CN117605636B - 一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，包括工质循环泵、汽化单元、发电机组、冷凝器、工质缓冲罐和海水取水单元，工质循环泵、汽化单元、发电机组和冷凝器依次连接，工质循环泵与汽化单元之间设置有第一阀门，汽化单元包括并联设置的第一汽化管路和第二汽化管路，第一汽化管路上依次设置有第二阀门、第一汽化器和第三阀门，第一汽化器连接有第一热源输入管和第二热源输入管，第二汽化管路上依次设置有第六阀门、第二汽化器和第七阀门，工质缓冲罐分别连接工质循环泵和冷凝器，海水取水单元分别连接第一汽化器和冷凝器。与现有技术相比，能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来，使得二者之间产生协同作用。

Description

一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统

技术领域

本发明涉及海洋温差能发电技术领域，尤其涉及一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统。

背景技术

海洋温差能是指海洋表层海水和深层海水之间由于温差而导致的热能。海洋温差能最常见的利用方式是发电。传统海洋温差能发电基本原理是利用海洋表面的温海水加热某些低沸点工质，并使之汽化以驱动透平、带动发电机发电；透平出口工质蒸汽通过与深层冷海水换热冷凝，经工质泵输送到冷凝器。如此循环，便可实现海洋温差能发电。传统海洋温差能发电装置存在发电效率低和深层海水取水困难两大制约因素，严重限制了海洋温差能发电技术的推广应用。

海上平台位于海平面之上，在海上平台上探索海洋温差能发电装置的应用具有极佳的地理优势。同时，海上油气平台存在多种不同的余热，部分低温位热源因回收利用价值不高甚至被直接弃用。因此，如果能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来，使得二者之间产生协同作用，将能够拓展海洋温差能应用场景，提高传统海洋温差能发电效率，实现温差能装置为平台提供部分电能的同时回收余热，减少平台CO2排放。然而，现有技术中尚未有相关温差能发电系统能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来，使得二者之间产生协同作用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，包括工质循环泵、汽化单元、发电机组、冷凝器、工质缓冲罐和海水取水单元，所述工质循环泵、所述汽化单元、所述发电机组和所述冷凝器依次连接，所述工质循环泵与所述汽化单元之间设置有第一阀门，所述汽化单元包括并联设置的第一汽化管路和第二汽化管路，所述第一汽化管路上依次设置有第二阀门、第一汽化器和第三阀门，所述第一汽化器的热源入口连接有第一热源输入管和第二热源输入管，所述第一热源输入管连接海上平台的温排水，所述第一热源输入管上设置有第四阀门，所述第二热源输入管连接海上平台的其它热源，所述第二热源输入管上设置有第五阀门，所述第二汽化管路上依次设置有第六阀门、第二汽化器和第七阀门，所述工质缓冲罐分别连接所述工质循环泵和所述冷凝器，所述工质缓冲罐储存有循环工质，所述海水取水单元分别连接所述第一汽化器的热源入口和所述冷凝器的冷媒入口。

优选的，所述的海上平台的其它热源包括但不限于导热油或天然气。

优选的，所述发电机组分别连接海上平台电网和海上电网控制系统。

优选的，所述海水取水单元包括温海水取水单元和冷海水取水单元，所述温海水取水单元连接所述第一汽化器的热源入口，所述冷海水取水单元连接所述冷凝器的冷媒入口。

优选的，所述温海水取水单元包括第一温海水管、温海水泵和第二温海水管，所述第一温海水管连接所述温海水泵的入口，所述第一温海水管上设置有第八阀门，所述第二温海水管连接所述温海水泵的出口和所述第二汽化器的热源入口。

优选的，所述冷海水取水单元包括第一冷海水管、冷海水泵和第二冷海水管，所述第一冷海水管连接所述冷海水泵的入口，所述第一冷海水管上设置有第九阀门，所述第二冷海水管连接所述冷海水泵的热源出口和所述冷凝器的冷媒入口。

优选的，所述第一温海水管通过连接管连接所述第一冷海水管，所述连接管上设置有第十阀门。

优选的，所述第一温海水管和所述第一冷海水管上分别设置有过滤器。

优选的，所述循环工质包括单一工质或混合工质。

优选的，所述循环工质包括氨和/或氟利昂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明将温差能发电与海水平台多种余热利用结合起来，开拓了传统海洋温差能全新应用场景，实现了温差能发电装置发电效率提升与海上平台余热回收利用；

(2)本发明可根据各个平台用电需求、余热状况、海水温度随季节波动的情况以及取水装置的情况，实现灵活调整，甚至在不取用冷海水的情况下，依然保持运行发电状态；

(3)本发明能够利用温差能或海上平台余热进行发电以替代部分平台用电，从而减少了海上平台的燃油或燃气消耗量以及CO2排放；

(4)本发明为海上平台提供了一种多能耦合利用的路径和方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。需要说明的是，在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例中所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统整体结构示意图。

