海水温差发电.docx

1、海水温差发电海水温差发电 1.项目的背景和意义 2.与国内外研究现状的比较 3.本海水温差发电技术特点 4.实现产业化的技术路线和措施 5.预期完成目标 6.项目实施对社会的效益 7.经济预算 8.经济预算举例 1. 项目的背景和意义 a)在大海中,真正最有力量的,并不是那些看起来气势汹汹的波涛,而是默默无声地 蕴藏在海水中的热能。同样面积的海洋要比陆地多吸收10%20%的热量,海水 的热容量比土层大两倍,比花岗岩大五倍,比空气大3100多倍,因此海洋成了地 球上吸收太阳能的最大热库。 b)海水温差发电:利用表层温海水使工质蒸发,深层冷海水使工质冷凝的原理驱动涡 轮机,并带动发电机发电的作业。

2、 c)海洋中蕴藏着丰富的太阳热能。太阳每年供应给海洋的热能大约有600多万亿千 瓦时,如此巨大的能量,除了一部分转变为海流的动能和水汽的循环外,其余都直 接以热能的形式储存在海水中,主要表现为海水表层和深层直接的温差。通常情 况下,海水表层的温度可达25-28,而海平面以下500米的深处水温大 约只有4-7,两者相差20左右,热带海洋的温差更为明显。 d)目前,海洋温差发电的能源变换效率只有3%_5%,比火力发电的40%低得多,但 它的优点也是不言而喻的:绿色、环保、可再生、取之不尽,用之不竭。 e)绝对温差20,效率3%计算,一升海水含有的净有用能量为203%4.18 1000=2.5kJ,

3、即每秒抽取1升热海水,可以产生2.5kw的发电功率,如每秒抽取1 立方米的热海水,则可以发出2500kw的功率,而且是连续可以发电,并在发电的 同时,生产的淡水是24kg/kwh,即2500kw的发电功率,每小时可以同时生产60吨 淡水,能源和淡水是海岛最稀缺的资源 f)日本、法国、比利时等国已经建成一些海水温差发电站,功率从100千瓦至10000 千瓦不等。 2.海水温差发电的国内外研究现状的比较 经过科学家们的多年研究,1926年11月15日,在实验室里首次研究成功海洋的温差发电。海洋温差发电的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处,就有60%68%被海水吸收掉了,而几米以下的热量

4、已所剩无几了,即使海面上有波浪搅动,水温有所调节,但水深200米处,几乎没有热量传到。海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉,这时因压力突然大幅度下降,温度不高的温水也立即变成蒸汽。例如,在压力为0.031兆帕时,24的水也会沸腾。利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电,然后用深层的冷海水冷凝乏气,继续使用。 从理论上说,冷、热水的温差在16.6即可发电,但实际应用中一般都在20以上。凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。例如,我国西沙群岛海域,在5月份测得水深30米以内的水温为30,而1000米深处便只有5,完全适合温差发电。 大海里蕴藏着巨大的热能,据估计只要把南北纬

5、20度以内的热带海洋充分利用起来发电,水温降低1放出的热量就有600亿千瓦发电容量,全世界人口按60亿计算,每人也能分得10千瓦,前景是十分诱人的。 早在19世纪就有人提出过海水温差发电的设想,但世界上第一座试验性海水温差发电厂直到1979年8月才在美国夏威夷问世。这座电厂的发电能力为50千瓦,它设在一艘驳船上。同年812月作了试发电。这次发电成功表明,海水温差发电将很快具备商业价值。 海洋是全世界最大的太阳能收集器,6000万平方公里的热带海洋一天吸收的太阳辐射能,相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些储热的1%转化成电力,也将相当于有140亿千瓦装机容量,为美国现今发电能力的20倍以上。

