海洋温差发电
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为什么海水的温差也能用来发电?
海洋中拥有140亿亿吨海水。
太阳辐射给地球的热能,经大气层吸收和反射后,地面上吸收的热能仍然高达80亿千瓦,海水吸收了其中大部分。
不过在海洋深处的海水是很冷的。
即使是在赤道两侧的热带海区,一到数十米以下,海水温度就开始迅速下降。
到500米深时,海水的温度便只有5~7摄氏度。
到2 000米以下,就下降到2摄氏度左右了。
可以说,海洋的深处,就是一个冷冰冰的世界,像是一个大冷库。
这样,海洋中的温度就存在着差异,有时有20摄氏度左右的差距。
利用这种温差可将海洋热能转变成电能,这种发电方式就称为海水温差发电。
用这种方法发电,多变的潮汐和海浪不会对它产生影响,一点燃料也不用消耗,也不会对环境造成污染,不仅可以产生电,而且每天还可以获得大量味道甘甜的淡化海水。
另一种利用海水温差发电的方法,是在被太阳晒热的温海水发挥作用的条件下,使被加压的一种液体氨变成蒸气,用这种蒸气去推动发电机发电。
海水温差发电原理海水温差发电是一种利用海水温差产生电能的技术。
海洋是地球上最大的能源库之一,其中蕴藏着丰富的能量资源。
而海水温差能作为一种可再生能源,具有巨大的潜力。
海水温差发电技术就是通过利用海洋中水温的差异来实现能量转换。
海水温差发电的原理是基于热机热力循环的原理。
热力循环是将热能转化为机械能或电能的过程,其中关键的一步是利用温差产生能量。
而海水温差发电正是利用海水温度的差异来产生温差能,进而转化为电能。
海水温差发电的工作原理可以简单地分为三个步骤:海水供给、温差利用和能量转换。
海水供给是海水温差发电的基础。
通常情况下,海水温差发电设备会将海水引入设备内部。
这一步骤可以通过从海洋中吸取海水或者利用潮汐等方式来完成。
通过将海水引入设备,为后续的温差利用提供了必要的条件。
接下来,是温差利用的步骤。
在海水供给后,热机会利用海水温度的差异来产生温差能。
温差能是指由于温度差异而形成的能量,其大小与温度差异成正比。
通常情况下,海洋表面的温度要高于深海的温度,这就形成了温差能。
热机通过一系列的工艺,从海水中提取温差能,并将其转化为机械能或电能。
是能量转换的步骤。
在温差能被提取后,需要将其转化为可用的机械能或电能。
这一步骤通常会利用热机的工作原理,如蒸汽循环或卡诺循环来完成。
通过这些循环,温差能会被转化为机械能或电能,从而实现海水温差发电。
海水温差发电技术具有许多优点。
首先,海水是一种广泛存在的资源,可以在全球范围内利用。
其次,海水温差发电是一种可再生能源,不会造成环境污染。
此外,海水温差发电设备具有较长的使用寿命和较低的维护成本。
因此,海水温差发电技术在可持续能源领域具有重要的应用前景。
然而,海水温差发电技术也存在一些挑战和限制。
首先,海水温差发电设备的建设和运维成本较高。
其次,海水温差发电需要较大的设备和空间,对海洋的利用和环境保护提出了一定的要求。
此外,海水温差发电技术还需要处理海水中的盐度、海洋生物等问题,以确保设备的正常运行。
“惊涛拍岸卷起千堆雪”大海暴躁起来像一匹野马,肆无忌惮的向人类炫耀着自己的力量,正因如此,人类一直梦想着将大海的能量为我所用。
现在这匹“野马”已经被人类“驯服”,它的波浪、海流和潮汐都化成了汩汩电流。
然而这只是海洋力量的一部分,近日,由国家海洋局第一海洋研究所研究员刘伟民承担的“十一五”国家科技支撑计划15千瓦温差能发电装置研究及试验项目通过验收,标志着我国科学家对海洋能量的利用更进了一步。
————温差发电————海水冷热之间蕴含电能所谓海洋温差发电是利用海洋中受太阳能加热的温度较高的表层海水与较冷的深层海水之间的温差进行发电。
