一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统

1.本技术属于海洋温差能发电技术领域，具体涉及一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统。


背景技术：

2.目前，全世界海洋温差能的理论估计储存量为1000亿千瓦，具有极高的利用价值。在垂直方向上，海洋温度随着深度的下降存在着温度的改变，但是，海洋表层温度与深层海水温度在达到一定深度后温差会变得较为恒定。在海洋中海水深度每下降1000米，海水温度会下降1℃~2℃，但在水深3000米至4000米后，海水温度逐渐恒定至1℃至2℃，深度增加温度变化减小。不仅如此，随着海水提取深度的增加，冷海水冷能的沿程损失逐渐增加，温差损失增大，温差减小。
3.海洋中存在大量的海洋温差能资源，受到季节气候、昼夜温度波动大等问题的影响，温差能的利用存在较大困难，例如冬季海水温度降低、夜晚海洋温度骤降等。针对这类问题，现有技术中存在一种太阳能辅助海洋温差发电系统，但是太阳能供热也同样受到季节气候和昼夜温差的极大影响，不能从根本上解决问题。但是，空气源热泵在-25℃的条件下仍然可以稳定供热，相对于太阳能供热有显著优势。


技术实现要素：

4.本技术旨在解决现有技术的不足，提出一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，利用节能高效的空气源热泵辅助加热海洋表层温水，提高海洋温差能的整体发电效率。
5.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，包括：海水汲取模块、循环加热模块、空气源热泵辅热模块和控制模块；所述海水汲取模块分别与所述循环加热模块、所述空气源热泵辅热模块和所述控制模块连接，所述海水汲取模块用于抽取海水；所述循环加热模块还分别与所述空气源热泵辅热模块和所述控制模块连接，所述循环加热模块用于利用热源和所述海水完成发电；所述空气源热泵辅热模块还与所述控制模块连接，所述空气源热泵辅热模块用于提供所述热源；所述控制模块用于所述海水汲取模块、所述循环加热模块和所述空气源热泵辅热模块的集中控制。
6.优选的，所述海水汲取模块包括：暖海水泵、冷海水泵、第一过滤器、第二过滤器、第一流量传感器和第二流量传感器；所述冷海水泵前端与所述第一过滤器连接，所述冷海水泵用于汲取深层的冷海水；所述暖海水泵前端与所述第二过滤器连接，所述暖海水泵用于汲取表层的暖海
水。
7.优选的，所述循环加热模块包括：冷凝器、工质罐、工质泵、预热器、汽化器、温度传感器、汽轮机和发电机；所述冷凝器的冷海水入口通过第一海水管道与所述冷海水泵连接，所述冷凝器的冷海水出口通过第二海水管道与所述预热器的暖海水入口连接，所述冷凝器的工质入口与所述汽轮机连接，所述冷凝器的工质出口与所述工质罐连接，所述冷凝器用于冷凝所述冷海水，并将冷凝后冷海水输送至所述第二海水管道；所述工质罐与所述工质泵连接，所述工质罐用于储存工质；所述工质泵与所述预热器的工质入口连接，所述工质泵用于将所述工质泵入所述预热器中；所述暖海水泵通过海水管道与所述预热器的所述暖海水入口连接；所述预热器的工质出口与所述汽化器连接，所述预热器的暖海水出口通过第三海水管道与所述第一过滤器和所述第二过滤器连接；所述汽化器与所述汽轮机和所述温度传感器连接，所述汽轮机与所述发电机连接。
8.优选的，所述工质罐中的工质包括异戊烷。
9.优选的，所述空气源热泵辅热模块包括：空气源热泵、所述汽化器和热质泵；所述空气源热泵与所述热质泵连接和所述汽化器连接，所述空气源热泵用于提供并加热热质；所述热质泵与所述汽化器连接，所述热质泵用于将所述热质泵入所述汽化器中；所述汽化器用于基于所述热质对所述工质进行加热汽化，并将汽化工质输送至所述汽轮机；所述汽轮机用于基于所述汽化工质进行能量转换，并通过所述发电机发送电能。
10.优选的，所述热质包括氯二氟甲烷。
11.优选的，所述第一流量传感器通过管道与所述第一海水管道连接，所述第一流量传感器用于采集所述第一海水管道的海水流量信息；所述第二流量传感器通过管道与所述第二海水管道连接，所述第二流量传感器用于采集所述第二海水管道的海水流量信息；所述温度传感器用于采集所述汽化工质的温度信息。