6、 海洋热能发电有两种方式:第一种是将低沸点工质加热成蒸气;第二种是将温水直接送入真空室使之沸腾变成蒸汽。蒸汽用来推动汽轮发电机发电,最后从6001000米深处抽冷水使蒸汽冷凝。第一种采取闭式循环,第二种采取开式循环。 海水温差发电,1930年在法国首次试验成功,只是当时发出的电能不如耗去的电力多,因而未能付诸实施。现在,许多国家都在进行海水温差发电研究。 实践证明,开式循环比闭式循环有更多的优点:以温海水作工质,可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物质对海洋的污染;开式循环系直接接触热交换器,价廉且效率高; 直接接触热交换器可采用塑料制造,在温海水中的抗腐蚀性高;能产生副产品蒸馏水。 开式循环也有缺点

7、:产生的蒸汽密度低,汽轮机体积大;变成蒸汽的海水排回海洋后,会影响附近生物的生存环境。 海洋温差发电,是以非共沸介质(氟里昂-22与氟里昂-12的混合体)为媒质,输出功率是以前的1.11.2倍。一座75千瓦试验工厂的试运行证明,由于热交换器采用平板装置,所需抽水量很小,传动功率的消耗很少,其他配件费用也低,再加上用计算机控制,净电输出功率可达额定功率的70%。人们预计,利用海洋温差发电,如果能在一个世纪内实现,可成为新能源开发的新的出发点。 a. 开式循环:开式循环要求海水的温差必须达到18以上。其方法是,抽取表层热海 水,在一定真空度下将高温海水蒸发成低压蒸汽介质用以推动涡轮机旋转,介质乏气

8、以低温海水冷却液化。由于开式循环需要保持一定的真空度,蒸汽压力很低,压差极其微小,透平(涡轮机)的体积十分庞大,不仅热效率很低,系统耗能也十分巨大,即使能够实现正发电,发电成环保本也极高。 b. 闭式循环:闭式循环使用低沸点液体物质,如液氯、丙烷、氟利昂等做为工作介质。 使用高温海水加热工作介质,使其受热蒸发为相对的高压蒸汽介质用以推动涡轮机旋转,介质乏气由低温海水冷却为低压介质蒸气,将低压蒸气介质加压冷却液化,从而进入下一个工作循环。由于采用了低沸点液体做为工作介质,闭式循环提高了工作介质的蒸气压力,缩小了透平的体积,工作效率得以大幅提高。但这种方法仍需大量抽取冷、热海水,特别是用于抽取冷海

9、水的冷水管粗而且长,换热器的体积很大,占据了很大的空间,形成了难以攻克的技术难题,限制了发电系统的大型化。 并且仅用于抽取冷、热海水的能耗就占到了发电总量的50%左右。发电成本仍然很高。 c. 混合式:该方法采用开式循环的高温海水真空蒸发方案(闪蒸),利用低沸点液体使 海水蒸汽冷却液化,同时低沸点液体吸收水蒸气液化时放出的热量而受热蒸发为相对高压蒸气工作介质,后面的工作过程与闭式循环的工作程序相同。混合式海水温差发电方法只是多了一种海水淡化的副产品,丝毫没有解决闭式循环存在的技术难题。 d. “上原循环”:由日本左贺大学上原教授提出。采用氨和水的混合物做为工作介质。 3.本人的海水温差发电技术

10、特点 a.采用混合式原理,但在设备局部制造中采取全新技术,解决了海水抽取中腐蚀 性及高能耗难题、换热器体积庞大的问题,取消了回流泵,减少设备自身能耗,增加能量输出,并在汽轮机上采取了全新技术,使机构效率更高,体积更小,制造成本及制造的技术难度降到最低。 b.每kw小时产生的淡水量:一般1公斤20温差热水冷却其中的10,会有 41800焦耳的热量,需要蒸发水蒸气约17克,那每kw小时产生的淡水量为: 1736002.5=24480克 即1kw功率的发电能力,一天可以同时生产587升淡水,约半吨多一点 4.实现产业化的技术路线和措施 a.先试制微型样品,进行技术鉴定,以便科技局立项,申批高科技新能