图中：

1、工质循环泵；2、汽化单元；21、第一汽化管路；211、第二阀门；212、第一汽化器；213、第三阀门；214、第一热源输入管；215、第二热源输入管；216、第四阀门；217、第五阀门；22、第二汽化管路；221、第六阀门；222、第二汽化器；223、第七阀门；3、发电机组；4、冷凝器；5、工质缓冲罐；6、海水取水单元；61、温海水取水单元；611、第一温海水管；612、温海水泵；613、第二温海水管；614、第八阀门；62、冷海水取水单元；621、第一冷海水管；622、冷海水泵；623、第二冷海水管；624、第九阀门；63、连接管；631、第十阀门；64、过滤器；7、第一阀门；8、海上平台电网；9、海上电网控制系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

海上平台位于海平面之上，在海上平台上探索海洋温差能发电装置的应用具有极佳的地理优势。同时，海上油气平台存在多种不同的余热，部分低温位热源因回收利用价值不高甚至被直接弃用。如果能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来，使得二者之间产生协同作用，将能够拓展海洋温差能应用场景，提高传统海洋温差能发电效率，实现温差能装置为平台提供部分电能的同时回收余热，减少平台CO2排放。然而，现有技术中尚未有相关温差能发电系统能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来。因此，本发明提供一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其能够将传统海洋温差能发电装置与平台余热利用合理结合起来，使得二者之间产生协同作用。

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明实施例提供了一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，包括工质循环泵1、汽化单元2、发电机组3、冷凝器4、工质缓冲罐5和海水取水单元6，工质循环泵1、汽化单元2、发电机组3和冷凝器4依次连接，工质循环泵1与汽化单元2之间设置有第一阀门7，汽化单元2包括并联设置的第一汽化管路21和第二汽化管路22，第一汽化管路21上依次设置有第二阀门211、第一汽化器212和第三阀门213，第一汽化器212的热源入口连接有第一热源输入管214和第二热源输入管215，第一热源输入管214连接海上平台的温排水，第一热源输入管214上设置有第四阀门216，第二热源输入管215连接海上平台的其它热源，第二热源输入管215上设置有第五阀门217，第二汽化管路22上依次设置有第六阀门221、第二汽化器222和第七阀门223，工质缓冲罐5分别连接工质循环泵1和冷凝器4，工质缓冲罐5储存有循环工质，海水取水单元6分别连接第一汽化器212的热源入口和冷凝器4的冷媒入口。

本实施例的工质循环泵1出口管路与发电机组3之间具有并联设置的第一汽化管路21和第二汽化管路22，其中第一汽化管路21上的第一汽化器212的热源为海上平台的温排水或其它热源，第二汽化管路22上的第二汽化器222的热源为海水平台所在海域的温海水，在实际使用时可根据海上平台的用电需求、余热状况、海水温度随季节波动的情况以及海水取水单元6的情况，灵活选用第一汽化管路21或第二汽化管路22接入发电系统进行发电。具体的，本实施例在海水平台的温排水或其它热源的温度较高时，可以选用第一汽化管路21接入发电系统进行发电；在海上平台所在海域的冷热海水温差具备基本的开发利用价值时，可以选用第二汽化管路22接入发电系统进行发电。

因此，本发明实施例将海洋温差能利用与海上平台余热利用结合起来，提高了传统海洋温差能发电系统的发电效率，开拓了传统海洋温差能的全新应用场景，为海上平台提供了一种多能耦合利用的路径和方案。

需要指出的是，本实施例第二热源输入管215连接的海上平台的其它热源包括但不限于导热油、天然气等热源，发电机组3包括透平发电机组或膨胀发电机组等常规机组。

进一步的，本实施例的发电机组3分别连接海上平台电网8和海上电网控制系统9。本实施例可通过海上电网控制系统9调控发电机组3发电的并网情况，从而在不影响海上平台电网8的前提下，通过发电机组3为海上平台提供部分电能，减少海上平台的自发电量，进而减少海上平台的燃油或燃气消耗量以及二氧化碳的排放量。

在一些可选的实施例中，海水取水单元6包括温海水取水单元61和冷海水取水单元62，温海水取水单元61连接第一汽化器212的热源入口，冷海水取水单元62连接冷凝器4的冷媒入口。

具体的，温海水取水单元61包括第一温海水管611、温海水泵612和第二温海水管613，第一温海水管611连接温海水泵612的入口，第一温海水管611上设置有第八阀门614，第二温海水管613连接温海水泵612的出口和第二汽化器222的热源入口。

冷海水取水单元62包括第一冷海水管621、冷海水泵622和第二冷海水管623，第一冷海水管621连接冷海水泵622的入口，第一冷海水管621上设置有第九阀门624，第二冷海水管623连接冷海水泵622的热源出口和冷凝器4的冷媒入口。