12.优选的，所述控制模块包括：plc控制装置、空气源热泵控制装置、所述第一流量传感器、所述第二流量传感器和所述温度传感器；所述plc控制装置与所述冷海水泵、所述暖海水泵和所述工质泵电连接，所述plc控制装置用于控制海水流量；所述plc控制装置还与所述第一流量传感器、所述第二流量传感器和所述温度传感器电连接，所述plc控制装置还用于监测所述海水流量信息和所述汽化工质的温度信息；所述空气源热泵控制装置提供人机交互界面，用于人为调节所述工质的加热温度。
13.与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术通过提取表层暖海水对工质进行预热，并采用空气源热泵对工质进行二次
加热、汽化，以避免因为低温海水因输送过程中冷能损失导致的温差减小，同时提高发电效率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本技术实施例的系统结构示意图；图2为本技术实施例的系统连接示意图；图3为本技术实施例的冷凝器示意图；图4为本技术实施例的预热器示意图；图5为本技术实施例的控制模块示意图。
16.附图标记说明：1、海水汲取模块；2、循环加热模块；3、空气源热泵辅热模块；4、第一过滤器；5、第二过滤器；6、冷海水泵；7、暖海水泵；8、第一流量传感器；9、第二流量传感器；10、冷凝器；11、工质罐；12、工质泵；13、预热器；14、温度传感器；15、汽化器；16、热质泵；17、空气源热泵；18、汽轮机；19、发电机。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
19.在本实施例中，如图1和图2所示，一种空气源热泵17辅热的海洋温差能发电系统，包括：海水汲取模块1、循环加热模块2、空气源热泵辅热模块3和控制模块。
20.海水汲取模块1分别与循环加热模块2、空气源热泵辅热模块3和控制模块连接，海水汲取模块1用于抽取海水。
21.海水汲取模块1包括：暖海水泵7、冷海水泵6、第一过滤器4、第二过滤器5、第一流量传感器8和第二流量传感器9；冷海水泵6前端与第一过滤器4连接，冷海水泵6用于汲取深层的冷海水；暖海水泵7前端与第二过滤器5连接，暖海水泵7用于汲取表层的暖海水。
22.在本实施例中，第一过滤器4安装在冷海水泵6前端1m处，第二过滤器5安装在暖海水泵7前端1m处。
23.循环加热模块2还分别与空气源热泵辅热模块3和控制模块连接，循环加热模块2用于利用热源和海水完成发电。
24.循环加热模块2包括：冷凝器10、工质罐11、工质泵12、预热器13、汽化器15、温度传感器14、汽轮机18和发电机19；冷凝器10如图3所示，冷凝器10的冷海水入口通过第一海水管道与冷海水泵6连接，冷凝器10的冷海水出口通过第二海水管道与预热器13的暖海水入
口连接，冷凝器10的工质入口与汽轮机18连接，冷凝器10的工质出口与工质罐11连接，冷凝器10用于冷凝冷海水，并将冷凝后冷海水输送至第二海水管道；工质罐11与工质泵12连接，工质罐11用于储存工质；工质泵12与预热器13的工质入口连接，工质泵12用于将工质泵入预热器13中；暖海水泵7通过海水管道与预热器13的暖海水入口连接；预热器13如图4所示，预热器13的工质出口与汽化器15连接，预热器13的暖海水出口通过第三海水管道与第一过滤器4和第二过滤器5连接；汽化器15与汽轮机18和温度传感器14连接，汽轮机18与发电机19连接。工质罐11中的工质为异戊烷。
25.在本实施例中，第一海水管道与第二海水管道分别为循环加热模块2提供冷海水和暖海水；冷海水泵6为低温泵，与管道通过法兰连接；暖海水泵7与管道通过法兰连接；海水管道与预热器13暖海水连接前有y型管道，接收冷凝器10流出的被加热冷海水。低沸点工质储存在工质罐11中，工质经工质泵12泵入预热器13中，暖海水对预热器13进行初次加热；预热器13与汽化器15通过保温管连接，空气源热泵17为汽化器15提供热源，进行二次加热、汽化；汽化工质进入汽轮机18做功，汽轮机18带动发电机19转动发电，做功后的乏汽工质通过单向阀进入冷凝器10，经冷凝器10冷凝流入工质罐11；本实施例中，工质罐11中的工质选用异戊烷，冷凝器10中间采取螺旋冷凝管冷凝，预热器13为内置翅式换热器。
