一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统及方法与流程

1.本发明属于海洋能源利用技术领域，具体涉及一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统及方法。


背景技术：

2.海洋温差能是指以表层海水与深层海水两者温度差的形式所储存的海洋热能。目前回收利用海洋温差能产生电能的主要技术手段是卡琳娜循环，卡琳娜循环以氨水混合物作为循环工质将海洋温差能转换为电能。此种循环方式在陆上应用较为成熟，但由于海水温度随早晚天气变化波动较大，系统热力参数频繁波动，提高海洋温差能的利用效率是个难题。
3.独立的氨水卡琳娜循环发电效率仅在5％左右，卡琳娜循环的发电效率与表层海水的温度、循环介质氨水密度密切相关。表层海水温度上升或循环介质氨水密度增加都可以提高卡琳娜循环的发电效率。当海平面海水温度较高时，较低的循环介质氨水密度同样可以满足额定的用电需求，当表层海水温度大于28℃时可以引出卡琳娜发电循环中一部分气态氨作为热泵循环的热源，通过卡琳娜循环结合热泵循环实现海洋温差能的热电联供，提高海洋温差能的综合利用效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统。
5.一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，包括发电单元、浓度调节单元及供热单元；所述发电单元内进行氨水卡琳娜发电循环；所述浓度调节单元用于调节发电单元内氨水介质中的氨浓度；所述供热单元内进行氨水热泵循环，实现供热。
6.进一步地，所述发电单元包括a蒸发器、预热器、a工质循环泵、a冷凝器、混合器、发电机、透平膨胀机、分离器和表层海水温度测量仪表；所述发电机与透平膨胀机连接；所述透平膨胀机、混合器、a冷凝器、a工质循环泵、预热器、a蒸发器、分离器的输入端通过管路依次连接；所述预热器具有两个输入端和输出端；所述预热器的第一输入端通过管路与a工质循环泵连接，第一输出端通过管路与a蒸发器连接；所述分离器的输出端通过管路分别与预热器的第二输入端、透平膨胀机的输入端连接，预热器的第二输出端通过管路与混合器连接；所述a蒸发器具有表层海水进入端和表层海水排放端；所述表层海水温度测量仪表安装于表层海水进入端；所述a冷凝器具有深层海水进入端和深层海水排放端。
7.进一步地，由表层海水进入端进入的高温表层海水温度范围为[15℃，40℃]。
[0008]
进一步地，由深层海水进入端进入的低温深层海水温度范围为[2℃，10℃]。
[0009]
进一步地，所述分离器采用旋风分离器。
[0010]
进一步地，所述表层海水温度测量仪表采用量程为-10～50℃，精度等级为1％的温度传感器。
[0011]
进一步地，所述浓度调节单元包括a阀门、稳压罐、压气机、b阀门；所述供热单元包
括节流阀、b冷凝器、b工质循环泵、b蒸发器；所述节流阀、b冷凝器、b工质循环泵、b蒸发器通过管路依次连接，构成循环回路；所述b冷凝器具有供热介质进入端和用热端；所述稳压罐、压气机、b蒸发器通过管路依次连接，构成循环回路；所述所述a阀门与b阀门的一端均通过管路连接于分离器与透平膨胀机之间的管路上，a阀门的另一端通过管路连接于b蒸发器与稳压罐之间的管路上，b阀门另一端通过管路连接于压气机与b蒸发器之间的管路上。
[0012]
进一步地，所述的供热单元的供热介质进入端的供热介质为液态水。
[0013]
本发明的目的还在于提供一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供方法。
[0014]
在发电单元中，氨水由a工质循环泵加压依次进入预热器与a蒸发器，氨水在a蒸发器中吸收表层高温海水热量变为富氨蒸汽与富水氨溶液的混合物后进入分离器；分离器将富氨蒸汽送入透平膨胀机，透平膨胀机带动发电机发电；同时，分离器将高温的富水氨溶液送入预热器给氨水预热；在透平膨胀机内做功后的低温低压富氨蒸汽与预热器的富水氨溶液在混合器内汇集流动稳定后进入a冷凝器被深层低温海水冷凝为氨水溶液流回a工质循环泵完成氨水卡琳娜发电循环；
