GB/Z 43521-2023海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站設(shè)計和分析的一般指南

ICS27180

CCSF.14

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件

GB/Z43521—2023

海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站設(shè)計和

分析的一般指南

Generalguidelinesforthedesignandanalysisofoceanthermalenergy

conversionplant

IECTS62600-202019Marineener—Wavetidalandotherwatercurrent

(:,gy,,

converters—Part20DesinandanalsisofanOceanThermalEner

:gygy

ConversionOTEClant—GeneraluidanceMOD

()pg,)

2023-12-28發(fā)布2024-07-01實施

國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會

GB/Z43521—2023

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范圍

1………………………1

規(guī)范性引用文件

2…………………………2

術(shù)語和定義

3………………2

縮略語

4……………………3

現(xiàn)場特定參數(shù)與海洋氣象設(shè)計參數(shù)

5……………………3

環(huán)境因素

5.1……………3

生物影響

5.2……………5

漂浮式海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站一般信息和指南閉式循環(huán)深海水

6———(、)………………6

海水注意事項

6.1………………………6

冷海水系統(tǒng)

6.2…………………………6

溫海水系統(tǒng)

6.3…………………………9

海水排放安排和羽流分析

6.4…………9

工藝系統(tǒng)

7…………………10

工質(zhì)選取

7.1……………10

熱交換器選取

7.2………………………10

材料兼容性

7.3…………………………10

工藝系統(tǒng)的風(fēng)險和危險源

7.4…………10

平臺類型

8…………………11

通則

8.1…………………11

系泊定位

8.2、…………………………11

電力輸出

9…………………12

概述

9.1…………………12

設(shè)計注意事項

9.2………………………12

平臺設(shè)備

9.3……………12

電力傳輸系統(tǒng)

9.4………………………12

陸基設(shè)備

9.5……………13

儲能和運(yùn)輸系統(tǒng)

10………………………13

概述

10.1………………13

氫

10.2…………………13

氨

10.3…………………13

甲醇

10.4………………13

蓄電池儲存

10.5………………………13

Ⅰ

GB/Z43521—2023

陸基和海床基海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站

11…………………13

一般信息和指南

11.1…………………13

冷海水管設(shè)計

11.2……………………14

風(fēng)險工況下的海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站設(shè)計與運(yùn)行方法

12………………14

風(fēng)險評估

12.1…………………………14

風(fēng)險工況下的設(shè)計

12.2………………15

風(fēng)險工況下的運(yùn)行指南

12.3…………15

運(yùn)輸和安裝

13……………16

試運(yùn)行與移交

14…………………………16

運(yùn)行檢查與維護(hù)

15、………………………16

概述

15.1………………16

運(yùn)行

15.2………………17

檢查和維護(hù)

15.3………………………17

危險源和安全

15.4……………………17

退役

16……………………18

附錄資料性本文件與技術(shù)差異及其原因

A()IECTS62600-20:2019……………19

附錄資料性海洋溫差能轉(zhuǎn)換的潛在用途及歷史

B()…………………22

海洋溫差能轉(zhuǎn)換的潛在用途

B.1………………………22

安裝站址

B.2……………22

海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站項目

B.3…………23

海洋溫差能轉(zhuǎn)換開式循環(huán)

B.4…………23

參考文獻(xiàn)

……………………24

Ⅱ

GB/Z43521—2023

前言

本文件按照標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件修改采用海洋能波浪能潮流能與其他水流能轉(zhuǎn)換裝置第

IECTS62600-20:2019《、20

部分海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站設(shè)計和分析一般指南文件類型由技術(shù)規(guī)范調(diào)整為我國的

:(OTEC)》。IEC

國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件

。

本文件與相比存在較多技術(shù)差異這些技術(shù)差異及其原因一覽表見附

IECTS62600-20:2019,,

錄

A。

本文件做了下列編輯性改動

:

標(biāo)準(zhǔn)名稱改為海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站設(shè)計和分析的一般指南

