海洋熱能轉換電站制造技術

一種離岸發電結構，該結構包括浸沒部，該浸沒部具有：包括一體的多級蒸發器系統的第一甲板部、包括一體的多級冷凝系統的第二甲板部、容納發電設備的第三甲板部、冷水管和冷水管連接部。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】[00011 本申請是申請人阿貝爾基金會于2012年9月21日提出的申請號為201180015212.1 (對應的國際申請號為PCT/US2011 /022115 )、專利技術名稱為"海洋熱能轉換電站"的專利技術申請 的分案申請。 相關申請 本申請要求2010年1月21日提交的美國臨時申請序列號61/297，242、2010年1月21 日提交的美國申請序列號12/691，655以及2010年1月21日提交的美國申請序列號12/691， 663的優先權。所有這些在先申請的全部內容通過引用合并于此。
本專利技術涉及海洋熱能轉換電站，更具體地涉及浮式的、最小起伏平臺的、多級熱機 的海洋熱能轉換電站。
技術介紹
全球能源消耗和需求一直以指數速度增長。這方面的需求預計將持續上升，特別 是在亞洲和拉丁美洲的發展中國家。同時，傳統的能源資源、即化石燃料正在加速減少并且 開采化石燃料的成本持續上升。環境和監管方面的擔憂正在加劇這一問題。 與太陽相關的可再生能源是可以為不斷增長的能源需求提供一部分解決方案的 一種可選的能源資源。由于與太陽相關的可再生能源與化石燃料、鈾、甚至熱力"綠色"能源 不一樣，很少存在或者不存在與其使用相關聯的氣候風險，所以與太陽相關的可再生能源 有很大吸引力。另外，與太陽相關的能源是免費的并且極為豐富。海洋熱能轉換（"0TEC"）是利用在海洋的熱帶區域中作為熱量存儲的太陽能來產 生可再生能源的一種方式。全世界的熱帶大洋和大海提供了獨特的可再生能源資源。在許 多熱帶地區（在大約北煒20°與南煒20°之間），表面海水的溫度幾乎保持恒定。直到大約100 英尺深度，海水的平均表面溫度隨著季節在75°F至85°F或者更高之間變化。在同一區域，深 層海水(在2500英尺至4200英尺之間或者更深)保持在相當恒定的40°F。因此，熱帶海洋結 構在表面提供了大的熱水儲藏并且在深層提供了大的冷水儲藏，并且熱水儲藏與冷水儲藏 之間的溫差在35°F至45°F之間。該溫差在白天和夜晚保持得相當恒定，并且季節性的變化 小。 OTEC過程利用表面熱帶海水與深層熱帶海水之間的溫差來驅動熱機以產生電能。 OTEC發電在20世紀70年代后期被認同為對于能源生產而言是具有低到零碳足跡（carbon footprint)的可能的可再生能源資源。然而，與多數傳統的高壓高溫發電站相比，OTEC電站 具有低的熱力學效率。例如，利用80°F與85°F之間的平均海洋表面溫度以及40°F的恒定深 水溫度，OTEC電站的最大理想卡諾效率(Carnot efficiency)為7.5%至8%。在實際操作 中，OTEC電力系統的總電力效率經估計為卡諾極限的大約一半，或者大約3.5%至4.0%。另 外，在1994年牛津大學出版社出版的由William Avery和Chih Wu發表的題為"來自海洋的 可再生能源，OTEC指南"（"Renewable Energy from the Ocean，a Guide to OTEC"WiIliam Avery and Chih Wu，Oxford University Press，1994)(通過引用合并于此）中所記載的、 由20世紀70年代和20世紀80年代前沿研究人員所進行的分析表明：通過以△ T為40°F進行 操作的OTEC電站產生的總電力的四分之一至一半（或者更多）將被需要用于使水栗和工作 流體栗運行并且為電站的其他輔助需要供電。基于此，OTEC電站的將存儲在表面海水中的 熱能轉化成凈電能的低的整體凈效率一直未能成為商業上可行的能源生產方案。 造成整體熱力學效率進一步降低的另一因素是與用于渦輪機的精確頻率調節而 提供必要的控制相關聯的損失。這引起了渦輪機循環中的壓力損失，該壓力損失限制了能 夠從熱海水中提取的功。 