海洋热能转换原理 - 海洋电力生成

葛宝淼 · 发表于海洋科普 2024-4-18 13:30:15

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

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。

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。

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

耦合的热力发动机以产生电力。

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。

海洋热能转换 (OTEC) 系统有两种基本类型，如下所示：

开式循环海洋热能转换系统

在这个系统

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

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。

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。

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。

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。