新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 7.4 海洋溫差能發(fā)電技術(shù)_第1頁
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文檔簡介

7.4海洋溫差能發(fā)電技術(shù)任課老師:2018年08月在國外,海洋溫差能發(fā)電更習(xí)慣被稱為海洋熱能轉(zhuǎn)換,簡稱OTEC導(dǎo)讀海洋溫差能是由于海洋表層和深層海水之間所存在的溫度差而形成的目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5海洋溫差能本質(zhì)上也來自于太陽能太陽輻射能基本被20米深的海水層全部吸收海洋深處充滿來自極地的冰冷海水(1)海洋溫差能的成因混合層溫躍層深海冷水層混合層,在南北緯20o之間的熱帶和亞熱帶,溫度在25℃以上。溫躍層,溫度隨深度增加而迅速下降,約200m處下降至15℃。深海冷水層,1000m的深層海水終年保持4℃左右。(1)海洋溫差能的成因1881年,法國雅克·達(dá)松瓦爾第一個(gè)提出利用海洋溫差能213

1930年,喬治·克勞德在古巴馬坦薩斯灣建成了第一臺(tái)海洋溫差能發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置1956年法國政府在非洲西海岸建設(shè)了一座開式循環(huán)海洋溫差能電站(2)海洋溫差能的開發(fā)歷史(萌芽)

......1979年由洛克希德公司制造的mini-OTEC在夏威夷海域正式投入實(shí)驗(yàn)1980年美國建成OTEC-1實(shí)驗(yàn)裝置1981年日本在瑙魯共和國建設(shè)了一個(gè)100kW的岸式閉式循環(huán)OTEC示范電站213(2)海洋溫差能的開發(fā)歷史(興起)中國科學(xué)院廣州能源研究曾開發(fā)過一套海洋溫差能模擬實(shí)驗(yàn)裝置。哈爾濱工程大學(xué),天津大學(xué)等也曾對海洋溫差能電站的熱力特性進(jìn)行過理論分析2012年,國家海洋局第一海洋研究所成功建成了我國第一個(gè)15kW實(shí)用溫差能發(fā)電裝置我國海洋溫差能(2)海洋溫差能的開發(fā)歷史(我國)據(jù)估算,我國近海及毗鄰海域的溫差能資源理論儲(chǔ)量為14.4×1021~15.9×1021J,90%分布在我國的南海海域。(2)海洋溫差能的開發(fā)歷史(我國)目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5溫海水進(jìn)入閃蒸器,在負(fù)壓下閃蒸汽化,產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電,之后排入冷凝器冷凝,冷凝水再由水泵排出溫海水-閃蒸汽化汽輪機(jī)發(fā)電凝汽機(jī)液化排水泵排出淡水冷海水(1)開式循環(huán)優(yōu)點(diǎn):開式循環(huán)使用海水作為工質(zhì),不會(huì)污染環(huán)境開式循環(huán)不需要回收工質(zhì),沒有金屬換熱面,沒有換熱面的腐蝕等問題開式循環(huán)的冷凝水是質(zhì)量很好的淡水(1)開式循環(huán)一些問題:(1)開式循環(huán)系統(tǒng)工作在很高的真空度條件下。(2)開式循環(huán)需要大流量、低焓降的汽輪機(jī)?,F(xiàn)有開式循環(huán)汽輪機(jī)的單機(jī)功率極為有限。(1)開式循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收溫海水的熱量而汽化。蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。接著進(jìn)入冷凝器中被冷凝,再由工質(zhì)泵升壓打進(jìn)蒸發(fā)器中循環(huán)閉式循環(huán)使用低沸點(diǎn)流體代替水作為循環(huán)工質(zhì)低沸點(diǎn)流體溫海水冷海水(2)閉式循環(huán)優(yōu)點(diǎn):不再需要保持真空狀態(tài)這樣的工質(zhì)蒸汽具有比較小的比容,從而可以使低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)體積大大縮小溫冷海水都不直接與工質(zhì)接觸123(2)閉式循環(huán)一些問題:(1)閉式循環(huán)必須使用體積巨大的表面式蒸發(fā)器和冷凝器。(2)海水與工質(zhì)間進(jìn)行溫差換熱,可用功減少(3)閉式循環(huán)將不再產(chǎn)生副產(chǎn)物淡水。(4)低沸點(diǎn)工質(zhì)泄露等可能會(huì)污染海洋環(huán)境。(2)閉式循環(huán)保留了閉式循環(huán)的整個(gè)回路,但是它不是把溫海水直接通進(jìn)蒸發(fā)器去加熱低沸點(diǎn)工質(zhì),而是用溫海水減壓閃蒸出來的蒸汽作為蒸發(fā)器的熱源?;旌鲜窖h(huán)把開式循環(huán)和閉式循環(huán)結(jié)合起來(3)混合式循環(huán)目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5熱交換器熱交換器尤其是蒸發(fā)器需要能在極小換熱溫差的條件下交換大量熱量。蒸發(fā)器和冷凝器起到將液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)或從氣態(tài)變成液態(tài)的作用。(1)動(dòng)力系統(tǒng)渦輪機(jī)海上溫差能發(fā)電系統(tǒng)常采用氨透平技術(shù)。但目前的很少可以適用商業(yè)化渦輪機(jī)的日常運(yùn)行和維護(hù)也較完善。主要的不確定因素來自工質(zhì)泄露對環(huán)境的影響。(1)動(dòng)力系統(tǒng)OTEC系統(tǒng)分為岸基型和海上型兩類,又被稱為岸式和浮式。岸基型發(fā)電裝置設(shè)在岸上優(yōu)勢是維護(hù)和修理不受臺(tái)風(fēng)影響局限性是建廠位置條件苛刻,冷水管長度較長發(fā)電裝置在船上或平臺(tái)上。優(yōu)勢是其水管長度減短;但海上裝置需要具備抗風(fēng)浪能力,且需要電纜將電力輸送出去海上型(2)發(fā)電平臺(tái)海水管路系統(tǒng)由3個(gè)組件組成:溫水管、冷水管以及排水用的排水管。海水管路系統(tǒng)AB溫水管從海洋表層抽取溫海水排水管的鋪設(shè)需考慮不能與表層溫海水混合,且不能危害海洋生態(tài)冷水管需要具備很長的大直徑冷水管。同時(shí),冷水管材質(zhì)要求高強(qiáng)度、防腐蝕、低生物附著及絕佳的絕熱能力c(3)海水管路461

