海洋溫差能發(fā)電裝置熱力性能與綜合利用研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗與日俱增，常規(guī)化石能源消耗的同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，利用可再生能源成為解決能源短缺和降低污染的途徑之一。我國作為海洋大國，開發(fā)利用海洋能已成為未來能源戰(zhàn)略的重要選擇。海洋溫差能因其儲(chǔ)量巨大、可再生和多用途等特點(diǎn)備受關(guān)注。但由于海洋溫差較小，存在發(fā)電效率低和成本高的問題。本文對(duì)海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題——熱力循環(huán)方式開展理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，探索提高轉(zhuǎn)換性能的理論和技術(shù)途徑，為海洋溫差發(fā)電循

2、環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依據(jù)。
　　針對(duì)海洋溫差發(fā)電裝置中朗肯（Rankine）熱力循環(huán)方式開展研究。基于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律對(duì)朗肯循環(huán)進(jìn)行理論分析，并對(duì)循環(huán)中各設(shè)備熱力分析建立數(shù)學(xué)模型，編制了循環(huán)熱效率、凈輸出功計(jì)算程序，得到了熱效率、凈輸出功隨透平進(jìn)口壓力、透平進(jìn)口氣體溫度、冷凝溫度等參數(shù)的變化關(guān)系。同時(shí)，研建采用朗肯循環(huán)方式的15kW海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)，開展試驗(yàn)研究，獲得了模擬海洋溫差工況下系統(tǒng)熱效率隨各參數(shù)的變化規(guī)

3、律及換熱器熱力性能，驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的可靠性，同時(shí)掌握了海洋溫差發(fā)電實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
　　針對(duì)朗肯循環(huán)效率較低的缺陷，對(duì)采用非共沸工質(zhì)的上原（Uehara）循環(huán)進(jìn)行分析與計(jì)算研究，以物質(zhì)守恒方程和能量守恒方程為基礎(chǔ)，基于對(duì)各設(shè)備劃定控制體的方法構(gòu)建熱力學(xué)分析模型，給出了各個(gè)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的確定方法，得出了循環(huán)熱效率、系統(tǒng)凈輸出功率。同時(shí)得到透平入口蒸氣壓力、氨水混合物工質(zhì)濃度、溫海水溫度及冷海水溫度、中間抽氣率等參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)熱效率的

4、影響規(guī)律。
　　在研究朗肯循環(huán)和上原循環(huán)中的基礎(chǔ)上，分析這兩種循環(huán)的熱效率，研究循環(huán)中提高熱效率的途徑并重構(gòu)熱力循環(huán)方式，提出一種新的循環(huán)方式（國海循環(huán)）。該新方式除采用貧氨溶液熱回收、中間抽氣等已有的提高熱效率措施以外，增加貧氨溶液的二次熱回收裝置以減少循環(huán)系統(tǒng)的無效熱損失，進(jìn)一步提高熱力循環(huán)效率。運(yùn)用熱力學(xué)基本原理，揭示新循環(huán)中貧氨溶液二次熱回收與熱力循環(huán)效率之間的內(nèi)在關(guān)系和機(jī)理，結(jié)合數(shù)值模擬，定量分析增加二次熱回收后影響循環(huán)

5、系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)參數(shù)和循環(huán)效率的規(guī)律，對(duì)于不同溫差情況下，得到混合工質(zhì)濃度值、透平進(jìn)口壓力、冷海水溫度與循環(huán)熱效率、凈輸出功之間的關(guān)系。研究表明：本文構(gòu)建的新循環(huán)方式可使海洋溫差能發(fā)電的熱力循環(huán)效率得到進(jìn)一步的提高，并給出了理論依據(jù)。
　　針對(duì)海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行規(guī)律及其工況參數(shù)設(shè)計(jì)的問題，基于數(shù)值模擬的方法，研究朗肯循環(huán)、上原循環(huán)、國海循環(huán)三種方式在相同工況下循環(huán)熱效率和凈輸出功特性，得到最優(yōu)運(yùn)行工況，也為海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)的選

6、取以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的確定提供理論基礎(chǔ)。該研究結(jié)果同樣可為工業(yè)余熱、地?zé)岬鹊蜏赜酂崂弥醒h(huán)系統(tǒng)優(yōu)化分析提供相應(yīng)的參考依據(jù)。
　　針對(duì)海洋溫差發(fā)電綜合利用理論和系統(tǒng)特性的問題，對(duì)海洋溫差能的綜合利用海水淡化開展研究。對(duì)基于海洋溫差發(fā)電的海水淡化系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，并搭建了海水淡化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，選擇光管和翅片管兩種形式的換熱器，在相同工況下分別對(duì)兩種不同換熱器的性能及系統(tǒng)淡水產(chǎn)量進(jìn)行試驗(yàn)研究。在不同溫、冷海水流量和溫度工況下，得到兩種不同形式換