8 L: p3 q8 R) K5 }1 W& U 海洋和河流覆盖了大约 70% 的地球表面,它们接收、储存和消散大量的热能。因此,它们充当了巨大的热能储存器。跨越海洋深度的温度梯度可用于发电。它被称为海洋热能转换系统。 由于温差非常低,因此此类工厂
r/ s1 u R2 \1 [ |! B 的能量转换效率非常低,与高资本成本相关。这些工厂可以无限期地运行,它们的最佳位置是在北纬 20度和南纬20 度的热带地带。 * H# J# M* j; y8 R
当太阳辐射落在海水上时,大部分太阳热吸收发生在水面以下的表面。大约 95% 的热能发生在 6 m 深度内。 6 c2 L4 T* q9 i: l
由于温水比冷水更轻,因为没有设置对流并且海洋中的深水保持凉爽。 在热带地区,这种跨越海洋深度的温度梯度变得非常显着。此处海水表面的平均温度为 25 o C,在 1000 m 深度处约为 5 o C。因此,该温度梯度可用于运行与发电机" M, L. X- t- g% ~
耦合的热力发动机以产生电力。
6 _& T2 ^3 E7 w* Y 在这个系统中,海水的暖水层充当热源的储存器,而深处的冷水层充当散热器的储存器。
4 R$ |: W( C- o0 a/ p& W5 g! H 海洋热能转换 (OTEC) 系统有两种基本类型,如下所示: # X) ?3 y% x( G( y
9 N9 G; h- s- c6 B3 X# V% Z2 N5 i* D
开式循环海洋热能转换系统
6 ~5 H5 ^6 k- w# k+ r! z 在这个系统
4 z2 U5 }' ~. ]# l" Z 中,来自海洋表面的温水被送入除氧器。它从水中去除溶解的不凝性气体并将其送入蒸发器。 闪蒸器保持在高真空下。结果,由于节流作用产生低压蒸汽,残液被释放回深海。在下一步中,这种低压蒸汽被送入涡轮机,在那里它膨胀并使涡轮机旋转。如此产生的机械能被发电机$ A) F! i0 k) r6 v
转换成电能。 涡轮机排出的蒸汽被释放到直接接触式热交换器中,在那里它与从海洋深处抽取的冷水混合。它冷凝排出的蒸汽并将混合物排放到海洋中。如果使用表面冷凝器代替直接接触式冷凝器,我们可以得到冷凝水作为淡化水。
. d+ d7 j" x) m! } 闭式循环海洋热能转换系统% c& `2 Y; P. m" A0 C+ @& a
在该系统中,由于海水的工作温度较低,因此热机采用氨、氟利昂-12、丁烷气体等低沸点工作流体。封闭式 OTEC 发电厂的示意图如图所示。 & ?, ?, I; ]5 }8 X1 n& i
* g" B9 |: v, n1 I& f5 E6 d 来自海面的温水在泵的帮助下通过热交换器循环。在热交换器中,海水的热量被氟利昂吸收,并在高压下产生氟利昂蒸气。这种蒸汽在涡轮机中膨胀以驱动它和与之耦合的发电机。来自涡轮机的氟利昂蒸气在冷水的帮助下在冷凝器中冷凝。氟利昂冷凝液再次泵入热交换器并重复整个循环。这种工厂的整体效率非常低,仅在 2% 到 3% 的范围内。
: ~2 n0 J5 Y3 a Q 海洋热能转换的优缺点
" P6 @# Y$ i2 q! g: [8 j 好处: 它是一种清洁、无污染的可再生能源。该系统产生的电力是连续的。不同季节的产量只有很小的变化。简而言之,我们可以说,该系统与天气无关。只需对设计进行微小的改动,就可以在该系统中使用传统的发电厂。它可以同时生产海水淡化水和养分。缺点: 资金成本非常高。系统的整体效率非常低。由于蒸汽压力低,开式循环系统需要非常大尺寸的涡轮机。在闭式循环系统中,工作流体非常昂贵。每千瓦时的发电成本非常高。& h+ A$ p' S, @% C! h* l0 B
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