CN110805535B - 一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化*** - Google Patents

一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能一体化***，包括安装于防波堤内部的温差能发电装置和盐差能发电装置，温差能发电装置用于将温海水和冷海水之间的温差能转化成电能，盐差能发电装置与温差能发电装置相连，用于将海水和浓海水间的盐差能转化成电能。本发明在温差能发电***的基础上通过管道和单向阀将两个发电***组合在一起，使得温差能作用产生的有浓度差的海水用于盐差能进行发电。同时，本发明基于浮式防波堤的温差能与盐产能发电一体化***，将温差能发电中所产生的浓海水导入盐产能发电***中，将盐差能转换成电能的同时稀释了浓海水，降低了浓海水排放对水环境的破坏。

Description

一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化***
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，特别涉及一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化***。
背景技术
能源是当今世界经济发展的重要物质基础，随着时间的推移，工业技术发展所以来的化石能源正在不断耗尽，能源危机正逐渐向人类逼近。与此同时，大量化石燃料的使用，还造成了全球范围内环境的污染和生态环境的破坏。因此，开发、利用清洁的可再生能源已成为当今社会的主题之一。
我国海洋温差能储存丰富，且海洋温差能是清洁能源，不消耗燃料，对大气环境污染少，合理利用海洋温差能有利于减缓我国能源消耗，减少污染，改善环境。因此，海洋温差能的开发利用对改善我国民生，调整能源结构，提高***的生活水平都有长足的意义。
科学研究表明，盛放在统一容器中的两种含盐量不同的溶液，会由于盐离子的扩散作用而形成化学电位差。当利用半透膜将两部分的溶液进行隔离时，化学电位差就会表现为渗透压。在海水渗透压的作用下，水分子会向高浓度部分溶液进行渗透，使得此部分液面上升。然后，利用一定的机电转换方式可以将这部分水势能转换成电能。从而实现了盐差能、水势能、机械能和电能之间的转换。
国内外的许多学者都对温差能发电和盐差能发电进行了研究，并取得了许多成就，但是对于温差能和盐差能发电一体化的研究非常少。
发明内容
发明目的：为解决现有技术不足，本发明提供一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化***，以实现多功能能发电的目的。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能一体化***，包括安装于防波堤内部的温差能发电装置和盐差能发电装置，温差能发电装置用于将温海水和冷海水之间的温差能转化成电能，盐差能发电装置与温差能发电装置相连，用于将海水和浓海水间的盐差能转化成电能。
可选的，温差能发电装置包括温海水泵、闪蒸器、汽轮机、冷凝器和冷海水泵，闪蒸器设置有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，第一入口与温海水泵连接，用于导入温海水，第一出口与所述盐差能发电装置连通，将产生的高浓度海水输入至盐差能发电装置，第二入口用于导入液氨，第二出口与汽轮机连通；冷凝器设置有第三入口、第三出口、第四入口和第四出口，第三入口与冷海水泵连接，用于导入冷海水，第三出口与所述盐差能发电装置连通，将产生的冷海水输入至盐差能发电装置，第四入口与汽轮机连通，第四出口导出液氨。温海水泵将表层温海水抽入闪蒸器，利用温海水加热低沸点工质使之气化，气体进入汽轮机推动汽轮机叶片转动发电，冷海水泵抽取冷海水进入冷凝器，从汽轮机出来的高温气体再经冷凝器变为液体。
可选的，闪蒸器和冷凝器与盐差能发电装置连接的管路上分别设有第一单向阀和第二单向阀，该第一单向阀保证闪蒸器中的浓海水进入浓海水收集箱，而浓海水收集箱中的浓海水不能进入闪蒸器中；同时第二单向阀保证冷凝器中的冷海水进入冷海水收集箱，而冷海水收集箱中的冷海水不能进入冷凝器中。
可选的，闪蒸器与汽轮机连接的管路上设有喷嘴，从闪蒸器出来的氨气经过汽轮机的叶片通道，膨胀做工，并在喷嘴的作用下将气体压缩推动汽轮机工作发电。
可选的，温差能发电装置还包括工质泵和液氨储存箱，其中冷凝器第四出口导出的液氨储存至液氨储存箱，工质泵将液氨储存箱中的液氨通过第二入口导入闪蒸器。液氨储存箱用于收集冷凝器出来的液氨，并经过工质泵把液态氨重新压进闪蒸器中，以供循环使用。
可选的，盐差能发电装置包括水轮机、浓海水收集箱、冷海水收集箱和半透膜，其中，浓海水收集箱通过第一单向阀与温差能发电装置连通，冷海水收集箱通过第二单向阀与温差能发电装置连通，浓海水收集箱与冷海水收集箱相互连通，并用半透膜阻隔，浓海水收集箱设置一出水口，并在出水口处安装水轮机用于发电。温海水经闪蒸器作用后得到的浓海水通过单向阀流入浓海水收集箱中，冷海水将氨气冷凝后通过单向阀流入冷海水收集箱中。由于半透膜的存在，冷海水收集箱中的水分子透过半透膜流向浓海水收集箱，导致浓海水收集箱侧的水位上升，底部的水压增大，混合后的海水通过浓海水收集箱的出水口流出，并带动出水口处的水轮机旋转发电。