[0015]
在浓度调节单元中，根据表层海水温度测量仪表的测量结果调整a阀门与b阀门的开启关闭状态；
[0016]
当表层海水温度高于28℃时，表层海水热量充足，可以在发电单元中引出部分高温氨气用于供热，此时开启a阀门并关闭b阀门，使氨气在进入透平膨胀机前通过管道引向浓度调节单元中的稳压罐前的管道，同时启动压气机与b工质循环泵令发电单元与供热单元同时开始工作；
[0017]
在供热单元中，氨水在b蒸发器中与从发电单元中引出的高温氨气换热升温后，进入b工质循环泵转变为高温高压气态氨；高温高压气态氨进入b冷凝器与供热介质换热；换热后，供热介质吸收气态氨热量流入用热端供热；高温高压气态氨在b冷凝器内转变为低温液态氨流入节流阀转变为低温低压液态氨后流回b蒸发器，完成氨水热泵循环，实现供热；
[0018]
当表层海水温度低于22℃时，表层海水热量不足，需要提高发电单元中的氨浓度，此时关闭a阀门并开启b阀门，并启动压气机使氨气从浓度调节单元的压气机流向发电单元中分离器后的管道，提高发电单元氨水介质中的氨浓度以保证发电单元的发电功率满足用户用电需求；
[0019]
当表层海水温度在22～28℃之间时，a阀门与b阀门均关闭，此时只有发电单元工作，浓度调节单元与供热单元不工作。
[0020]
本发明的有益效果在于：
[0021]
本发明针对高温表层海水与低温深层海水之间的温度差形成的海洋温差能，将氨水卡琳娜循环发电技术与热泵供热技术相结合，通过设立氨水卡琳娜循环发电单元、浓度调节单元、热泵供热单元的热电联供系统，通过氨水卡琳娜发电单元吸收表层海水热量进行发电，通过氨水热泵循环进行供热。本发明根据高温的表层海水温度随气候时间波动较大的特点，根据高温的表层海水温度变化调整系统的阀门开关状态，控制氨气介质分别进入或引出卡琳娜发电单元改变卡琳娜循环发电单元的介质浓度，合理实现海洋温差能的高效合理利用，提高海洋温差能系统的能量综合利用效率，从而减小碳排放及对环境的影响。
附图说明
[0022]
图1为一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统的示意图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0024]
本发明属于海洋能源利用行业，具体是通过氨水卡琳娜发电循环与热泵供热循环的联合循环，将海洋温差能综合利用率可提高至10％-15％左右，实现了各时段的海洋温差能资源的充分利用。
[0025]
本发明针对高温表层海水与低温深层海水之间的温度差形成的海洋温差能，将氨水卡琳娜循环发电技术与热泵供热技术相结合。根据高温的表层海水温度随气候时间波动较大的特点，通过浓度调节单元调节发电单元氨水浓度，可合理实现海洋温差能的高效合理利用，提高海洋温差能系统的能量综合利用效率，从而减小碳排放及对环境的影响。
[0026]
本发明通过设立氨水卡琳娜循环发电单元、浓度调节单元、热泵供热单元的热电联供系统，通过氨水卡琳娜发电单元吸收表层海水热量进行发电，通过氨水热泵循环进行供热。根据高温的表层海水温度变化调整系统的阀门开关状态，控制氨气介质分别进入或引出卡琳娜发电单元改变卡琳娜循环发电单元的介质浓度，提高海洋温差能的利用效率，实现了海洋温差资源的合理高效利用。
[0027]
实施例1：
[0028]
结合图1说明本实施例，图1中的箭头代表各流体介质在金属管道内的流动方向。
[0029]
一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，包括发电单元ⅰ、浓度调节单元ⅱ单元及供热单元ⅲ。氨水卡琳娜循环发电单元满足进行发电，氨水热泵循环供热单元进行供热。
[0030]