———《》。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任

。。

本文件由全國海洋能轉(zhuǎn)換設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提出并歸口

(SAC/TC546)。

本文件起草單位自然資源部第一海洋研究所南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室湛江山東大

:、()、

學(xué)中海油研究總院有限責(zé)任公司中國海洋大學(xué)國家海洋技術(shù)中心中廣核研究院有限公司山東電

、、、、、

力工程咨詢院有限公司重慶工商大學(xué)哈爾濱大電機(jī)研究所有限公司中國船舶科學(xué)研究中心中國長

、、、、

江三峽集團(tuán)有限公司河海大學(xué)上海海事大學(xué)

、、。

本文件主要起草人劉偉民劉蕾陳鳳云葛云征彭景平張理李大樹汪小勇方芳朱月涌

:、、、、、、、、、、

劉婷婷劉延俊楊朝初袁瀚鄭文慧張守杰張?zhí)锾飶埨^生王天真

、、、、、、、、。

Ⅲ

GB/Z43521—2023

引言

海洋覆蓋了地球表面百分之七十的面積大部分進(jìn)入海洋的太陽能被內(nèi)的上層水體吸

,100m

收并以熱能的形式保留下來被加熱的表層海水輕微地膨脹后繼續(xù)吸收太陽能導(dǎo)致熱帶地區(qū)表層海

,。,

水溫度通常超過深層海水溫度則要低得多海水深度為時溫度一般為

25℃。,800m~1000m,

見圖這類深層冷海水通過海洋溫鹽環(huán)流由極地地區(qū)補(bǔ)充利用表層和深層海水之間的

4℃~5℃,1,。

溫差通過海洋溫差能轉(zhuǎn)換能夠持續(xù)地獲取大量能源

,(OTEC)。

圖1熱帶海洋溫深剖面圖

在熱帶地區(qū)海洋水層之間的溫差日變化年變化很小且能夠預(yù)測電站利用該穩(wěn)定性溫差

,、,OTEC

可以連續(xù)產(chǎn)生電力海洋溫差能的其他潛在用途及歷史詳見附錄由于的過程相對簡單與

,B。OTEC,

大多數(shù)其他形式的可再生能源相比有很高的容量系數(shù)容量系數(shù)指一段時間內(nèi)實際發(fā)電量與同一時間

。

段內(nèi)可能的最大發(fā)電量之比特定設(shè)備最大發(fā)電量是假定其在相關(guān)時間段內(nèi)以額定功率連續(xù)運(yùn)行時產(chǎn)

。

生的電量與大多數(shù)可再生能源的連續(xù)性以及低容量系數(shù)相比功率輸出具有良好的可靠性和

。,OTEC

可預(yù)測性

。

01OTEC工作原理

.

電站利用熱力循環(huán)將可持續(xù)的低品位海洋熱能轉(zhuǎn)換為電能理論最高的熱轉(zhuǎn)換效率由卡

OTEC,。

諾循環(huán)決定其中海洋絕對溫度以開爾文為單位當(dāng)熱源溫度為冷源溫度為時卡諾循環(huán)效

,。27℃、4℃,

率為

:

T

ηcold4+273.15

Carnot=1-T=1-=7.66%

hot27+273.15

假定轉(zhuǎn)換過程是由理想的可逆熱機(jī)完成效率可達(dá)在實際應(yīng)用中由于熱交換器內(nèi)的換熱

,7.66%。,

溫差以及其他因素實際熱交換是不可逆的在計算實際效率時宜考慮這類傳熱損失以及透平與發(fā)電

,,,

機(jī)的實際性能因此在以上海水溫度條件下非理想狀態(tài)下的實際效率為

。,,3%~4%。

根據(jù)系統(tǒng)工質(zhì)與外界空氣接觸的程度電站可以分為閉式開式和混合式循環(huán)系統(tǒng)選用

,OTEC:、,

Ⅳ

GB/Z43521—2023

哪種循環(huán)系統(tǒng)形式需根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娏偷枨蟮葪l件確定

,。

02閉式循環(huán)

.