257工質(zhì)的工作壓力要適中單位功率的工質(zhì)體積流量要小不易燃、不易爆、無毒性、不污染環(huán)境對金屬無腐蝕作用用過的工質(zhì)易于處理或再生價(jià)格低廉,資源豐富3化學(xué)性能穩(wěn)定,不易老化分解選擇工質(zhì)時(shí)需要考慮以下幾個(gè)原則:(4)循環(huán)工質(zhì)目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5(1)海水溫差能發(fā)電示范系統(tǒng)電站Mini-OTECSAGAR-SHAKTHI瑙魯示范項(xiàng)目德之島電站伊萬里示范項(xiàng)目駿河灣電站NELHA技術(shù)方美國日本、印度日本、瑙魯日本日本日本美國年度1978-197920011982-19841982-198419851993設(shè)計(jì)1993-1998站址夏威夷蒂魯琴杜爾港口瑙魯?shù)轮畭u伊萬里駿河灣夏威夷大島裝機(jī)容量/kW50100010050751000210凈功率/kw10493103235728.8103結(jié)構(gòu)浮式浮式岸式岸式岸式浮式岸式原理閉式閉式閉式閉式閉式閉式開式研建單位洛克希德夏威夷州印度國家海洋技術(shù)研究所東京電力集團(tuán)東京電力公司九州電力公司佐賀大學(xué)佐賀大學(xué)太平洋高技術(shù)研究國際中心(PLCHTR)溫水入口溫度/℃26.129.029.828.528.02626.0冷水入口溫度/℃5.67.07.812.07.05.46.0工質(zhì)氨氨氟利昂R-22氨氨氨水蒸發(fā)器表面板式管式表面表面\直接混合冷凝器表面板式管式管式表面\直接混合冷水管長度/m64511009502300\6001000冷水管直徑/m0.610.90.70.60.4\1.01978年,由夏威夷州政府和幾家私營公司建造于一艘駁船上,位于夏威夷島西部沿海海域結(jié)構(gòu)類型閉式循環(huán)工質(zhì)氨熱水口平均溫度26.1℃冷水口平均溫度5.6℃平均輸出電力48.7kW平均凈輸出電力15kW冷水管長度645m(直徑0.61米)熱交換器總面積407.8㎡(2)美國海洋溫差電站1993年,太平洋高技術(shù)研究中心在夏威夷建成210kW開式循環(huán)岸基式OTEC系統(tǒng),淡水最高產(chǎn)率是0.4L/s。(2)美國海洋溫差電站2015年8月,Makai海洋工程公司在夏威夷建造了一座100kW級岸式閉式循環(huán)型OTEC機(jī)組(2)美國海洋溫差電站1985年,佐賀大學(xué)建成一座75kW的實(shí)驗(yàn)室裝置,并得到35kW的凈功率。1981年,東京電力公司在瑙魯共和國建造了一座岸基式閉式循環(huán)電站。年內(nèi)平均凈輸出功率為14.9kW。1982年,九州電力公司在日本德之島建成50kW的溫差混合型試驗(yàn)電站。平均凈功率可達(dá)32kW。佐賀大學(xué)2013年在沖繩島建立的100kW級OTEC發(fā)電機(jī)組(3)日本海洋溫差電站目錄Contents海洋溫差能的成因與開發(fā)歷史海洋溫差能發(fā)電原理海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)海洋溫差能發(fā)電示范項(xiàng)目海洋溫差能總結(jié)與展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5ABCD基礎(chǔ)研究方面,小溫差熱力循環(huán)效率過低各類技術(shù)挑戰(zhàn)經(jīng)濟(jì)方面,溫差能發(fā)電裝置和電站建設(shè)費(fèi)用過高環(huán)境,溫差能發(fā)電系統(tǒng)的抽水排水會(huì)導(dǎo)致海水重新分布。工質(zhì)的泄露會(huì)帶來污染總而言之,現(xiàn)在主要還需要解決以下問題

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