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闭式海洋温差发电系统性能研究

作　者: 钟爽
导　师: 孙宝芝
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 工程热物理
关键词: OTEC电厂 工质种类 表层水温 微生物附着
分类号: TM913
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


海洋温差能储量巨大,是国际社会公认的最具开发潜力的能源之一。在能源短缺日益严峻的形势下,开发海洋温差能这一清洁可再生能源,对我国整体能源结构的调整及缓解未来能源压力具有重要意义。海洋温差发电(OTEC)的小温差特点,致使其净效率非常低,因此进行各因素对OTEC系统影响的研究工作,提高OTEC系统性能,以促进海洋温差发电技术的进一步发展。本文基于朗肯循环,结合闭式OTEC系统模型,以装机容量50kW的OTEC电厂为研究对象,在进行电厂初步设计的基础上,开展工质种类对OTEC系统性能影响研究;根据国家海洋局提供的我国南沙群岛表层海水的年变化数据,研究表层海水温度对系统性能的影响;建立OTEC系统数学模型,针对微生物附着对换热器换热性能及电厂性能的影响,对温海水定流量及定温差等工况进行仿真,得到系统从投入运行到微生物清除过程中OTEC电厂主要性能参数的周期性变化规律。研究结果表明,与氟利昂相比,氨确为OTEC电厂较理想的循环工质,R134a环保性好,系统供电效率大,可作为R22较好的替代工质;表层温海水温度对OTEC电厂性能影响显著,在表层海水温度的年变化周期中,系统总输出功的变化超过设计装机容量的20%;不同容量电厂的对比结果显示,装机容量的增大可在一定程度上弥补温海水温度偏低的不足,海洋温差发电系统大型化是其必然发展趋势;微生物附着严重影响OTEC系统换热器的换热性能,在微生物垢层热阻变化的典型周期内,换热器换热量降低40%～50%,并极大地影响OTEC电厂的整体性能,因此采取有效措施抑制微生物附着成为海洋温差发电技术发展的关键。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 课题背景  10-12
    1.1.1 国内外能源现状  10
    1.1.2 海洋温差能发展优势  10-11
    1.1.3 我国开发海洋温差能的意义  11-12
  1.2 海洋温差发电发展历程  12-15
  1.3 海洋温差发电技术  15-23
    1.3.1 动力循环方式  15-17
    1.3.2 循环工质特性  17-19
    1.3.3 海洋温差发电关键技术的发展  19-21
    1.3.4 提高海洋温差发电效率的方法与技术  21-22
    1.3.5 海洋温差发电技术难题  22-23
  1.4 本文的研究内容  23-24
第2章 闭式OTEC 系统热力计算  24-41
  2.1 系统型式及设计参数的确定  24
  2.2 闭式海洋温差发电系统热力学分析  24-34
    2.2.1 蒸发器计算  25-31
    2.2.2 冷凝器计算  31-33
    2.2.3 温海水泵计算  33
    2.2.4 冷海水泵计算  33-34
  2.3 OTEC 循环系统效率计算  34-40
  2.4 本章小结  40-41
第3章 闭式OTEC 系统影响因素研究  41-51
  3.1 工质种类对系统性能的影响  41-46
    3.1.1 基本参数  41-43
    3.1.2 工质种类对OTEC 系统性能影响分析  43-46
  3.2 表层海水温度对系统性能的影响  46-50
    3.2.1 简化假定  46-47
    3.2.2 海洋表层海水温度年变化对系统影响分析  47-50
  3.3 本章小结  50-51
第4章 闭式OTEC 系统数学模型  51-59
  4.1 动态数学模型概述  51-53
  4.2 仿真对象基本动态数学模型  53-55
    4.2.1 常微分形式的守恒方程  53-54
    4.2.2 传热方程  54-55
  4.3 工质热力性质简化计算  55-56
  4.4 系统主要设备模型  56-58
    4.4.1 蒸发器数学模型  56
    4.4.2 冷凝器数学模型  56-57
    4.4.3 汽轮机数学模型  57
    4.4.4 工质泵数学模型  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章 闭式OTEC 系统性能仿真  59-72
  5.1 MATLAB/SIMULINK 仿真  59-62
    5.1.1 Simulink 介绍  59-60
    5.1.2 动态系统的仿真控制流程  60-62
  5.2 系统仿真模型简化  62-63
  5.3 微生物附着对OTEC 电厂性能影响分析  63-71
    5.3.1 温海水定流量工况  64-68
    5.3.2 温海水定温差工况  68-71
  5.4 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 温差电池、温差发电器
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