工业海洋热能转换工艺制造技术

一种组合的OTEC和蒸汽系统，其具有OTEC发电系统和包括蒸汽冷凝器的蒸汽系统，OTEC发电系统包括与冷水系统流体连通的多级冷凝系统，其中，蒸汽冷凝器与冷水系统流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及海洋热能转换(“0TEC”)工艺，包括浮式的、最小起伏平台的、多级热机的海洋热能转换电站，并且还涉及与诸如其他发电装置或工业处理设备等的其他工业操作组合的OTEC电站。
技术介绍
全球能源消耗和需求一直以指数速度增长。这方面的需求预计将持续上升，特别是在亚洲和拉丁美洲的发展中国家。同时，传统的能源资源、即化石燃料正在加速减少并且开采化石燃料的成本持续上升。环境和监管方面的担忧正在加剧这一问题。与太阳相关的可再生能源是可以为不断增长的能源需求提供一部分解决方案的一种可选的能源资源。由于与太阳相关的可再生能源与化石燃料、铀、甚至热力“绿色”能源不一样，很少存在或者不存在与其使用相关联的气候风险，所以与太阳相关的可再生能源有很大吸引力。另外，与太阳相关的能源是免费的并且极为丰富。海洋热能转换(“0TEC”)是利用在海洋的热带区域中作为热量存储的太阳能来产生可再生能源的一种方式。全世界的热带大洋和大海提供了独特的可再生能源资源。在许多热带地区(在大约北纬20°与南纬20°之间)，表面海水的温度几乎保持恒定。直到大约100英尺深度，海水的平均表面温度随着季节在75° F和85° F或者更高之间变化。在同一区域，深层海水(在2500英尺和4200英尺之间或者更深)保持在相当恒定的40° F。因此，热带海洋结构在表面提供了大的热水储藏并且在深层提供了大的冷水储藏，并且热水储藏与冷水储藏之间的温差在35° F至45° F之间。该温差(AT)在白天和夜晚保持得相当恒定，并且季节性的变化小。OTEC工艺利用表面热带海水与深层热带海水之间的温差来驱动热机以产生电能。OTEC发电在20世纪70年代后期被认同为对于能源生产而言是具有低到零碳足迹(carbonfootprint)的可能的可再生能源资源。然而，与多数传统的高压高温发电站相比，OTEC电站具有低的热力学效率。例如，利用80° F和85° F之间的平均海洋表面温度以及40° F的恒定深水温度，OTEC电站的最大理想卡诺效率(Carnot efficiency)为7.5%至8%。在实际操作中，OTEC电力系统的总电力效率经估计为卡诺极限的大约一半，或者大约3.5%至4.0%。另外，在1994年牛津大学出版社出版的由William Avery和Chih Wu发表的题为“来自海洋的可再生能源，OTEC 指南” (“Renewable Energy from the Ocean, a Guide to0TEC”)(通过引用合并于此冲所记载的、由20世纪70年代和20世纪80年代前沿研究人员所进行的分析表明:通过以AT为40° F进行操作的OTEC电站产生的总电力的四分之一至一半(或者更多)将被需要用于使水泵和工作流体泵运行并且为电站的其他辅助需要供电。基于此，OTEC电站的将存储在表面海水中的热能转化成净电能的低的整体净效率一直未能成为商业上可行的能源生产方案。造成整体热力学效率进一步降低的另一因素是与用于涡轮机的精确频率调节而提供必要的控制相关联的损失。这引起了涡轮机循环中的压力损失，该压力损失限制了能够从热海水中提取的功。于是最终的净电站效率将在1.5%和2.0%之间。这种比在高温高压下进行操作的热机的典型效率低的OTEC净效率导致能源规划者广泛持有如下假设:0TEC电站成本太高以至于无法与多数传统的发电方法抗争。实际上，因为热水和冷水之间的温差相对小，所以寄生电力需要在OTEC电站中特别重要。为了实现热海水与工作流体之间以及冷海水与工作流体之间的最大热传递，需要大的热交换表面积，以及高的流体速度。增加这些因素中的任何一个都可能使OTEC电站上的寄生载荷增大，从而降低净效率。使海水与工作流体之间的有限的温差中的能量传递最大化的高效热传递系统将增加OTEC电站的商业可行性。除了由于看似固有的大的寄生载荷而效率相对低之外，OTEC电站的操作环境引起了也会降低这种操作的商业可行性的设计及操作方面的挑战。如之前所提到的，在深度为100英尺或者更浅的海洋表面找到了 OTEC热机所需的热水。在2700英尺和4200英尺之间的深度或者更深处找到了用于冷却OTEC发动机的恒定冷水来源。在人口中心附近乃至大陆块通常都找不到这样的深度。离岸电站是必须的。不管电站是浮式的还是固定于水下地貌，均需要2000英尺或更长的长冷水引入管。此外，由于商业上可行的OTEC操作所需的水量很大，所以冷水引入管需要具有大直径(通常在6英尺和35英尺之间或者更大)。将大直径管悬挂在离岸结构上存在稳定性、连接以及构造方面的挑战，这会预先驱使OTEC成本超出商业可行性。另外，悬挂在动态的海洋环境中的、具有显著的长度直径比的管会沿着管的长度而遭受温差以及变化的洋流。由沿着管的弯曲和漩涡脱落(vortex shedding)而引起的应力也引起了挑战。并且，诸如波浪作用等表面影响引起了与管和浮式平台之间的连接有关的进一步挑战。具有期望的性能、连接以及构造考虑的冷水管引入系统能够提高OTEC电站的商业可行性。与OTEC电站相关联的对环境的关注也已经成为OTEC操作的障碍。传统的OTEC系统从海洋深处抽取大量的营养丰富的冷水并且在表面或者表面附近将这些水排放。这样的排放可能以正面或负面的方式对OTEC电站附近的海洋环境产生影响，可能对处于OTEC排放下游的鱼群和珊瑚礁系统带来冲击。
技术实现思路
