[發明專利]海洋熱能轉換電站冷水管連接

在審

• 申請號: 201610955188.4
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN107201995A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: J·M·羅斯;D·L·威爾金斯;M·古譜塔;G·M·莫羅;L·J·夏皮羅;B·R·科爾;A·瑞科瑞特
• 申請（專利權）人: 阿貝爾基金會
• 主分類號: F03G7/05
• 分類號: F03G7/05
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,張會華

本申請是申請號為201280050750.9(對應的國際申請的申請號為 PCT/US2012/050954)、申請日為2012年8月15日、發明名稱為“海洋熱能轉 換電站冷水管連接”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種海洋熱能轉換電站，更具體地涉及一種浮式的、最小起 伏平臺的、多級熱機的海洋熱能轉換電站。

背景技術

全球能源消耗和需求一直以指數增長。這方面的需求預計將持續上升， 特別是在亞洲和拉丁美洲的發展中國家。同時，傳統的能源資源、即化石燃 料正在加速減少并且開采化石燃料的成本持續上升。環境和監管方面的擔憂 正在加劇這一問題。

與太陽相關的可再生能源是可以為不斷增長的能源需求提供一部分解 決方案的一種可選的能源資源。由于與太陽相關的可再生能源與化石燃料、 鈾、甚至熱力“綠色”能源不一樣，很少存在或者不存在與其使用相關聯的 氣候風險，所以與太陽相關的可再生能源有很大吸引力。另外，與太陽相關 的能源是免費的并且極為豐富。

海洋熱能轉換(“OTEC”)是使用在海洋的熱帶區域中作為熱量存儲的 太陽能來產生可再生能源的一種方式。全世界的熱帶大洋和大海提供了獨特 的可再生能源資源。在許多熱帶地區(在大約北緯20°與南緯20°之間)， 表面海水的溫度幾乎保持恒定。直到大約100英尺深度，海水的平均表面溫 度隨著季節在75°F至85°F或者更高之間變化。在同一區域，深層海水(在 2500英尺至4200英尺之間或者更深)保持在相當恒定的40°F。因此，熱帶 海洋結構在表面提供了大的熱水儲藏并且在深層提供了大的冷水儲藏，并且 熱水儲藏與冷水儲藏之間的溫差在35°F至45°F之間。該溫差在白天和夜晚 保持得相當恒定，并且季節性的變化小。

OTEC過程使用表面熱帶海水與深層熱帶海水之間的溫差來驅動熱機以 產生電能。OTEC發電在20世紀70年代后期被認同為對于能源生產而言是具 有低到零碳足跡的可能的可再生能源資源。然而，與多數傳統的高壓高溫發 電站相比，OTEC電站具有低的熱力學效率。例如，使用80°F與85°F之間 的平均海洋表面溫度以及40°F的恒定深水溫度，OTEC電站的最大理想卡諾 效率為7.5％至8％。在實際操作中，OTEC電力系統的總電力效率經估計為卡 諾極限的大約一半，或者大約3.5％至4.0％。另外，在1994年牛津大學出版社 出版的由William Avery和Chih Wu發表的名稱為“來自海洋的可再生能源， OTEC指南”(通過引用合并于此)中所記載的、由20世紀70年代和20世紀80 年代前沿研究人員所進行的分析表明：通過以ΔT為40°F進行操作的OTEC 電站產生的總電力的四分之一至一半(或者更多)將被需要用于使水泵和工 作流體泵運行并且為電站的其他輔助需要供電。基于此，OTEC電站的將存 儲在表面海水中的熱能轉化成凈電能的低的整體凈效率一直未能成為商業 上可行的能源生產方案。

造成整體熱力學效率進一步降低的另一因素是與用于渦輪機的精確頻 率調節而提供必要的控制相關的損失。這引起了渦輪機循環中的壓力損失， 該壓力損失限制了能夠從熱海水中提取的功。

這種比在高溫高壓下進行操作的熱機的典型效率低的OTEC凈效率導致 能源規劃者廣泛持有如下假設：OTEC電站成本太高以至于無法與多數傳統 的發電方法抗爭。

實際上，因為熱水和冷水之間的溫差相對小，所以寄生電力需要在OTEC 電站中特別重要。為了實現熱海水與工作流體之間以及冷海水與工作流體之 間的最大熱傳遞，需要大的熱交換表面積，以及高的流體速度。增加這些因 素中的任何一個都可能使OTEC電站上的寄生載荷顯著地增大，從而降低凈 效率。使海水與工作流體之間的有限的溫差中的能量傳遞最大化的高效熱傳 遞系統將增加OTEC電站的商業可行性。

除了由于看似固有的大的寄生載荷而效率相對低之外，OTEC電站的操 作環境引起了也會降低這種操作的商業可行性的設計及操作方面的挑戰。如 之前所提到的，在深度為100英尺或者更淺的海洋表面找到了OTEC熱機所需 的熱水。在2700英尺至4200英尺之間的深度或者更深處找到了用于冷卻 OTEC發動機的恒定冷水來源。在人口中心附近乃至大陸塊通常都找不到這 樣的深度。離岸電站是必須的。