一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，包括发电单元ⅰ、浓度调节单元ⅱ及供热单元ⅲ；发电单元ⅰ内进行氨水卡琳娜发电循环；浓度调节单元ⅱ用于调节发电单元ⅰ内氨水介质中的氨浓度；供热单元ⅲ内进行氨水热泵循环，实现供热。
[0031]
发电单元ⅰ包括a蒸发器2、预热器4、a工质循环泵5、a冷凝器7、混合器9、发电机10、透平膨胀机11、分离器22和表层海水温度测量仪表23；发电机10与透平膨胀机11连接；透平膨胀机11、混合器9、a冷凝器7、a工质循环泵5、预热器4、a蒸发器2、分离器22的输入端通过管路依次连接；预热器4具有两个输入端和输出端；预热器4的第一输入端通过管路与a工质循环泵5连接，第一输出端通过管路与a蒸发器2连接；分离器22的输出端通过管路分别与预热器4的第二输入端、透平膨胀机11的输入端连接，预热器4的第二输出端通过管路与混合器9连接；a蒸发器2具有表层海水进入端1和表层海水排放端3；表层海水温度测量仪表23安装于表层海水进入端1；a冷凝器7具有深层海水进入端6和深层海水排放端8。
[0032]
浓度调节单元ⅱ包括a阀门12、稳压罐13、压气机20、b阀门21；供热单元ⅲ包括节流阀14、b冷凝器16、b工质循环泵18、b蒸发器19；节流阀14、b冷凝器16、b工质循环泵18、b蒸发器19通过管路依次连接，构成循环回路；b冷凝器16具有供热介质进入端15和用热端17；稳压罐13、压气机20、b蒸发器19通过管路依次连接，构成循环回路；a阀门12与b阀门21的一端均通过管路连接于分离器22与透平膨胀机11之间的管路上，a阀门12的另一端通过管路连接于b蒸发器19与稳压罐13之间的管路上，b阀门21另一端通过管路连接于压气机20与b
蒸发器19之间的管路上。
[0033]
本发明针对高温的表层海水温度随气候时间波动较大的特点，通过浓度调节单元调节发电单元氨水浓度，可合理实现海洋温差能的高效合理利用，提高海洋温差能系统的能量综合利用效率，从而减小碳排放及对环境的影响。合理实现热电联供，减少沿海地区碳排放，保护海洋环境。
[0034]
实施例2：
[0035]
进一步地，供热单元ⅲ的供热介质进入端15的供热介质为液态水。
[0036]
实施例3：
[0037]
进一步地，由表层海水进入端1进入的高温表层海水温度范围为15℃至40℃(包括15℃和40℃)。由深层海水进入端6进入的低温深层海水温度范围为2℃至10℃(包括2℃和10℃)。
[0038]
实施例4：
[0039]
进一步地，分离器22采用旋风分离器。
[0040]
实施例5：
[0041]
进一步地，表层海水温度测量仪表23采用量程为-10～50℃，精度等级为1％的温度传感器。
[0042]
实施例6：
[0043]
本实施例提供了一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供方法：
[0044]
在发电单元ⅰ中，氨水由a工质循环泵5加压依次进入预热器4与a蒸发器2，氨水在a蒸发器2中吸收表层高温海水热量变为富氨蒸汽与富水氨溶液的混合物后进入分离器22；分离器22将富氨蒸汽送入透平膨胀机11，透平膨胀机11带动发电机10发电；同时，分离器22将高温的富水氨溶液送入预热器4给氨水预热；在透平膨胀机111内做功后的低温低压富氨蒸汽与预热器4的富水氨溶液在混合器9内汇集流动稳定后进入a冷凝器7被深层低温海水冷凝为氨水溶液流回a工质循环泵5完成氨水卡琳娜发电循环；
[0045]
在浓度调节单元ⅱ中，根据表层海水温度测量仪表23的测量结果调整a阀门12与b阀门21的开启关闭状态；
[0046]
当表层海水温度高于28℃时，表层海水热量充足，可以在发电单元ⅰ中引出部分高温氨气用于供热，此时开启a阀门12并关闭b阀门21，使氨气在进入透平膨胀机11前通过管道引向浓度调节单元ⅱ中的稳压罐13前的管道，同时启动压气机20与b工质循环泵18令发电单元ⅰ与供热单元ⅲ同时开始工作；