刘伟民指出,在低纬度的海域,比如我国的南海和东海的一部分海域,海洋表层海水的温度可以高达25摄氏度以上,而海面以下500米的海水温度却只有4摄氏度—5摄氏度,二者存在20摄氏度以上的温差。
“海洋温差发电的原理是利用蒸汽推动汽轮机旋转发电。
”刘伟民说,但是水的沸点相对较高,表层海水的温度不足以使水沸腾气化,因此科学家选择利用液氨进行海洋温差发电。
与水相比,液氨的沸点较低,很容易沸腾气化。
海洋温差发电的过程其实并不复杂。
据刘伟民介绍,海洋温差发电就是利用温水泵把表层温度较高的海水抽上送往蒸发器,液氨吸收了表层温海水的能量,沸腾并变为氨气,氨气经过汽轮机(氨透平)的叶片通道,膨胀做功,推动汽轮机旋转。
随后,氨气进入冷凝器,深层的冷海水重新将其冷凝为液态氨,再由氨泵将其送入蒸发器,而经历热交换后温度较高的海水会再次被抽回海洋,如此,在闭合回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝。
————独具优势————我国温差发电效率较高虽然海洋温差发电在刘伟民口中显得异常简单,但是就在他和他的团队研制出15千瓦温差能发电装置之前,世界上只有美国和日本两个国家独立掌握海洋温差能发电技术,为了使我国成为第三个独立掌握该技术的国家,刘伟民和他的团队付出了4年的艰辛。
在验收会议上,中国可再生能源学会海洋能专委会秘书长、评审专家组组长王传崑对刘伟民的研究成果给予了高度评价,认为它是“中国海洋温差发电的里程碑”。
闭式循环海水温差能发电原理
闭式循环海水温差发电是一种利用海水温差产生电能的发电方式。
其原理如下:
1. 闭式循环系统:通过在承载海水的管道中设置循环管路,形成一个闭合的循环系统。
该系统中一般包括海水加热器、主循环泵、二级循环泵和动力发电装置等组成部分。
2. 海水加热器:海水加热器是将海水加热至高温的设备。
通常利用太阳能集热器或地热能等方式将海水进行加热。
3. 主循环泵:主循环泵通过循环管路将加热过的高温海水送入动力发电装置中。
4. 二级循环泵:二级循环泵负责将动力发电装置中的冷却剂送回海水加热器进行二次加热。
5. 动力发电装置:动力发电装置一般采用蒸汽轮机或有机朗肯循环引擎。
加热后的高温海水将蒸发其中的工质或冷却剂,从而生成高温高压的蒸汽或气体,驱动涡轮发电机产生电能。
总结来说,闭式循环海水温差发电利用海水温差产生的热量,将其转化为动力,驱动发电装置产生电能。
通过循环系统中的加热和冷却过程,实现了对海水温差能量的利用。
海水温差发电原理海水温差源于地球的自然热能。
由于地球不同地区的水温存在差异,而且水温变化较为稳定,因此可以利用这种温差来进行发电。
而海洋温差发电是一种清洁可再生能源,具有潜在的巨大发展潜力。
首先,将冷水从深海中抽取出来,通过管道输送到压力容器中。
深海水的水温一般都比较低,通常低于10摄氏度。
接下来,将热能源依次引入蒸发器和压力容器。
热能源可以是太阳能、地热能、核能等。
通过加热作用,使得压力容器中的冷水蒸发形成高温高压蒸汽。
蒸汽进入涡轮发电机,使得涡轮旋转。
涡轮连接着发电机,因此涡轮的旋转会带动发电机旋转,进而产生电能。
发电完成后,蒸汽进入冷凝器,通过冷却作用将蒸汽冷却成液态水。
冷凝后的水再次回到蒸发器,循环往复,实现了工质的循环。
海水温差发电的关键在于利用温差推动热机工作。
工质的特性决定了发电机的性能。
常见的工质有有机物质(例如氨)和无机物质(例如铵盐)。
这些工质在低温下处于液态,而在高温下则处于气态。
气态和液态之间的相变产生的压力差可以推动热机工作,从而产生电能。
海水温差发电技术具有很多优点。
首先,海水温差资源广泛。
相比其他可再生能源,比如太阳能和风能,海水温差发电具有更为稳定和可靠的特点。
其次,海水温差发电是一种低温差能源利用技术,不会对环境产生污染。
再次,海水温差发电可以提供持续的电力供应,有助于岛屿等地区解决能源困境。
最后,海水温差发电可以通过技术提升和成本降低来实现商业化应用。
