大工 秋《新能源发电》作业 温差发电的利用

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《新能源发电》课程设计

题目：温差发电的利用

学习中心：奥鹏学习中心

层次：本科

专业：电气工程及其自动化

年级：

学号：

学生：

辅导教师：康永红

完成日期： 2016年 05月26日

温差发电的利用

海洋是全世界最大的太阳能收集器，6000万平方千米的热带海洋一天吸收的太阳辐射能，相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些热量的1%转化成电力，也将相当于有140亿千瓦装机容量，是美国当今发电能力的20倍以上。海水温差发电，是以一种混合化学液体作为介质，输出功率是以前的倍。一座3000千瓦级的电站，每千瓦小时的发电成本只有元以下，比柴油发电价格还低。人们预计，利用海水温差发电;如果能在一个世纪内实现，可成为新能源开发的出发点。海水温差发电，1930年在法国首次试验成功，但当时发出的电能还不如耗去的电力多，因此，没有付诸实施。现在，许多国家都在进行海水温差发电研究。

1. 海洋温差发电技术发展现状

国外研究现状

利用海洋温差产生电力的理论研究和技术研究已有120多年的历史，特别是在上世

纪70年代的全球能源危机时期尤其得到重视，近年来研究更是取得了实质性进展。在热

带海洋地区大约有6000万平方公里适宜发展海洋温差发电，利用海洋温差发电将能产生目前世界能源需求几倍的发电量。目前，美、印、日等国都建有海洋温差发电站。

利迄今为止,海洋温差发电技术的研究在热动力循环的方式、高效紧凑型热交换器、工质选择以及海洋工程技术等方面均已取得长足的发展,很多技术已渐趋成熟。

1)系统方面以闭式循环最为成熟,已经基本上达到商业化水准。开式循环的主要困难是低压汽轮机的效率太低。工质是闭式循环必须考虑的关键因素。仅从性能角度出发,氨和R22是较为理想的工质,但从环保角度考虑,寻求新工质的努力仍在进行。

2)热交换器是海洋温差发电系统的关键设备,它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。热交换器性能的关键是它的型式和材料。钛的传热及防腐性能良好,但是价格过于昂贵。美国阿贡国家实验室的研究人员发现,在腐蚀性暖海水环境下,改进后的钎焊铝换热器寿命可以达到30年以上。板式热交换器体积小,传热效果好、造价低,适合在闭式循环中采用。

3)最新的洛伦兹循环有机液体透平能20～22℃温差下工作,适用于闭式循环装置中。洛伦兹循环的T-S图如图所示。它的热效率和输出功率均小于在温海水进口温度和冷海水进口温度下的卡诺循环(图上T1和T4之差),而等于温海水进出口平均温度和冷海水进出口平均温度下的卡诺循环(图上T2和T3之差)。洛伦兹循环由两个等温过程和两个多变过程组成,是变温条件下的理想循环,它与卞诺循环都是可逆循环,但比后者更接近实际。选择合适的工质,使工质与热源温度变化保持一致且温差最小,便得到接近洛伦兹循环的实际循环。洛伦兹循环的特点是热效率高且接近实际工程,其透平采用两种以上氟利

昂混合物作为工质,并配以适合的换热器。

图洛伦兹循环的T-S

4)海洋温差发电有岸基型和海上型两类。岸基型把发电装置设在岸上,把抽水泵延伸到500～1000 m或更深的深海处。日本1981年11月在瑙鲁修建的一座功率为100KW的岸基发电站即采有一条外径,长950m的聚乙烯管深入到580m的海底抽取冷海水。海上型是把吸水泵从船上吊下去,发电机组安装在船上,电力通过海底电缆输送。海上型又分成浮体式(包括表面浮体式、半潜式、潜水式)、着底式和海上移动式三类。1979年在夏威夷建成的“mini-ITEC”发电装置就安装在一艘海军驳船上,利用一根直径 m、长670m的聚乙烯冷水管垂直伸向海底吸取冷水。

1973年石油危机以后,海洋温差能的研究工作开始取得实质性进展。1979年美国在夏威夷西部海岸建成了一座mini-OTCE发电装置,额定功率50KW,净功率15KW。这是世界上首次从海洋温差能获得有实用意义的电力。太平洋高技术国际研究中心(PICHTR)于

1991年11月开始在夏威夷进行开式循环发电试验,并于1993年4月建成发电功率210KW,净输出40～50 KW,并产生淡水的装置。PICHTR还开发了利用冷海水进行空调、制冷及海水养殖等附属产业,在热带岛屿显示出良好的市场前景。日本在海洋温差能研究开发方面投资力度很大,并在海洋热能发电系统和换热器技术方面领先于美国,迄今共建造3座海洋温差试验电站,均为岸基式。

印度政府将海洋温差能作为未来的重要能源之一进行开发，1997 年印度国家海洋技术研究所于日本佐贺大学签订协议，共同进行印度洋的海洋温差发电的开发，并准备在印度国内投资建立商业化的OTEC系统。2010年，在印度东南部海上运转成功了世界上第一套1MW 海洋温差发电实验装置。温差能发电系统还可以通过制氢后将氢气输送回大陆，解决了以往海上电力敷设需巨大投资的问题，随着能源紧缺和对可再生能源的日益重视，以及氢能源需求日益加大，使得开展海洋温差能的研究重新活跃，美国、日本、印度继续加大对海洋温差能的研究和资金投入。佐贺大学海洋能源研究中心在2002 年被“21世纪 COH 计划”选中后，在2003年建成了新的实验据点——伊万里附属设施。目前正在利用 30KW的发电装置进行实证性实验。如果再配上海水淡化装置的话，在发电的同时能得到淡水和深层水，它们可以作为矿泉水来饮用。电解后还能得到燃料电池用的氢。富有养分的深层水回灌海洋后还能形成新的鱼场。

海洋温差发电的很大优点是不仅能发电，在经济上还能带动很多相关产业。 2012年，印度Kavaratti 岛海水温差淡水生产设备，利用海水温差进行海水淡化满足了岛上淡水的需要。

日本的日立造船和里见产业在印度试验海水温差发电，拟试验成功后推广用于发动机冷却水和海水的温差发电，以供船用发电设备。这样不产生CO

，大型化后使发电成本

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可达核电水平，是有发展前途的发电方式。由于此技术适于在表层海水温度高的地区实施，印度政府利用 1000 千瓦级发电试验为发展2 万～5 万千瓦机组打下基础。若规模达 10 万千瓦时，单位发电成本可比火电低和核电水平相当。

美国洛克希德公司与美国能源部签署了建造一个由玻璃纤维与合成材料建造的管道原型合同。2013 年与美国海军研究用温差能解决关岛上海军陆战队用电和淡水的问题。

美国洛克希德马丁公司在夏威夷的Big Island建造一座海洋温差发电站，这座发电站的装机容量可达10兆瓦。在2015年左右将继续建造100兆瓦级的大型电站。洛克希德马丁公司在海洋温差发电系统方面共拥有6项专利。法国DCNS公司在2010年11月建设海洋热能转换（OTEC）试点工厂，在2015年提供10兆瓦稳定的输出。