閉式系統(tǒng)最基本的循環(huán)方式是朗肯循環(huán)閉式朗肯循環(huán)電站的主要裝置及流程見

OTEC,OTEC

圖工質(zhì)在系統(tǒng)封閉管道中運(yùn)行工質(zhì)泵將液態(tài)工質(zhì)送入蒸發(fā)器工質(zhì)吸收溫海水熱量氣化產(chǎn)生的高

2,,,

壓蒸氣進(jìn)入透平驅(qū)動透平帶動發(fā)電機(jī)透平出口乏氣進(jìn)入冷凝器被冷海水冷凝成液體液態(tài)工質(zhì)隨

,;,。

后進(jìn)入工質(zhì)泵完成這一循環(huán)

,。

標(biāo)引序號說明

:

溫海水泵冷凝器

1———;5———;

蒸發(fā)器冷海水泵

2———;6———;

透平儲液罐

3———;7———;

發(fā)電機(jī)工質(zhì)泵

4———;8———。

圖2閉式朗肯循環(huán)海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站原理示意圖

溫海水將熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)使其沸騰溫海水的溫度降低深層冷海水吸收冷凝器內(nèi)蒸汽

,,

冷凝過程中放出的熱量后溫度升高溫海水提供的熱量比冷海水的吸熱量多這一差值是透

。3%~6%,

平做功和由于摩擦而損耗的能量造成的

。

不同工質(zhì)具有不同的流體物性如氨二氟甲烷四氟乙烷等對于

,(R717)、(R32)、1,1,1,2-(R134a)。

特定工質(zhì)來說宜選取其合適的蒸發(fā)冷凝特性和熱交換器熱工性能以獲得最佳效率在循環(huán)系統(tǒng)

,、,。

中最高壓力發(fā)生在工質(zhì)泵出口最低壓力發(fā)生在冷凝器中最大壓降發(fā)生在透平中

,,,。

03開式循環(huán)

.

開式循環(huán)是以表層溫海水為工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)轉(zhuǎn)化為低壓蒸汽驅(qū)動透平做功然后排入冷凝器中

,,,

冷卻的循環(huán)系統(tǒng)流程為溫海水進(jìn)入真空度約的大型蒸發(fā)器其中一部分蒸發(fā)成低壓蒸汽剩余

。96%,,

海水提供蒸發(fā)所需的熱量冷卻后的溫海水從蒸發(fā)器中泵出低壓蒸汽驅(qū)動低壓透平運(yùn)轉(zhuǎn)然后進(jìn)入真

,。,

空度約的冷凝器蒸汽冷凝為液體后泵出冷凝器連續(xù)運(yùn)行的真空泵去除溶解的空氣和由其他路

98%,。

徑進(jìn)入的微量氣體以保持系統(tǒng)內(nèi)的真空

,。

開式循環(huán)既可以發(fā)電又能通過大型表面式冷凝器將蒸汽與冷海水隔離產(chǎn)生淡水

OTEC。

閉式循環(huán)和開式循環(huán)電站主要區(qū)別是開式循環(huán)系統(tǒng)使用大型真空室和超大體積的低壓蒸

OTEC

汽透平而閉式循環(huán)使用熱交換器較小的透平和工質(zhì)泵開式循環(huán)系統(tǒng)示意圖見圖

,、。OTEC3。

Ⅴ

GB/Z43521—2023

標(biāo)引序號說明

:

溫海水泵冷凝器

1———;5———;

閃蒸器冷海水泵

2———;6———;

透平淡水泵

3———;7———;

發(fā)電機(jī)溫海水排水泵

4———;8———。

圖3開式循環(huán)海洋溫差能轉(zhuǎn)換電站原理示意圖

04混合式循環(huán)

.

混合式循環(huán)結(jié)合了閉式循環(huán)和開式循環(huán)系統(tǒng)的特點可以同時發(fā)電和產(chǎn)生淡水系統(tǒng)采用多級布

,。

置的熱交換器真空室和其他組件可以從溫冷海水中提取更多的熱量混合式循環(huán)系統(tǒng)示意

、、。OTEC

圖見圖

4。

標(biāo)引序號說明

:

溫海水泵發(fā)電機(jī)

1———;7———;

閃蒸器冷凝器

2———;8———;

淡水泵儲液罐

3———;9———