[0047]
在供热单元ⅲ中，氨水在b蒸发器19中与从发电单元ⅰ中引出的高温氨气换热升温后，进入b工质循环泵18转变为高温高压气态氨；高温高压气态氨进入b冷凝器16与供热介质换热；换热后，供热介质吸收气态氨热量流入用热端17供热；高温高压气态氨在b冷凝器16内转变为低温液态氨流入节流阀14转变为低温低压液态氨后流回b蒸发器19，完成氨水热泵循环，实现供热；
[0048]
当表层海水温度低于22℃时，表层海水热量不足，需要提高发电单元ⅰ中的氨浓度，此时关闭a阀门12并开启b阀门21，并启动压气机20使氨气从浓度调节单元ⅱ的压气机20流向发电单元ⅰ中分离器22后的管道，提高发电单元ⅰ氨水介质中的氨浓度以保证发电单元ⅰ的发电功率满足用户用电需求；
[0049]
当表层海水温度在22～28℃之间时(包括22℃和28℃)，a阀门与b阀门均关闭，此时只有发电单元ⅰ工作，浓度调节单元ⅱ与供热单元ⅲ不工作。
[0050]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：包括发电单元(ⅰ)、浓度调节单元(ⅱ)及供热单元(ⅲ)；所述发电单元(ⅰ)内进行氨水卡琳娜发电循环；所述浓度调节单元(ⅱ)用于调节发电单元(ⅰ)内氨水介质中的氨浓度；所述供热单元(ⅲ)内进行氨水热泵循环，实现供热。2.根据权利要求1所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：所述发电单元(ⅰ)包括a蒸发器(2)、预热器(4)、a工质循环泵(5)、a冷凝器(7)、混合器(9)、发电机(10)、透平膨胀机(11)、分离器(22)和表层海水温度测量仪表(23)；所述发电机(10)与透平膨胀机(11)连接；所述透平膨胀机(11)、混合器(9)、a冷凝器(7)、a工质循环泵(5)、预热器(4)、a蒸发器(2)、分离器(22)的输入端通过管路依次连接；所述预热器(4)具有两个输入端和输出端；所述预热器(4)的第一输入端通过管路与a工质循环泵(5)连接，第一输出端通过管路与a蒸发器(2)连接；所述分离器(22)的输出端通过管路分别与预热器(4)的第二输入端、透平膨胀机(11)的输入端连接，预热器(4)的第二输出端通过管路与混合器(9)连接；所述a蒸发器(2)具有表层海水进入端(1)和表层海水排放端(3)；所述表层海水温度测量仪表(23)安装于表层海水进入端(1)；所述a冷凝器(7)具有深层海水进入端(6)和深层海水排放端(8)。3.根据权利要求2所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：由表层海水进入端(1)进入的高温表层海水温度范围为[15℃，40℃]。4.根据权利要求2所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：由深层海水进入端(6)进入的低温深层海水温度范围为[2℃，10℃]。5.根据权利要求2所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：所述分离器(22)采用旋风分离器。6.根据权利要求2所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：所述表层海水温度测量仪表(23)采用量程为-10～50℃，精度等级为1％的温度传感器。7.根据权利要求2所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：所述浓度调节单元(ⅱ)包括a阀门(12)、稳压罐(13)、压气机(20)、b阀门(21)；所述供热单元(ⅲ)包括节流阀(14)、b冷凝器(16)、b工质循环泵(18)、b蒸发器(19)；所述节流阀(14)、b冷凝器(16)、b工质循环泵(18)、b蒸发器(19)通过管路依次连接，构成循环回路；所述b冷凝器(16)具有供热介质进入端(15)和用热端(17)；所述稳压罐(13)、压气机(20)、b蒸发器(19)通过管路依次连接，构成循环回路；所述所述a阀门(12)与b阀门(21)的一端均通过管路连接于分离器(22)与透平膨胀机(11)之间的管路上，a阀门(12)的另一端通过管路连接于b蒸发器(19)与稳压罐(13)之间的管路上，b阀门(21)另一端通过管路连接于压气机(20)与b蒸发器(19)之间的管路上。