然而,海水温差发电也存在一些挑战。
首先,技术实施难度较大,需要克服温差资源分布不均、系统稳定性和效率等问题。
其次,目前尚未实现大规模商业化应用,主要原因是其建设成本较高。
此外,海水温差发电对生态环境会有一定的影响,需要进行相应的环境评估和管理措施。
综上所述,海水温差发电利用海水的温度差异,通过热机工作产生电能的技术。
它是一种清洁可再生能源,具有潜在的巨大发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的降低,海水温差发电有望成为未来能源供应的重要组成部分。
温差发电利用
温差发电是指利用海水的温差进行发电。
海洋不同水层之间的温差很大,一般表层水温度比深层或底层水高得多。
发电原理是,温水流入蒸发室之后,在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体,推动透平机旋转,启动交流电机发电;用过的蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结,再进行循环。
据估算,海洋温差一年约能发电15×108=15亿千瓦。
原理:
温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差,采用低沸点工作流体作为循环工质,在朗肯循环基础上,用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术,其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵.通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发,蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀,推动涡轮机的叶片而达到发电的目的,发电后的工作流体被导入冷凝器,并将其热量传给低温热源,因而冷却并再恢复成液体,然后经循环泵送入蒸发器,形成一个循环。
海洋能发电潮汐波浪和温差能源利用海洋能发电:潮汐、波浪和温差能源利用在我们所生活的这个蓝色星球上,海洋占据了绝大部分的面积。
海洋不仅是生命的摇篮,还蕴藏着丰富的能源。
其中,潮汐能、波浪能和温差能作为海洋能的重要组成部分,为人类的能源供应提供了巨大的潜力。
潮汐能发电,是利用潮汐涨落形成的水位差来驱动水轮机旋转,从而带动发电机发电。
潮汐现象是由于月球和太阳对地球的引力作用而产生的,具有规律性和可预测性。
在一些海湾、河口等地形特殊的地区,潮汐的落差较大,这就为潮汐能的开发利用提供了有利条件。
潮汐能发电站的建设通常需要修建大坝和水闸,将海湾或河口与海洋隔开,形成水库。
涨潮时,海水通过闸门进入水库,水库内的水位逐渐升高;落潮时,关闭闸门,水库内的水位高于外海,此时放水发电。
这种方式类似于传统的水力发电,但潮汐能发电的特点在于其周期性和间歇性。
潮汐能发电的优点是能量来源稳定、可靠,而且不会产生温室气体排放,对环境的影响相对较小。
然而,潮汐能发电站的建设成本较高,需要大规模的工程建设,同时可能对当地的生态环境和海洋生态系统造成一定的影响。
例如,大坝的建设可能会影响鱼类的洄游通道,改变海洋水流和泥沙的运动规律。
波浪能发电则是将海洋表面波浪的能量转化为电能。
波浪的产生是由于风对海面的作用,其能量与波高、波长和波浪周期等因素有关。
目前,波浪能发电的技术主要有振荡水柱式、点头鸭式、筏式、收缩波道式等多种形式。
振荡水柱式波浪能发电装置是比较常见的一种。
它由一个中空的柱状结构组成,开口朝向大海。
当波浪进入柱状结构时,推动内部的空气柱上下运动,从而驱动空气涡轮机发电。
点头鸭式装置则像是一只在海面上点头的鸭子,通过装置的上下运动来转化能量。
波浪能发电具有分布广泛、能量密度较高的特点。
