经过分离器分离出液态工质,剩下的干工质则分别进入后续多个膨胀机,在膨胀机内将蒸气热能转换为机械能带动发电机发电；做过功的蒸气分别进入相应的冷凝器与冷海水换热冷凝为液态工质,再分别由循环工质泵增压后送入蒸发器。本发明可梯级利用冷海水的冷能,增加对冷海水的利用率,在同样发电量下减少冷海水需耗量；在同样发电量下减少冷海水泵功耗进而提高系统循环,并能减少冷海水管数量及尺寸,减少工程建设投资。(The invention relates to an ocean temperature difference power generation cold seawater cascade utilization system, which comprises a steam device, a separator, an expander, a condenser and a circulating working medium pump, wherein a circulating working medium in the system exchanges heat with ocean surface layer temperature seawater in the steam device to evaporate into steam, the steam is separated into liquid working medium through the separator, the remaining dry working medium respectively enters a plurality of subsequent expanders, and the heat energy of the steam is converted into mechanical energy in the expanders to drive a generator to generate power; the steam which does work enters the corresponding condensers respectively to exchange heat with cold seawater and is condensed into liquid working medium, and then is pressurized by the circulating working medium pump respectively and then is sent into the evaporator. The invention can utilize the cold energy of the cold seawater in a cascade way, increase the utilization rate of the cold seawater and reduce the consumption of the cold seawater under the same generating capacity; the power consumption of the cold seawater pump is reduced under the same generated energy, so that the system circulation is improved, the number and the size of cold seawater pipes can be reduced, and the engineering construction investment is reduced.)

一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统

技术领域

本发明涉及一种海洋温差发电系统，尤其是一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统。

背景技术

根据现有技术，当表层温海水与深层冷海水之间的温差大于18℃时，就具有了作为能源的开发价值。海洋温差能受天气、昼夜以及季节的影响很小，稳定性和可控性堪比化石能源，因此，海洋温差能也是海洋能中最稳定的可再生能源。海洋温差发电是海洋能的一种重要利用方式。

海洋温差发电系统主要有氨-水非共沸混合工质朗肯循环(Rankine Cycle)、上原循环(UeharaCycle)、卡里那循环(Kalina Cycle)、国海循环等循环型式。目前实际运行的循环主要有单工质氨的朗肯循环和上原循环。

由于目前运行的海洋温差发电循环系统效率过低且投资过大，故一直处于试验验证阶段，未进入工程化应用。而海洋温差发电耗电量最大的即为冷海水泵功耗；冷海水管制造及铺设费用也为工程造价费用的一大部分。目前海洋温差发电冷海水温度利用仅有约2-3℃，利用率极低。对冷海水的有效利用可大幅增加循环系统效率同时减少工程投资。

发明内容

本发明所要解决的问题：针对上述问题，提出一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统，以提高冷海水的利用率，增加系统效率，减少工程投资。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种海洋温差发电冷海水梯级利用系统，包括蒸汽器、分离器、膨胀机、冷凝器、循环工质泵，该系统中的循环工质在蒸汽器里与海洋表层温海水换热蒸发为蒸气，蒸气经过分离器分离出液态工质，剩下的干工质则分别进入后续多个膨胀机，在膨胀机内将蒸气热能转换为机械能带动发电机发电；做过功的蒸气分别进入相应的冷凝器与冷海水换热冷凝为液态工质，再分别由循环工质泵增压后送入蒸发器。

进一步，该系统中的冷海水在冷海水泵的作用下从海洋深层抽上后先进入2#冷凝器作为其冷源，然后进入1#冷凝器作为其冷源从1#冷凝器排出的海水则排至冷源用户或直接排入大海。

进一步，该系统中的热海水在热海水泵的作用下进入蒸发器作为工质蒸发用热源，在蒸发器内放热后的海水直接排入大海。

该系统中的蒸汽发生器出口可连接太阳能加热等以对工质进行加热，以提高透平入口工质蒸气参数。

进一步，该系统中，所述膨胀机包括1#膨胀机、2#膨胀机，其中1#膨胀机排气背压大于2#膨胀机，对应的1#膨胀机的冷凝温度大于2#膨胀机的冷凝温度，从海底来的冷海水在2#冷凝器吸热过后能继续进入1#冷凝器作为其冷源。