26.空气源热泵辅热模块3还与控制模块连接，空气源热泵辅热模块3用于提供热源。
27.空气源热泵辅热模块3包括：空气源热泵17、汽化器15和热质泵16；空气源热泵17与热质泵16连接和汽化器15连接，空气源热泵17用于提供并加热热质；热质泵16与汽化器15连接，热质泵16用于将热质泵16入汽化器15中；汽化器15用于基于热质对工质进行加热汽化，并将汽化工质输送至汽轮机18；汽轮机18用于基于汽化工质进行能量转换，并通过发电机19发送电能。热质为氯二氟甲烷。
28.在本实施例中，空气源热泵17通过内置压缩机，对热质温度加热，热质通过热质泵16提供动力，流入汽化器15对工质进行加热汽化；其中，热质选用氯二氟甲烷，热质泵16选用热敏流体泵。
29.在本实施例中，第一流量传感器8通过管道与第一海水管道连接，第一流量传感器8用于采集第一海水管道的海水流量信息；第二流量传感器9通过管道与第二海水管道连接，第二流量传感器9用于采集第二海水管道的海水流量信息；温度传感器14用于采集汽化工质的温度信息。
30.控制模块用于海水汲取模块1、循环加热模块2和空气源热泵辅热模块3的集中控制。
31.控制模块如图5所示，包括：plc控制装置、空气源热泵控制装置、第一流量传感器8、第二流量传感器9和温度传感器14；plc控制装置与冷海水泵6、暖海水泵7和工质泵12电连接，plc控制装置用于控制海水流量；plc控制装置还与第一流量传感器8、第二流量传感器9和温度传感器14电连接，plc控制装置还用于监测海水流量信息和汽化工质的温度信息；空气源热泵控制装置提供人机交互界面，用于人为调节工质的加热温度，本实施例中，空气源热泵控制装置还可以显示系统的输入、输出功率。
32.下面详细介绍本实施例的工作流程：第一过滤器4、冷海水泵6、第一流量传感器8对深层冷海水进行汲取，冷海水进入冷凝器10后对乏力蒸汽工质进行冷凝；第一流量传感器8将数据输送给控制台，控制台结合
设定参数对冷海水泵6功率进行调节；冷海水通过冷凝器10冷海水入口进入，完成对工质的冷凝后通过海水出口流入暖海水通道。
33.第二过滤器5、暖海水泵7、第二流量传感器9对表层暖海水进行汲取，暖海水进入预热器13对工质进行预热；第二流量传感器9将数据输送给控制台，控制台结合设定参数对暖海水泵7功率进行调节；工质通过工质入口流入预热器，通过工质出口流出；暖海水通过暖海水入口流入，预热完成后通过海水出口流入海洋。
34.低沸点工质在工质罐11中经工质泵12进入预热器13，经暖海水预热，预热后进入汽化器15，开启空气源热泵17，空气源热泵17工作对热质进行加热，热质泵16对热质运输提供动力，热质在汽化器15内与工质进行热交换，工质受热汽化；气态低沸点工质进入汽轮机18内做功，发电机19发电；完成做功后的乏力工质进入冷凝器10被低温海水冷凝，冷凝工质再次流回工质罐11准备下次循环；温度传感器14，对汽化器15腔内温度进行实时监控。
35.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，包括：海水汲取模块、循环加热模块、空气源热泵辅热模块和控制模块；所述海水汲取模块分别与所述循环加热模块、所述空气源热泵辅热模块和所述控制模块连接，所述海水汲取模块用于抽取海水；所述循环加热模块还分别与所述空气源热泵辅热模块和所述控制模块连接，所述循环加热模块用于利用热源和所述海水完成发电；所述空气源热泵辅热模块还与所述控制模块连接，所述空气源热泵辅热模块用于提供所述热源；所述控制模块用于所述海水汲取模块、所述循环加热模块和所述空气源热泵辅热模块的集中控制。2.根据权利要求1所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述海水汲取模块包括：暖海水泵、冷海水泵、第一过滤器、第二过滤器、第一流量传感器和第二流量传感器；所述冷海水泵前端与所述第一过滤器连接，所述冷海水泵用于汲取深层的冷海水；所述暖海水泵前端与所述第二过滤器连接，所述暖海水泵用于汲取表层的暖海水。