但波浪能的能量转换效率相对较低,而且波浪的不稳定性和随机性给发电设备的设计和运行带来了很大的挑战。
此外,海洋环境的恶劣条件,如腐蚀、生物附着等,也会缩短设备的使用寿命,增加维护成本。
利用海洋温差能形成发电原理下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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海洋温差能发电原理
海洋温差能发电的源头是太阳能,在各种海洋能之中,海洋温差能属于海洋热能,其能量的主要来源是蕴藏在海洋中的太阳辐射能。
海洋温差能具有储量巨大以及随时间变化相对稳定的特点,因此,利用海洋温差能发电有望为一些地区提供大规模的、稳定的电力。
世界大洋的面积浩瀚无边,热带洋面也相当宽mini—OTEC广。
海洋热能用过后即可得到补充,很值得开发利用。
据计算,从南纬20度到北纬20度的区间海洋洋面,只要把其中一半用来发电,海水水温仅平均下降l℃,就能获得600亿千瓦的电能,相当于目前全世界所产生的全部电能。
海水温差的原理:
海水温差发电技术,是以海洋受太阳能加热的表层海水(25℃~28℃)作高温热源,而以500米~l000米深处的海水(4℃~7℃)作低温热源,用热机组成的热力循环系统进行发电的技术。
从高温热源到低温热源,可能获得总温差15℃~20℃左右的有效能量。
最终可能获得具有工程意义的11℃温差的能量。
早在1881年9月,巴黎生物物理学家德·阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。
1926年11月,法国科学院建立了一个实验温差发电站,证实了阿松瓦尔的设想。
华东沿海海洋温差发电系统的优化设计华东沿海地区是我国沿海经济的重要发展区域,其能源需求量巨大,然而传统的能源资源逐渐耗尽,因此寻找新型清洁能源就显得尤为重要。
海洋温差发电被认为是未来清洁能源的一个重要方向,且华东沿海地区的潜力巨大,因此本文就以华东沿海海洋温差发电系统为研究对象,分析其优化设计。
一、海洋温差发电原理海洋温差发电原理是利用海洋中水温差异带来的热能转化为电能。
全球每年约有大约碳吸附技术20,000平方公里的海域平均水温差在20℃以上,因此具有广阔的应用前景。
在热能转化为电能的过程中,需要利用特殊的化学物质材料进行。
其中最重要的为电化学电容器材料,它可以有效的储存产生的电能。
同时,还需要利用较高的温差来驱动热力涡轮机,从而产生电力。
二、华东沿海海洋温差发电优化设计考虑到华东沿海的特殊情况,需要对海洋温差发电系统进行优化设计。
以下分别从材料、系统仿真以及可持续性等方面对其进行探讨。
1.材料选择方面在材料选择方面,切实可行的应用材料是温差发电技术研究中的重要基础。
因此,设计一种高效、长寿命、低成本的化学物质材料是非常必要的。
衡量这些要素不仅体现在材料本身的特性,还需要重点关注在电化学电容器材料的制备工艺、稳定性和环保性等方面。
目前已有研究表明,使用铜铝锌三元体系的负电极材料,可搭配PTFE作为复合材料,并通过物理泡沫法制备技术生产出一种高效、低成本的化学物质材料。
2.系统仿真方面设计一套可行可用的海洋温差发电系统,涉及系统效率、系统造价等多方面因素。
因此,借助系统仿真技术为各个因素剖析分析,并针对不同状况,提出优化方案,显得尤为必要。
在系统仿真分析中,需要关注的因素包括:涡轮机部分压缩比、涡轮效率、环境梯度、电化学反应等各个方面因素。
一般来说,在模拟分析的过程中还需要建立数学模型,例如黏度模型、温差模型等多种模型。
获取相关数据后根据实际情况进行分析,进行系统仿真分析并提出成熟优化方案,最终实现产品的应用推广。
海洋温差发电
Ocean Thermal Energy Conversion
邹荻凡(中国科大2010级001班)PB10000653