可选的，盐差能发电装置包括水轮机、浓海水收集箱、冷海水收集箱和半透膜，其中，浓海水收集箱通过第一单向阀与闪蒸器连通，使得闪蒸器中的浓海水进入浓海水收集箱中，冷海水收集箱通过第二单向阀与冷凝器连通，使得冷凝器中的冷海水进入冷海水收集箱中，冷海水收集箱中的冷海水透过半透膜流向浓海水收集箱，混合后的海水通过浓海水收集箱的出水口流出至水轮机，带动水轮机旋转发电。温海水经闪蒸器作用后得到的浓海水通过单向阀流入浓海水收集箱中，冷海水将氨气冷凝后通过单向阀流入冷海水收集箱中。由于半透膜的存在，冷海水收集箱中的水分子透过半透膜流向浓海水收集箱，导致浓海水收集箱侧的水位上升，底部的水压增大，混合后的海水通过浓海水收集箱的出水口流出，并带动出水口处的水轮机旋转发电。
可选的，所述第一单向阀和第二单向阀均包括阀体、阀芯、阀座和弹簧，其中，阀体两端分别设有流体入口和流体出口，由流体入口向流体出口方向依次设有阀芯、弹簧和阀座，流体由流体入口流入单向阀，流体压力推动阀芯压缩弹簧，使得流体入口和流体出口连通，流体由流体出口流出。当流体由P1流入时，流体压力克服弹簧力推动阀芯，使管道连通，流体从P2流出，当流体由P2流入时，流体的压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使流体不能流出。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明在温差能发电***的基础上通过管道和单向阀将两个发电***组合在一起，使得温差能作用产生的有浓度差的海水用于盐差能进行发电。而一般温差能发电后将海水排入海中，并未对这部分资源进行利用。
(2)本发明基于浮式防波堤的温差能与盐产能发电一体化***，将温差能发电中所产生的浓海水导入盐产能发电***中，将盐差能转换成电能的同时稀释了浓海水，降低了浓海水排放对水环境的破坏。
附图说明
图1是本发明的防波堤开孔位置示意图；
图2是本发明的结构布置图；
图3是本发明单向阀结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。以下实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例基于浮式防波堤的温差能与盐差能发电一体化***，如图1所示，该***设置于防波堤15内部，包括温差能发电装置和盐差能发电装置，实现既能消波又能提取温差能和盐差能发电的功能。
温差能发电装置安装于防波堤15内部，用于将温海水和冷海水之间的温差能转化成电能；盐差能发电装置同样安装于防波堤15内部，且与温差能发电装置相连，用于将海水和浓海水间的盐差能转化成电能。如图1(a)-(c)所示，温海水入口16和冷海水入口18分别与温差能发电装置连通，电能出口17与盐差能发电装置连接，电能出口19与温差能发电装置连接。
如图2所示，温差能发电装置由温海水泵1、冷海水泵6、闪蒸器2、冷凝器5、汽轮机4、工质泵7、液氨储存箱8、单向阀9和喷嘴3构成，各部分之间均由管道连接；其中，温海水泵用于抽取温海水，并将温海水经闪蒸器的第一入口输入至闪蒸器中，闪蒸器的第一出口通过单向阀9与盐差能发电装置的浓海水收集箱连通，闪蒸器的第二入口与工质泵连接，用于导入液氨，闪蒸器的第二出口通过喷嘴3与汽轮机的入口连通；汽轮机出口与冷凝器的第四入口连通，冷凝器的第三入口与冷海水泵连通，冷海水泵用于抽取冷海水，并将冷海水输入至冷凝器，冷凝器的第三出口通过单向阀10与盐差能发电装置的冷海水收集箱连通，冷凝器的第四出口与液氨储存箱连通，液氨储存箱与工质泵连接。
如图2所示，盐差能发电装置由浓海水收集箱12、冷海水收集箱13、半透膜14和水轮机11构成，浓海水收集箱12与闪蒸器2通过管道相连，冷海水收集箱6与冷凝器5通过管道相连，并在两条管路上分别设置单向阀9和单向阀10，浓海水收集箱12和冷海水收集箱13相互连通，并用半透膜14阻隔，浓海水收集箱12设置一出水口，并在出水口处安装水轮机11用于发电。
如图3所示，单向阀9和10由阀体23、阀芯22、阀座20和弹簧21构成，当流体由P1流入时，流体压力克服弹簧力推动阀芯22，使管道连通，流体从P2流出，当流体由P2流入时，流体的压力和弹簧力将阀芯22压紧在阀座20上，使流体不能流出。
如图2所示，温海水泵1将表层海水抽入闪蒸器2中，用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质液氨，氨气经过汽轮机4的叶片通道，膨胀做工，并在喷嘴3的作用下将气体压缩推动汽轮机4工作发电。汽轮机排出的氨气进入冷凝器5，被冷水泵6抽上的深层冷海水冷却后重新变为液态氨，用工质泵7把冷凝器5中的液态氨重新压进闪蒸器2中，以供循环使用。
如图2所示，温海水经闪蒸器2作用后得到的浓海水通过单向阀9流入浓海水收集箱12中，冷海水将氨气冷凝后通过单向阀10流入冷海水收集箱13中。由于半透膜14的存在，冷海水收集箱13中的水分子透过半透膜14流向浓海水收集箱12，导致浓海水收集箱12侧的水位上升，底部的水压增大，混合后的海水通过浓海水收集箱12的出水口流出，并带动出水口处的水轮机11旋转发电。
使用时，温海水泵将表层温海水抽入闪蒸器，利用温海水加热低沸点工质使之气化，气体进入汽轮机推动发电机叶片转动发电，再经冷凝器变为液体用工质泵重新打入闪蒸器以供循环使用。通过管道和单向阀将浓海水和冷海水分别导入对应的海水收集箱中。利用温差能发电产生的浓度不同的海水作为盐差能发电的高低浓度源，经半透膜和涡轮发电机作用进行盐差能发电。