這種比在高溫高壓下進行操作的熱機的典型效率低的OTEC凈效率導致能源規劃 者廣泛持有如下假設:〇TEC電站成本太高以至于無法與多數傳統的發電方法抗爭。實際上，因為熱水和冷水之間的溫差相對小，所以寄生電力需要在OTEC電站中特 別重要。為了實現熱海水與工作流體之間以及冷海水與工作流體之間的最大熱傳遞，需要 大的熱交換表面積，以及高的流體速度。增加這些因素中的任何一個都可能使OTEC電站上 的寄生載荷顯著地增大，從而降低凈效率。使海水與工作流體之間的有限的溫差中的能量 傳遞最大化的高效熱傳遞系統將增加 OTEC電站的商業可行性。 除了由于看似固有的大的寄生載荷而效率相對低之外，OTEC電站的操作環境引起 了也會降低這種操作的商業可行性的設計及操作方面的挑戰。如之前所提到的，在深度為 100英尺或者更淺的海洋表面找到了 OTEC熱機所需的熱水。在2700英尺至4200英尺之間的 深度或者更深處找到了用于冷卻OTEC發動機的恒定冷水來源。在人口中心附近乃至大陸塊 通常都找不到這樣的深度。離岸電站是必須的。 不管電站是浮式的還是固定于水下地貌，均需要2000英尺或更長的長冷水引入 管。此外，由于商業上可行的OTEC操作所需的水量很大，所以冷水引入管需要具有大直徑 (通常在6英尺至35英尺之間或者更大）。將大直徑管懸掛在離岸結構上存在穩定性、連接以 及構造方面的挑戰，這會預先驅使OTEC成本超出商業可行性。另外，懸掛在動態的海洋環境中的、具有顯著的長度直徑比的管會沿著管的長度 而遭受溫差以及變化的洋流。由沿著管的彎曲和漩渦脫落(vortex shedding)而引起的應 力也引起了挑戰。并且，諸如波浪作用等表面影響引起了與管和浮式平臺之間的連接有關 的進一步挑戰。具有期望的性能、連接以及構造考慮的冷水管引入系統能夠提高OTEC電站 的商業可行性。 與OTEC電站相關聯的對環境的關注也已經成為OTEC操作的障礙。傳統的OTEC系統 從海洋深處抽取大量的營養豐富的冷水并且在表面或者表面附近將這些水排放。這樣的排 放可能以正面或負面的方式對OTEC電站附近的海洋環境產生影響，可能對處于OTEC排放下 游的魚群和珊瑚礁系統帶來沖擊。
技術實現思路
本專利技術的若干個方面指向于利用海洋熱能轉換過程的發電站。 專利技術的進一步的方面涉及離岸OTEC電站，該OTEC電站具有由于降低了寄生載荷而 提高了的整體效率、較好的穩定性、較低的構造和操作成本以及改善了的環境足跡 (environmental footprint)。其他方面包括與浮式結構一體的大容量水管道。多級OTEC熱 機的模塊化和區室化降低了構造和維護成本、限制了離網操作并且提高了操作性能。又進 一步的方面提供了具有一體的熱交換區室的浮式平臺，并且提供了平臺的由于波浪作用而 產生的最小運動。一體的浮式平臺也可以提供通過多級熱交換器的高效的熱水流或冷水 流，提高了效率并且降低了寄生電力需要。本專利技術的若干個方面通過將熱水和冷水排放在 適當的深度/溫度范圍內可以促進環境中性的熱足跡。以電力的形式提取出的能量降低了 到達海洋的整體溫度。 專利技術的又進一步的方面涉及用于與離岸OTEC設備一起使用的冷水管，該冷水管是 錯開板條式的連續的管。 -個方面涉及包括具有外表面、頂端和底端的長形管狀結構的管。管狀結構包括 多個第一和多個第二板條部，每個板條部均具有頂部和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海洋熱能轉換電站，其包括：船舶，該船舶具有上提設備、上提纜繩、第一錐形連接面和接觸墊；和冷水管，該冷水管包括：第一縱向部，該第一縱向部包括具有第二錐形連接面和吊耳的上提凸緣；和第二縱向部，該第二縱向部在所述第一縱向部的下方，其中所述第二縱向部的柔性大于所述第一縱向部的柔性，其中利用所述冷水管的與所述船舶靜態連接的所述第一縱向部來使所述冷水管被定位。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：B·R·科爾，J·M·羅斯，A·瑞科瑞特，H·斯班納勒，W·舒爾茨，R·克魯爾，L·J·夏皮羅，
申請(專利權)人：阿貝爾基金會，
類型：發明
國別省市：美國;US