导言:在现代社会中,能源短缺成为社会的一大问题,就目前而言,人类已经发现了现在正在广泛使用的化石燃料能源已经面临用完的危机,并且也意识到了化石燃料大量使用而造成的环境不可逆转的污染,随着能源问题的日渐严峻,寻找一种安全,干净,高效的新型能源已经成为了全世界共同努力的目标。
我们知道其实我们生活的环境中的能源是非常充裕的,但是问题就是,我们该如何去利用这些能源,换一句话说就是,我们该如何的将这些能源转化为我们可以直接利用的能源,温差发电就是一种比较好的选择。
一、 温差发电的原理
温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应,将热能转化为电能的一种技术。
有两种不同类型的半导体构成回路(图一)
(1)
当装臵的一段处于高温状态,另一端处于低温状态,就会在回路中形成电动势:
21()s T T εα=-
其中:1T 为低温端的温度,2T 为高温端的温度,s α为半导体热电材料的赛贝克系数。
而在实际的应用中将多个这种热电装臵串联起来,就可以构成一个热点转换模块,目前该商品已经面世。
由Hi-z 公司生产的热电转换模块系列,该模块系列能在-20℃到300℃的范围内有效的进行热电转换,输出功率为2.5~19W ,负载电压为1.65~3.30V (2)。
二、 海水温差发电
1海洋温差能
温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。
海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。
由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收,使海洋表层水温升高。
赤道附近太阳直射多,
其海域的表层温度可达25~28℃,波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围,其海面水温可达35℃。
而在海洋深处50O~1000m处海水温度却只有3~6℃。
这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。
在大部分热带和亚热带海区,表层水温和1000m深处的水温相差20℃以上,这是热能转换所需的最小温差。
2、海洋温差发电原理
目前有封闭式循环系统、开放式循环系统、混合式循环系统等,其中以封闭式循环系统较成熟。
1、封闭式循环系统
图二:封闭式温差发电原理图
随着海水深度的变化,表层海水受到阳光照射,吸收能量而温度较高;而在海平面200米以下,阳光几乎无法到达,因此温度较低。
海水深度越低,其温度也就越低。
海水温差发电时,需抽取表层温度较高的海水,使热交换机内的低沸点液体沸腾为蒸汽,然后推动发电机发电,再将其导入另一个交换机,使用深层海水将其冷却,如此完成一个循环。
2、开放式循环系统
图三:开放式温差发电原理图
将表层海水引入真空状态的蒸发槽中,因低压下水的沸点极低而沸腾为水蒸气,在引至凝结槽,以深层海水使之凝结成水。
此过程中会在蒸发槽与凝结槽之间因压力差而形成蒸汽流,在其间加上涡轮机即可发电。
另外,使用开放式循环系统发电会在凝结槽中形成淡水,可供使用,这是它的有利之处。
3、混合式循环系统
混合式循环系统综合封闭式循环系统和开放式循环系统,第一阶段使用封闭式循环系统,第二阶段使用开放式循环系统。
3、海洋温差发电站
利用海水表层(热源)和深层(冷源)之间的温度差发电的电站,叫海水温差发电站(图四)。
早在1881年9月,巴黎生物物理学家德〃阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。
1926年11月,法国科学院建立了一个实验温差发电站,证实了阿松瓦尔的设想。