本专利技术的若干个方面指向于利用海洋热能转换工艺的发电站。专利技术的进一步的方面涉及离岸OTEC电站，该OTEC电站具有由于降低了寄生载荷而提高了的整体效率、较好的稳定性、较低的构造和操作成本以及改善了的环境足迹(environmental footprint)。其他方面包括与浮式结构一体的大容量水管道。多级OTEC热机的模块化和区室化降低了构造和维护成本、限制了离网操作并且提高了操作性能。又进一步的方面提供了具有在结构上一体的热交换区室的浮式平台，并且提供了平台的由于波浪作用而产生的最小运动。一体的浮式平台也可以提供通过多级热交换器的高效的热水流或冷水流，提高了效率并且降低了寄生电力需要。本专利技术的若干个方面通过将热水和冷水排放在适当的深度/温度范围内可以促进环境中性的热足迹。以电力的形式提取出的能量降低了到达海洋的整体温度。专利技术的进一步的方面涉及具有优化了的多级热交换系统的浮式的最小起伏的OTEC电站，其中热水供给管道和冷水供给管道以及热交换器柜在结构上与电站的浮式平台或结构一体化。又进一步的方面包括浮式海洋热能转换电站。诸如柱筒的最小起伏结构或者改进型半潜式离岸结构可以包括第一甲板部，该第一甲板部具有结构一体化的热海水通道、多级热交换表面和工作流体通道，其中，第一甲板部提供工作流体的蒸发。第二甲板部也设置有结构一体化的冷海水通道、多级热交换表面和工作流体通道，其中，第二甲板部提供用于使工作流体从蒸汽冷凝成液体的冷凝系统。第一和第二甲板工作流体通道与第三甲板部连通，该第三甲板部包括由一个或多个蒸汽涡轮机驱动的发电机，以用于发电。在一个方面中，提供一种离岸发电结构，其包括浸没部。浸没部进一步包括:第一甲板部，该第一甲板部包括一体化的多级蒸发器系统；第二甲板部，该第二甲板部包括一体化的多级冷凝系统；第三甲板部，该第三甲板部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.14 US 61/364,1591.一种组合的OTEC和蒸汽系统,其包括: OTEC发电系统，该OTEC发电系统包括与冷水系统流体连通的多级冷凝系统； 蒸汽系统，该蒸汽系统包括蒸汽冷凝器，其中，所述蒸汽冷凝器与所述冷水系统流体连通。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多级冷凝系统包括四级混合级联热交换循环。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述四级混合级联热交换循环进一步包括温度在45° F和60° F之间的冷水排放。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述四级混合级联热交换循环进一步包括温度为大约50° F的冷水排放，来自所述冷水系统的冷水以大约50° F进入所述蒸汽冷凝器并且以大约65° F从所述蒸汽冷凝器排放。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽系统是蒸汽循环发电站的一部分。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷水系统中的冷水首先使OTEC热机中的工作流体冷凝，然后使蒸汽系统中的蒸汽冷凝。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽系统包括与所述冷水系统流体连通的多个蒸汽冷凝器。8.一种离岸发电结构，该结构包括:` 浸没部，该浸没部包括: 第一甲板部，该第一甲板部包括一体化的多级蒸发器系统； 第二甲板部，该第二甲板部包括一体化的多级冷凝系统，该一体化的多级冷凝系统具有用于使工作流体冷凝的冷水系统； 第三甲板部，该第三甲板部容纳有与所述工作流体流体连通的一个或多个涡轮发电机；和 蒸汽系统，该蒸汽系统包括与所述冷水流体流体连通的一个或多个蒸汽冷凝器。9.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，所述一体化的多级蒸发器系统包括四级混合级联热交换循环。10.根据权利要求9所述的离岸发电结构，其特征在于，所述四级混合级联热交换循环的多个级是串联的，使得热水由于连接管路的消除而以最小压力损失在多个级之间流动。11.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，所述一体化的多级冷凝系统包括四级混合级联热交换循环。12.根据权利要求11所述的离岸发电结构，其特征在于，所述四级混合级联热交换循环的多个级是串联的，使得冷水由于连接管路的消除而以最小压力损失在多个级之间流动。13.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，所述第一甲板部包括形成所述浸没部的结构构件的热水管道。14.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，所述第二甲板部包括形成所述浸没部的结构构件的冷水管道。15.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，热水沿着与冷却热水的自然对流相同的方向流过所述第一甲板部和所述多级蒸发器系统。16.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，冷水沿着与加热冷水的自然对流相同的方向流过所述第二甲板部和所述多级冷凝系统。17.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，所述第一甲板部在所述第三甲板部的上方，所述第三甲板部在所述第二甲板部的上方。18.根据权利要求8所述的离岸发电结构，其特征在于，热水以500，OOOgpm和6，000, OOOgpm之间的流量流动。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·J·夏皮罗，B·R·科尔，J·M·罗斯，R·克鲁尔，
申请(专利权)人：阿贝尔基金会，
类型：
国别省市：