8.根据权利要求5所述的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统，其特征在于：所述的供热单元(ⅲ)的供热介质进入端(15)的供热介质为液态水。9.基于权利要求7的一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供方法，其特征在于：在发电单元(ⅰ)中，氨水由a工质循环泵(5)加压依次进入预热器(4)与a蒸发器(2)，氨水在a蒸发器(2)中吸收表层高温海水热量变为富氨蒸汽与富水氨溶液的混合物后进入分离器(22)；分离器(22)将富氨蒸汽送入透平膨胀机(11)，透平膨胀机(11)带动发电机(10)发电；同时，分离器(22)将高温的富水氨溶液送入预热器(4)给氨水预热；在透平膨胀机
(11)1内做功后的低温低压富氨蒸汽与预热器(4)的富水氨溶液在混合器(9)内汇集流动稳定后进入a冷凝器(7)被深层低温海水冷凝为氨水溶液流回a工质循环泵(5)完成氨水卡琳娜发电循环；在浓度调节单元(ⅱ)中，根据表层海水温度测量仪表(23)的测量结果调整a阀门(12)与b阀门(21)的开启关闭状态；当表层海水温度高于28℃时，表层海水热量充足，可以在发电单元(ⅰ)中引出部分高温氨气用于供热，此时开启a阀门(12)并关闭b阀门(21)，使氨气在进入透平膨胀机(11)前通过管道引向浓度调节单元(ⅱ)中的稳压罐(13)前的管道，同时启动压气机(20)与b工质循环泵(18)令发电单元(ⅰ)与供热单元(ⅲ)同时开始工作；在供热单元(ⅲ)中，氨水在b蒸发器(19)中与从发电单元(ⅰ)中引出的高温氨气换热升温后，进入b工质循环泵(18)转变为高温高压气态氨；高温高压气态氨进入b冷凝器(16)与供热介质换热；换热后，供热介质吸收气态氨热量流入用热端(17)供热；高温高压气态氨在b冷凝器(16)内转变为低温液态氨流入节流阀(14)转变为低温低压液态氨后流回b蒸发器(19)，完成氨水热泵循环，实现供热；当表层海水温度低于22℃时，表层海水热量不足，需要提高发电单元(ⅰ)中的氨浓度，此时关闭a阀门(12)并开启b阀门(21)，并启动压气机(20)使氨气从浓度调节单元(ⅱ)的压气机(20)流向发电单元(ⅰ)中分离器(22)后的管道，提高发电单元(ⅰ)氨水介质中的氨浓度以保证发电单元(ⅰ)的发电功率满足用户用电需求；当表层海水温度在22～28℃之间时，a阀门与b阀门均关闭，此时只有发电单元(ⅰ)工作，浓度调节单元(ⅱ)与供热单元(ⅲ)不工作。

技术总结
本发明属于海洋能源利用技术领域，具体涉及一种可调节介质浓度的海洋温差能热电联供系统及方法。本发明将氨水卡琳娜循环发电技术与热泵供热技术相结合，通过设立氨水卡琳娜循环发电单元、浓度调节单元、热泵供热单元的热电联供系统，通过氨水卡琳娜发电单元吸收表层海水热量进行发电，通过氨水热泵循环进行供热。本发明根据高温的表层海水温度随气候时间波动较大的特点，根据高温的表层海水温度变化调整系统的阀门开关状态，控制氨气介质分别进入或引出卡琳娜发电单元改变卡琳娜循环发电单元的介质浓度，合理实现海洋温差能的高效合理利用，提高海洋温差能系统的能量综合利用效率，从而减小碳排放及对环境的影响。从而减小碳排放及对环境的影响。从而减小碳排放及对环境的影响。


技术研发人员：王璞尧 陈龙 韩卿洋 邓鹏远
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/12