新能源发电技术 电子课件 7.4 海洋温差能发电技术

7.4海洋温差能发电技术任课老师：2018年08月在国外，海洋温差能发电更习惯被称为海洋热能转换，简称OTEC导读海洋温差能是由于海洋表层和深层海水之间所存在的温度差而形成的目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5海洋温差能本质上也来自于太阳能太阳辐射能基本被20米深的海水层全部吸收海洋深处充满来自极地的冰冷海水（1）海洋温差能的成因混合层温跃层深海冷水层混合层，在南北纬20º之间的热带和亚热带，温度在25℃以上。温跃层，温度随深度增加而迅速下降，约200m处下降至15℃。深海冷水层，1000m的深层海水终年保持4℃左右。（1）海洋温差能的成因1881年，法国雅克·达松瓦尔第一个提出利用海洋温差能213

1930年,乔治·克劳德在古巴马坦萨斯湾建成了第一台海洋温差能发电实验装置1956年法国政府在非洲西海岸建设了一座开式循环海洋温差能电站（2）海洋温差能的开发历史（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实验1980年美国建成OTEC-1实验装置1981年日本在瑙鲁共和国建设了一个100kW的岸式闭式循环OTEC示范电站213（2）海洋温差能的开发历史（兴起）中国科学院广州能源研究曾开发过一套海洋温差能模拟实验装置。哈尔滨工程大学，天津大学等也曾对海洋温差能电站的热力特性进行过理论分析2012年，国家海洋局第一海洋研究所成功建成了我国第一个15kW实用温差能发电装置我国海洋温差能（2）海洋温差能的开发历史（我国）据估算，我国近海及毗邻海域的温差能资源理论储量为14.4×1021～15.9×1021J，90％分布在我国的南海海域。（2）海洋温差能的开发历史（我国）目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5温海水进入闪蒸器，在负压下闪蒸汽化，产生的蒸汽进入汽轮机发电，之后排入冷凝器冷凝，冷凝水再由水泵排出温海水-闪蒸汽化汽轮机发电凝汽机液化排水泵排出淡水冷海水（1）开式循环优点：开式循环使用海水作为工质，不会污染环境开式循环不需要回收工质，没有金属换热面，没有换热面的腐蚀等问题开式循环的冷凝水是质量很好的淡水（1）开式循环一些问题：（1）开式循环系统工作在很高的真空度条件下。（2）开式循环需要大流量、低焓降的汽轮机。现有开式循环汽轮机的单机功率极为有限。（1）开式循环工质在蒸发器中吸收温海水的热量而汽化。蒸汽进入汽轮机发电。接着进入冷凝器中被冷凝，再由工质泵升压打进蒸发器中循环闭式循环使用低沸点流体代替水作为循环工质低沸点流体温海水冷海水（2）闭式循环优点：不再需要保持真空状态这样的工质蒸汽具有比较小的比容，从而可以使低沸点工质汽轮机体积大大缩小温冷海水都不直接与工质接触123（2）闭式循环一些问题：（1）闭式循环必须使用体积巨大的表面式蒸发器和冷凝器。（2）海水与工质间进行温差换热，可用功减少（3）闭式循环将不再产生副产物淡水。（4）低沸点工质泄露等可能会污染海洋环境。（2）闭式循环保留了闭式循环的整个回路，但是它不是把温海水直接通进蒸发器去加热低沸点工质，而是用温海水减压闪蒸出来的蒸汽作为蒸发器的热源。混合式循环把开式循环和闭式循环结合起来（3）混合式循环目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5热交换器热交换器尤其是蒸发器需要能在极小换热温差的条件下交换大量热量。蒸发器和冷凝器起到将液态变为气态或从气态变成液态的作用。（1）动力系统涡轮机海上温差能发电系统常采用氨透平技术。但目前的很少可以适用商业化涡轮机的日常运行和维护也较完善。主要的不确定因素来自工质泄露对环境的影响。（1）动力系统OTEC系统分为岸基型和海上型两类，又被称为岸式和浮式。岸基型发电装置设在岸上优势是维护和修理不受台风影响局限性是建厂位置条件苛刻，冷水管长度较长发电装置在船上或平台上。优势是其水管长度减短；但海上装置需要具备抗风浪能力，且需要电缆将电力输送出去海上型（2）发电平台海水管路系统由3个组件组成：温水管、冷水管以及排水用的排水管。海水管路系统AB温水管从海洋表层抽取温海水排水管的铺设需考虑不能与表层温海水混合，且不能危害海洋生态冷水管需要具备很长的大直径冷水管。同时，冷水管材质要求高强度、防腐蚀、低生物附着及绝佳的绝热能力c（3）海水管路461

257工质的工作压力要适中单位功率的工质体积流量要小不易燃、不易爆、无毒性、不污染环境对金属无腐蚀作用用过的工质易于处理或再生价格低廉，资源丰富3化学性能稳定，不易老化分解选择工质时需要考虑以下几个原则：（4）循环工质目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5（1）海水温差能发电示范系统电站Mini-OTECSAGAR-SHAKTHI瑙鲁示范项目德之岛电站伊万里示范项目骏河湾电站NELHA技术方美国日本、印度日本、瑙鲁日本日本日本美国年度1978-197920011982-19841982-198419851993设计1993-1998站址夏威夷蒂鲁琴杜尔港口瑙鲁德之岛伊万里骏河湾夏威夷大岛装机容量/kW50100010050751000210净功率/kw10493103235728.8103结构浮式浮式岸式岸式岸式浮式岸式原理闭式闭式闭式闭式闭式闭式开式研建单位洛克希德夏威夷州印度国家海洋技术研究所东京电力集团东京电力公司九州电力公司佐贺大学佐贺大学太平洋高技术研究国际中心（PLCHTR）温水入口温度/℃26.129.029.828.528.02626.0冷水入口温度/℃5.67.07.812.07.05.46.0工质氨氨氟利昂R-22氨氨氨水蒸发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\直接混合冷水管长度/m64511009502300\6001000冷水管直径/m0.610.90.70.60.4\1.01978年，由夏威夷州政府和几家私营公司建造于一艘驳船上，位于夏威夷岛西部沿海海域结构类型闭式循环工质氨热水口平均温度26.1℃冷水口平均温度5.6℃平均输出电力48.7kW平均净输出电力15kW冷水管长度645m（直径0.61米）热交换器总面积407.8㎡（2）美国海洋温差电站1993年，太平洋高技术研究中心在夏威夷建成210kW开式循环岸基式OTEC系统，淡水最高产率是0.4L/s。（2）美国海洋温差电站2015年8月，Makai海洋工程公司在夏威夷建造了一座100kW级岸式闭式循环型OTEC机组（2）美国海洋温差电站1985年，佐贺大学建成一座75kW的实验室装置，并得到35kW的净功率。1981年，东京电力公司在瑙鲁共和国建造了一座岸基式闭式循环电站。年内平均净输出功率为14.9kW。1982年，九州电力公司在日本德之岛建成50kW的温差混合型试验电站。平均净功率可达32kW。佐贺大学2013年在冲绳岛建立的100kW级OTEC发电机组（3）日本海洋温差电站目录Contents海洋温差能的成因与开发历史海洋温差能发电原理海洋温差能发电系统海洋温差能发电示范项目海洋温差能总结与展望7.4.17.4.27.4.37.4.47.4.5ABCD基础研究方面，小温差热力循环效率过低各类技术挑战经济方面，温差能发电装置和电站建设费用过高环境，温差能发电系统的抽水排水会导致海水重新分布。工质的泄露会带来污染总而言之，现在主要还需要解决以下问题