3.根据权利要求2所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述循环加热模块包括：冷凝器、工质罐、工质泵、预热器、汽化器、温度传感器、汽轮机和发电机；所述冷凝器的冷海水入口通过第一海水管道与所述冷海水泵连接，所述冷凝器的冷海水出口通过第二海水管道与所述预热器的暖海水入口连接，所述冷凝器的工质入口与所述汽轮机连接，所述冷凝器的工质出口与所述工质罐连接，所述冷凝器用于冷凝所述冷海水，并将冷凝后冷海水输送至所述第二海水管道；所述工质罐与所述工质泵连接，所述工质罐用于储存工质；所述工质泵与所述预热器的工质入口连接，所述工质泵用于将所述工质泵入所述预热器中；所述暖海水泵通过海水管道与所述预热器的所述暖海水入口连接；所述预热器的工质出口与所述汽化器连接，所述预热器的暖海水出口通过第三海水管道与所述第一过滤器和所述第二过滤器连接；所述汽化器与所述汽轮机和所述温度传感器连接，所述汽轮机与所述发电机连接。4.根据权利要求3所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述工质罐中的工质包括异戊烷。5.根据权利要求3所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述空气源热泵辅热模块包括：空气源热泵、所述汽化器和热质泵；所述空气源热泵与所述热质泵连接和所述汽化器连接，所述空气源热泵用于提供并加热热质；所述热质泵与所述汽化器连接，所述热质泵用于将所述热质泵入所述汽化器中；所述汽化器用于基于所述热质对所述工质进行加热汽化，并将汽化工质输送至所述汽轮机；所述汽轮机用于基于所述汽化工质进行能量转换，并通过所述发电机发送电能。
6.根据权利要求5所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述热质包括氯二氟甲烷。7.根据权利要求5所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述第一流量传感器通过管道与所述第一海水管道连接，所述第一流量传感器用于采集所述第一海水管道的海水流量信息；所述第二流量传感器通过管道与所述第二海水管道连接，所述第二流量传感器用于采集所述第二海水管道的海水流量信息；所述温度传感器用于采集所述汽化工质的温度信息。8.根据权利要求7所述一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，其特征在于，所述控制模块包括：plc控制装置、空气源热泵控制装置、所述第一流量传感器、所述第二流量传感器和所述温度传感器；所述plc控制装置与所述冷海水泵、所述暖海水泵和所述工质泵电连接，所述plc控制装置用于控制海水流量；所述plc控制装置还与所述第一流量传感器、所述第二流量传感器和所述温度传感器电连接，所述plc控制装置还用于监测所述海水流量信息和所述汽化工质的温度信息；所述空气源热泵控制装置提供人机交互界面，用于人为调节所述工质的加热温度。

技术总结
本申请公开了一种空气源热泵辅热的海洋温差能发电系统，包括：海水汲取模块、循环加热模块、空气源热泵辅热模块和控制模块；海水汲取模块分别与循环加热模块、空气源热泵辅热模块和控制模块连接，海水汲取模块用于抽取海水；循环加热模块还分别与空气源热泵辅热模块和控制模块连接，循环加热模块用于利用热源和海水完成发电；空气源热泵辅热模块还与控制模块连接，空气源热泵辅热模块用于提供热源；控制模块用于海水汲取模块、循环加热模块和空气源热泵辅热模块的集中控制。本申请通过提取表层暖海水对工质进行预热，并采用空气源热泵对工质进行二次加热、汽化，以避免因为低温海水因输送过程中冷能损失导致的温差减小，同时提高发电效率。高发电效率。高发电效率。


技术研发人员：郭琳 王聪 刘志刚 唐桂华 黄崇亮 李卓良 孔亚龙
受保护的技术使用者：山东省科学院能源研究所
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/5/31