本实施例在选用第一汽化管路21接入发电系统进行发电时，冷海水取水单元62向冷凝器4输入冷海水作为冷媒；在选用第二汽化管路22接入发电系统进行发电时，温海水取水单元61向第二汽化器222输入温海水作为热源，冷海水取水单元62向冷凝器4输入冷海水作为冷媒。

进一步，第一温海水管611通过连接管63连接第一冷海水管621，连接管63上设置有第十阀门631。本实施例通过设置连接管63连接第一温海水管611和第一冷海水管621，在采用海水平台的温排水或其它热源进行发电的工况下，可以根据海上平台所在海域的海水温度情况灵活选用温海水或冷海水作为冷凝器4的冷媒。

具体的，在海上平台所在海域的冷海水取用方便时，本实施例可以打开第九阀门624并启动冷海水泵622，通过冷海水泵622向冷凝器4输入冷海水作为冷媒以进一步提升系统的发电量；若海上平台所在海域的冷海水取用不方便时，本实施例可以打开第十阀门631并启动冷海水泵622，通过冷海水泵622向冷凝器4输入温海水作为冷媒，确保整个系统能够正常进行发电。

进一步的，第一温海水管611和第一冷海水管621上分别设置有过滤器64。过滤器64能够对输入第二汽化器222和冷凝器4的海水进行过滤，防止海水中的杂质对第二汽化器222和冷凝器4的正常工作造成影响。

需要说明的是，本实施例对于循环工质不作任何限制，其包括单一工质或混合工质。例如，在一些具体实施例中，可以选用氨和/或氟利昂作为循环工质。

具体的，本实施例在使用过程中主要存在两种运行工况，具体如下：

(1)若海上平台所在海域的冷热水温差不具备基本的开发利用价值，海上平台的温排水或其它热源的温排水温度较高，可选用第一汽化管路21接入系统进行发电，具体过程如下：打开第一阀门7、第二阀门211和第三阀门213，关闭第六阀门221、第七阀门223和第八阀门614，工质缓冲罐5中的循环工质经工质循环泵1和第一阀门7的增压和稳压后，经第二阀门211进入第一汽化器212中进行汽化，汽化后的循环工质再经第三阀门213进入发电机组3中进行发电，发电过后的循环工质会变为低压蒸汽，低压蒸汽经发电机组3输出后进入冷凝器4中进行冷凝，冷凝后的循环工质进入工质缓冲罐5中进行气液分离，气液分离获得的液态循环工质经工质循环泵1增压后开启下一个循环过程。

其中，第一汽化器212的热源可以采用海上平台的温排水或其它热源，具体操作方式如下：在前述阀门操作的基础上打开第四阀门216，关闭第五阀门217，使用海上平台的温排水作为第一汽化器212的热源；在前述阀门操作的基础上关闭第四阀门216，打开第五阀门217，使用海上平台的其它热源作为第一汽化器212的热源。

同时，冷凝器4的冷媒可以采用温海水或冷海水，具体操作如下：在前述阀门操作的基础上打开第九阀门624，关闭第十阀门631，启动冷海水泵622向冷凝器4输入温海水作为冷媒；在前述阀门操作的基础上关闭第九阀门624，打开第十阀门631，启动冷海水泵622向冷凝器4输入冷海水作为冷媒。

(2)若海上平台所在海域的冷热水温差具备基本的开发利用价值，，可选用第二汽化管路22接入系统进行发电，具体过程如下：打开第一阀门7、第六阀门221、第七阀门223、第八阀门614和第九阀门624，关闭第二阀门211、第三阀门213、第四阀门216、第五阀门217和第十阀门631，工质缓冲罐5中的循环工质经工质循环泵1和第一阀门7的增压和稳压后，经第六阀门221进入第二汽化器222中进行汽化，汽化后的循环工质再经第七阀门223进入发电机组3中进行发电，发电过后的循环工质会变为低压蒸汽，低压蒸汽经发电机组3输出后进入冷凝器4中进行冷凝，冷凝后的循环工质进入工质缓冲罐5中进行气液分离，气液分离获得的液态循环工质经工质循环泵1增压后开启下一个循环过程。