进一步，多个膨胀机分别与多个冷凝器组合，以分阶梯式的多级利用冷海水的冷能。

进一步，冷海水在冷凝器内吸热后多余的冷能通过水源热泵为外界提供生活用冷媒水或为生产提供低温冷能以进行充分利用。

本发明的有益效果是：

本发明的海洋温差发电冷海水梯级利用系统，具有以下优点：

1、可梯级利用冷海水的冷能，增加对冷海水的利用率，在同样发电量下减少冷海水需耗量。

2、在同样发电量下减少冷海水泵功耗进而提高系统循环效率。

3、同样发电量下减少冷海水管数量及尺寸，减少工程建设投资。

附图说明

图1为本发明的高效海洋温差发电冷海水梯级利用系统图；

图2为本发明实施例中的冷海水综合利用系统图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的海洋温差发电冷海水梯级利用系统，包括蒸汽器1、分离器2、1#膨胀机3、2#膨胀机4、1#冷凝器5、2#冷凝器6、1#泵7、2#泵8、热海水泵9、冷海水泵10等。

该利用系统中的循环工质(优选氨)在蒸汽器1里与海洋表层温海水换热蒸发为蒸气，蒸气经过分离器2分离出液态工质，剩下的干工质则分别进入后续的1#膨胀机3及2#膨胀机4，在1#膨胀机3及2#膨胀机4内将蒸气热能转换为机械能带动发电机发电。做过功的蒸气分别进入相应的冷凝器(1#冷凝器5、2#冷凝器6)与冷海水换热冷凝为液态工质，再分别由循环工质泵(1#泵7、2#泵8)增压后送入蒸发器1。

该利用系统中的冷海水在冷海水泵10的作用下从海洋深层抽上后先进入2#冷凝器6作为其冷源，然后进入1#冷凝器5作为其冷源，从1#冷凝器5排出的海水则排至冷源用户或直接排入大海。

该利用系统中热海水在热海水泵9的作用下进入蒸发器1作为工质蒸发用热源，在蒸发器1内放热后的海水直接排入大海。

该利用系统中蒸发生器1出口可连接太阳能加热等以对工质进行加热，以提高透平入口工质蒸气参数。

该利用系统中，1#膨胀机3、2#膨胀机4排气背压不同，其中1#膨胀机3排气背压大于2#膨胀机4，对应的1#膨胀机3的冷凝温度大于2#膨胀机4的冷凝温度。因此从海底来的冷海水在2#冷凝器4吸热过后可继续进入1#冷凝器3作为其冷源。根据此原理，可设置更多的膨胀机与冷凝器组合，以分阶梯式的多级利用冷海水的冷能，并可减少系统的火用损。冷海水在冷凝器内吸热后由于还有一定的冷能，故可以继续为冷源用户提供冷能，如后续连接水源热泵，为外界提供生活用冷媒水或为生产提供低温冷能。

根据理论计算，采用NH3作为循环工质，采用DN300冷海水管，冷海水温度为5.5℃，蒸发温度24℃，2#膨胀机冷凝温度为9℃，1#膨胀机冷凝温度为13℃时，采用1#膨胀机与2#膨胀机同时运行方案相比单独采用2#膨胀机运行方案，系统净效率可提高20％，同样净输出电量时冷海水量可减少60％。提升系统效率的同时，大大减少了冷海水量，大幅减少了设备投资。

本发明应用实施例，如图2所示，冷海水逐级作为2#膨胀机、1#膨胀机冷却用冷源，冷却后的冷海水进入水源热泵系统的制冷冷凝器内，作为制冷系统冷源，水源热泵系统制造出的低温工质在制冷蒸发器内与冷媒水换热，制备空调系统用冷媒水，为空调末端提供制冷用冷媒水。