[发明专利]太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统

说明书

本发明太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统，包括太阳能集热系统、海水源热泵系统、燃气轮机发电系统和超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环发电系统。工作时，利用水源热泵从海水中提取低品位热能，消耗较少的电能将其提升为高品位热能作为超临界二氧化碳循环系统的热量来源，同时采用太阳能集热器采集热能作为超临界二氧化碳循环系统的热量来源，回收利用燃气轮机排出的废气及换热的余热，实现能源的梯级利用；超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环采用超临界二氧化碳为工质，其动力机械结构紧凑，经济性能好。结合燃气轮机发电系统及超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环系统实现稳定的船舶联合发电，所产生的电能最终输入船舶电网。

技术领域：

本发明涉及一种太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统，属于能源转换领域，用于太阳能源、海洋能源的利用以及超临界二氧化碳再压缩布雷顿动力循环的应用。

背景技术：

由于近年来工业及制造业迅猛发展，传统化石燃料的需求量不断上涨，这直接导致全球性的能源紧缺，燃烧后直接排放的废气会造成余热资源的浪费，降低化石燃料的能源利用率。开发新型的能源利用方式，利用自然界的清洁能源，回收废气中的余热能量，提高能源利用率等是现行能够缓解能源危机及温室效应的可行方法。

太阳能是清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭，地球上有着巨大的太阳能资源可供直接开发利用，且便于采集。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已经成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。据统计，每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于150万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。秉持可持续发展的思想，合理、充分利用太阳能，缓解传统能源给资源环境带来的压力，成为研究的热点。

二氧化碳作为近年来新兴的绿色工质，在热力循环方面有着巨大的发展潜力。二氧化碳广泛存在于自然界，对环境的影响小，储量丰富且廉价易得，无毒且化学性质稳定。二氧化碳的临界温度为304.21K，临界压力为7.377MPa，较容易实现超临界性态，对设备的要求较低，降低了制造成本。二氧化碳在临界点附近具有高密度、低粘度、高扩散系数等物理性质，在热力循环中只需消耗较少的压缩功就能使流体压缩到较高压力，有利于提高热力系统净效率。以超临界二氧化碳为工质的压缩机、气轮机等动力机械的结构紧凑、体积较小。

热泵作为近年来备受关注的新型能源利用技术，能从自然界的空气、水和土壤等环境介质中获取低品位热能，通过消耗很少的电能，提取4-7倍于电能的可供利用的高品位热能。水源热泵以地球表面浅层水源，如地下水、湖泊和海洋等为低温热源，实现低品位热能到高品位热能的转移，它的优点是水源的温度一般变化较小，能够在不同季节和天气条件下提供相对稳定的低温热源。其中，海水源热泵以充足的海洋热能为依托，从海水中提取可供使用的热能，实现对可再生能源的开发和利用。

为提升包括太阳能源、海洋热能在内的清洁能源的使用率，改进现有应用方式，减少传统能源给人类生存环境带来的危害已经成为国际社会的共识。在大型船舶上，因地制宜，采用丰富的太阳能、海洋热能等清洁能源，实现能源的梯级利用，对于提高能源利用效率，降低船舶上电能生产过程中的传统能源消耗具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供能够应用于大型船舶上的利用海洋热能，通过海水源热泵将海水中的低品位热能提升为可供使用的高品位热能，实现清洁能源的利用，同时为太阳能源的利用、海洋热能的利用及超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环的应用提供新思路的一种太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统。该船舶发电系统的发电过程具有充分利用丰富的海水热能、利用清洁太阳能、实现能源梯级利用、提高能源利用效率、联合发电等优良特性，同时超临界二氧化碳循环具有动力机械结构紧凑、占用空间小的优点，将其应用于大型船舶发电系统可以节省船上空间。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：