11、源项目。 b.生产发电功率小于100kw的小型机组,拓展市场。 c.准备大型机组的设计、生产、安装,海域条件选取等 5. 预期完成目标 a.设计生产100kw-10000kw的系列海水温差发电机组,并成立专业安装调试工程队, 对机组选址,安装,调试。 b.第一年完成样品,科技立项,争取设计及验证100kw的小型机组,并拓展市场。 c.第二年,完成100kw小型机组,及市场销售,小岛开发用机组及安装调试,争取上 万kw机组设计筹备 6.项目实施对社会的效益 a.利用海水温差发电,对于开发海洋资源具有重大意义,如它可以为开采海底石油和 多金属结核等的设备提供电力,并可以从海底开采上来的矿物就地冶炼

12、,省去运输上的很多麻烦。利用海水温差发电的科学探索,为人类向海洋索取能源展示了美好的前景。 b.大规模应用海水温差发电,减少矿物燃料,保护环境,海水温差发电实际是利用太 阳能,源源不绝,海洋就是个天然集热器,不像陆地利用太阳能,需要集热器占用土地资源,应用海水温差发电,海洋将成为陆地的新能源库,而且是可再生并源源不绝。 c.海岛最缺的基础资源就是能源和淡水,没有能源和淡水的海岛,人类就无法在海岛 上长期生活,海水温差发电,可以让赤道附近的海岛拥有能源和淡水,对海岛的经济开发起着关键的作用。 d.抽上来的冷海水可以作为空调冷源。 7.经济预算 a.样品阶段,试制样品,初步估计需要5万,做出1kw

13、以内的机组。 b.综合样机试验情况及政府科技立项的政策支持情况,拓展市场,按市场走向决定后 续资金的投资方向。 c.大功率海水温差发电站的投资成本约1-2万元/kw,比火电建设成本高3-5倍,运行 费用0.02元/kwh,燃料费用为0元,这些都比火电低,特别在环境保护方面的价值有无可比拟的优势。 d.海水温差发电设备规模生产后,每年建造销售100万kw的机组,毛利润将达到20 亿元/年,每年税收10亿 e.大功率海水温差发电站的投资成本约1-2万元/kw,电销售价0.3元/度,年发电价值 约2400元,以2万元/kw的投资成本计算,预计10年回收成本,电站寿命30年,随着技术的进展,投资成本降

14、到1万元/kw是可以实现的,这样,回收成本只需要5年,电站建设的竞争力就超过火电与核电(淡水生产的价值没有计算在内淡水的价值约为发电价值的10%,相当于发电的运行费用)。作为投资海水温差发电站的投资人来说,购买我们的设备进行发电投资是可行的。 f.目前,1千瓦光伏电站的成本达到8000元,与水电建设成本相当,火电每千瓦投资 为4000元,而核电投资为1330-2000美元,约合人民币为1.1万-1.65万人民币,两者相差高达2.75-4.1倍。另一个重要原因是核电建设周期相对较长,其建设周期一般为70个月(约6年),如果控制不好,将达到80-90个月。与此相对,火电一般为30多个月。但核电存在

15、后期报废核废料处理的问题及运行过程中的意外风险,该风险如日本福岛核电站危机,切尔诺贝利核电站事故等 8.经济预算举例 海水温差发电,理论上核算验证,10MW级发电成本发电成本控制在0.2元/度,MW 级以内的成本在0.40元/度以内,可以与火电竞争(火电入网价格在0.35-0.42元/度之间,风电入网价格在0.51-0.61元/度)能光伏入网价格在1元/度, 海水温差发电站2.5MW的发电机组,每秒抽取1吨热海水和1吨冷海水,相当于1小时 36002吨的海水 提升高度为5米,消耗功率为 53621000000牛3600秒1000=100kw 取水泵最低效率为60%,则水泵消耗功率为 100kW60%=167 kw 水泵消耗功率占电站发电比例(电站自身消耗功率比例) 167kw2.5MW=6.68% 流速按2米/秒计算,管径需要0.8米,冷水管长800米。热水管长100米 水泵总排量为:23600立方米/小时,扬程5米 蒸发器热交换面积:7500平方米,需要直径10的铜管12000米,用铜重量9t 设备材料成本:2.5MW机组 占地面积5亩或1000吨位船只 连带土建成本计1000万, 投资电站成本:不超过1万元/Kw,2.5MW投资成本2500万元 收益计算: 收入: 年发