1930年,阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站。
1961年法国在西非海岸建成两座3500千瓦的海水温差发电站。
美国和瑞典于1979年在夏威夷群岛上共同建成装机容量为1000千瓦的海水温差发电站(图五),美国还计划在21世纪初建成一座100万千瓦的海水温差发电装臵,以及利用墨西哥湾暖流的热能在东部沿海建立500座海洋热能发电站,发电能力达2亿千瓦(3)。
图四:海洋温差发电站结构图
图五:一九七九年在夏威夷试验成功的海洋温差发电厂
4、海洋温差发电的效益
1、海洋发电的经济效益
发电效应因考虑建设成本,运行成本。
因为海洋发电是一种清洁的可再生能源,因此它的运行成本很低,虽然建设成本比较高,但是这是一次性的投资,在一段时间后就会被减少的运行成本抵消。
图六:美国海水温差能发电于燃煤发电及核能发电比较(4)与一般的火力发电相比,最开始的发电成本还是火力发电厂的低,但是通过计算,在不到两年的时间,海水温差发电的经济效益就可以赶上火力发电,资料报道,印度公共电力部门从已经建成的海洋温差电站购买电力的价格仅为6.5美分/kWh(5)。
事实上,海水温差能是一种全面的资源系统其开发利用在商业上取得成功的关键是提高其综合经济效益。
因此在积极提高海水温差能的发展,还可以提高其他方面的利用,例如海水淡化处理、海水养殖、建筑物空调、热带农业、氢氧的制造、重水采集等(6)。
所以,海洋温差能的使用,不仅可以解决能源短缺问题,也可以改善自然环境促进海边的经济发展,这也是海洋温差发电的一种很大的经济效益。
2、环保效益
目前我国消耗大量的煤炭,石油,天然气等化石燃料,然而,这些化石燃料燃烧会带来很多环境的问题,例如大气与水资源的污染,大量的碳排放加重全球变暖以及厄尔尼诺现象,而我国每年用于处理污染带来的经济损失就达到近千亿元,其污染物的排放量与造成的经济损失见下图。
图七:2001年全国火力发电排放污染物及经济损失情况(7)
而对于海洋温差发电就不会造成这些问题,首先因为海洋温差发电仅仅是利用海水表层和底层的温差来发电,提供能量,从而它是一个绝对清洁的能源,不会对大气造成污染。
因此,如果全球大力开展海洋温差发电,仅中国每年就可以减少大量的有毒气体以及碳排放,仅考虑可以治理的部分就可以减少近千亿元的损失。
由于全球有71%的面积是被海洋所覆盖的,从而存在于海洋中的海洋温差能是非常巨大的,而且其来源稳定,不像风力发电,水力发电受到环境的影响。
但是海水温差发电对于海洋的生态环境还是会造成一定的影响,比如会表层海水的温度降低,影响到某些海洋生物的生活,并且发电站排出的但是如果不能完全的利用而排入海洋中,势必会影响到海洋中的含盐量,并影响到海洋上的大气。
并且发电站将海底的丰富的营养盐带到海水表面,导致表层海水富营养化,也是一个目前无法解决的问题。
总结:对海洋温差发电及相关技术研究,是一项长期的高投资项目,近期内并不能指望有什么实际的效果,但是就未来的能源利用,以及其对于生态多样性,可持续发展,环境效益和长远的经济效应来看,海洋温差发电技术具有广阔的发展前景
参考文献:
(1)百度百科——温差发电
(2)/products.php
(3)百度百科——海洋温差发电站
(4)Dylan T.Ocean thermal energy conversion current overview and future outlook[J] Renewable Energy 1995,6(3):367-373转自海洋科学/2008年/32卷/11期
(5)张焕芬.印度洋的海洋温差发电[J].能量利用研究动态,2002(2):20-22 转自《能源技术》第三十卷第一期 2009年1月
(6) 海洋科学/2008年/32卷/11期
(7)胡予红.孙欣.张文波等煤炭堆环境的影响研究[J]中国能源.2004.26(1):32-25转自海洋科学/2008年/32卷/11期。