其中，第二汽化器222的热源为温海水，冷凝器4的冷媒为冷海水，具体如下：在发电系统的工作过程中，温海水泵612通过第一温海水管611和第二温海水管613持续向第二汽化器222中输入温海水作为热源，冷海水泵622通过第一冷海水管621和第二冷海水管623持续向冷凝器4中输入冷海水作为冷媒。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，包括工质循环泵(1)、汽化单元(2)、发电机组(3)、冷凝器(4)、工质缓冲罐(5)和海水取水单元(6)，所述工质循环泵(1)、所述汽化单元(2)、所述发电机组(3)和所述冷凝器(4)依次连接，所述工质循环泵(1)与所述汽化单元(2)之间设置有第一阀门(7)，所述汽化单元(2)包括并联设置的第一汽化管路(21)和第二汽化管路(22)，所述第一汽化管路(21)上依次设置有第二阀门(211)、第一汽化器(212)和第三阀门(213)，所述第一汽化器(212)的热源入口连接有第一热源输入管(214)和第二热源输入管(215)，所述第一热源输入管(214)连接海上平台的温排水，所述第一热源输入管(214)上设置有第四阀门(216)，所述第二热源输入管(215)连接海上平台的其它热源，所述第二热源输入管(215)上设置有第五阀门(217)，所述第二汽化管路(22)上依次设置有第六阀门(221)、第二汽化器(222)和第七阀门(223)，所述工质缓冲罐(5)分别连接所述工质循环泵(1)和所述冷凝器(4)，所述工质缓冲罐(5)储存有循环工质，所述海水取水单元(6)分别连接所述第一汽化器(212)的热源入口和所述冷凝器(4)的冷媒入口；所述第二汽化管路(22)上的第二汽化器(222)的热源为海水平台所在海域的温海水，能够选用所述第一汽化管路(21)或所述第二汽化管路(22)接入发电系统进行发电；

在海上平台所在海域的冷热水温差不具备基本的开发利用价值时，选用第一汽化管路(21)接入系统进行发电，打开第一阀门(7)、第二阀门(211)和第三阀门(213)，关闭第六阀门(221)、第七阀门(223)和第八阀门(614)，工质缓冲罐(5)中的循环工质经工质循环泵(1)和第一阀门(7)的增压和稳压后，经第二阀门(211)进入第一汽化器(212)中进行汽化，汽化后的循环工质再经第三阀门(213)进入发电机组(3)中进行发电，发电过后的循环工质会变为低压蒸汽，低压蒸汽经发电机组(3)输出后进入冷凝器(4)中进行冷凝，冷凝后的循环工质进入工质缓冲罐(5)中进行气液分离，气液分离获得的液态循环工质经工质循环泵(1)增压后开启下一个循环过程；

在海上平台所在海域的冷热水温差具备基本的开发利用价值时，选用第二汽化管路(22)接入系统进行发电，打开第一阀门(7)、第六阀门(221)、第七阀门(223)、第八阀门(614)和第九阀门(624)，关闭第二阀门(211)、第三阀门(213)、第四阀门(216)、第五阀门(217)和第十阀门(631)，工质缓冲罐(5)中的循环工质经工质循环泵(1)和第一阀门(7)的增压和稳压后，经第六阀门(221)进入第二汽化器(222)中进行汽化，汽化后的循环工质再经第七阀门(223)进入发电机组(3)中进行发电，发电过后的循环工质会变为低压蒸汽，低压蒸汽经发电机组(3)输出后进入冷凝器(4)中进行冷凝，冷凝后的循环工质进入工质缓冲罐(5)中进行气液分离，气液分离获得的液态循环工质经工质循环泵(1)增压后开启下一个循环过程；

所述循环工质包括单一工质或混合工质。

2.如权利要求1所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述的海上平台的其它热源包括但不限于导热油或天然气。

3.如权利要求1所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述发电机组(3)分别连接海上平台电网(8)和海上电网控制系统(9)。

4.如权利要求1所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述海水取水单元(6)包括温海水取水单元(61)和冷海水取水单元(62)，所述温海水取水单元(61)连接所述第一汽化器(212)的热源入口，所述冷海水取水单元(62)连接所述冷凝器(4)的冷媒入口。

5.如权利要求4所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述温海水取水单元(61)包括第一温海水管(611)、温海水泵(612)和第二温海水管(613)，所述第一温海水管(611)连接所述温海水泵(612)的入口，所述第一温海水管(611)上设置有第八阀门(614)，所述第二温海水管(613)连接所述温海水泵(612)的出口和所述第二汽化器(222)的热源入口。

6.如权利要求5所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述冷海水取水单元(62)包括第一冷海水管(621)、冷海水泵(622)和第二冷海水管(623)，所述第一冷海水管(621)连接所述冷海水泵(622)的入口，所述第一冷海水管(621)上设置有第九阀门(624)，所述第二冷海水管(623)连接所述冷海水泵(622)的热源出口和所述冷凝器(4)的冷媒入口。

7.如权利要求6所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述第一温海水管(611)通过连接管(63)连接所述第一冷海水管(621)，所述连接管(63)上设置有第十阀门(631)。

8.如权利要求6所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述第一温海水管(611)和所述第一冷海水管(621)上分别设置有过滤器(64)。

9.如权利要求1所述的适用于海上平台低温位热源的温差能发电系统，其特征在于，所述循环工质包括氨和/或氟利昂。