Claims (3)

1.一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能一体化***，其特征在于，包括安装于防波堤内部的温差能发电装置和盐差能发电装置，温差能发电装置用于将温海水和冷海水之间的温差能转化成电能，盐差能发电装置与温差能发电装置相连，用于将海水和浓海水间的盐差能转化成电能；
温差能发电装置包括温海水泵、闪蒸器、汽轮机、冷凝器和冷海水泵，闪蒸器设置有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，第一入口与温海水泵连接，用于导入温海水，第一出口与所述盐差能发电装置连通，将产生的高浓度海水输入至盐差能发电装置，第二入口用于导入液氨，第二出口与汽轮机连通；冷凝器设置有第三入口、第三出口、第四入口和第四出口，第三入口与冷海水泵连接，用于导入冷海水，第三出口与所述盐差能发电装置连通，将产生的冷海水输入至盐差能发电装置，第四入口与汽轮机连通，第四出口导出液氨；
温差能发电装置还包括工质泵和液氨储存箱，其中冷凝器第四出口导出的液氨储存至液氨储存箱，工质泵将液氨储存箱中的液氨通过第二入口导入闪蒸器；
盐差能发电装置包括水轮机、浓海水收集箱、冷海水收集箱和半透膜，其中，浓海水收集箱通过第一单向阀与温差能发电装置连通，冷海水收集箱通过第二单向阀与温差能发电装置连通，浓海水收集箱与冷海水收集箱相互连通，并用半透膜阻隔，浓海水收集箱设置一出水口，并在出水口处安装水轮机用于发电；
浓海水收集箱通过第一单向阀与闪蒸器连通，使得闪蒸器中的浓海水进入浓海水收集箱中，冷海水收集箱通过第二单向阀与冷凝器连通，使得冷凝器中的冷海水进入冷海水收集箱中，冷海水收集箱中的冷海水透过半透膜流向浓海水收集箱，混合后的海水通过浓海水收集箱的出水口流出至水轮机，带动水轮机旋转发电；
所述第一单向阀和第二单向阀均包括阀体、阀芯、阀座和弹簧，其中，阀体两端分别设有流体入口和流体出口，由流体入口向流体出口方向依次设有阀芯、弹簧和阀座，流体由流体入口流入单向阀，流体压力推动阀芯压缩弹簧，使得流体入口和流体出口连通，流体由流体出口流出。
2.根据权利要求1所述的一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能一体化***，其特征在于，闪蒸器和冷凝器与盐差能发电装置连接的管路上分别设有第一单向阀和第二单向阀。
3.根据权利要求1所述的一种基于浮式防波堤的温差能与盐差能一体化***，其特征在于，闪蒸器与汽轮机连接的管路上设有喷嘴。
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