专利名称：提高补充的海洋热能转化(sotec)系统的效率的制作方法
提高补充的海洋热能转化(SOTEC)系统的效率相关申请的交叉引用本申请要求如下专利申请的优先权和权益2010年2月13日提交的名称为“FULLSPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE”的美国临时申请 No. 61/304，403 ;2010 年2月17日提交的名称为“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF”的美国专利申请 No. 12/707，651 ;2010 年 2 月 17 日提交的名称为 “ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OFUSE THEREOF”的 PCT 申请 No. PCT/US10/24497 ;2010 年 2 月 17 日提交的名称为“APPARATUSAND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATI0N DURING ELECTROLYSIS” 的美国专利申请No. 12/707, 653 ;2010年 2 月 17 日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLINGNUCLEATION DURING ELECTROLYSIS” 的 PCT 申请 No. PCT/US10/24498 ；2010 年 2 月 17 日提交的名称为 “APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS” 的美国专利申请 No. 12/707，656 ;2010 年 2 月 17 日提交的名称为 “APPARATUS AND METHOD FORCONTROLLING NUCLEAT I ON DURING ELECTROLYSIS” 的 PCT 申请 No. PCT/US10/24499 ;以及2009年8 月 27 日提交的名称为“ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES” 的美国临时专利申请No. 61/237，476。这些申请中的每一个以全文引用的方式并入。
背景技术：
世界的热带海洋有利于在其热表层水和其冷深层水之间的巨大热力发动机的运行。例如，表层水的典型温度可为25至27摄氏度之间，深层水温度的典型温度可为4至6摄氏度之间。这种温度差异辅助热力发动机蒸发和冷凝工作流体，这转而驱动涡轮机产生电力。这种系统常常称为海洋热能转化(OTEC)设备或系统。不利地，存在与目前的OTEC系统相关的许多问题，包括低能量转化效率、较高的运行成本等。适于常规OTEC设备的大多数海洋位置在人口中心较远距离处，并需要昂贵且困难的运输机制以将产生的能量带入市场。当尝试放大这种运行以满足世界的显著能量需要时，这些大量的基础设施成本和固有的低效率产生较大的困难。存在对克服如上问题以及提供另外的益处的系统和方法的需要。总的来说，一些现有系统或相关系统及其相关的局限性的本文的例子旨在为说明性的且非排他的。通过阅读如下详细描述，已有系统或现有系统的其他局限性对于本领域技术人员而言是显而易见的。
图IA为示出了根据本公开的方面的补充的海洋热能转化系统的框图。图IB为示出了根据本公开的方面的海洋基全面系统的框图。图IC为示出了根据本公开的方面的可持续经济发展的一体化生产系统的框图。图ID为示出了根据本公开的方面的可持续经济发展的一体化生产的海洋基系统的框图。图IE为示出了根据本公开的方面的太阳能海洋热能转化系统的框图。
图2为示出了用于提高根据本公开的方面的海洋热能转化系统的效率的程序的流程图。图3为示出了根据本公开的方面的分段太阳能收集器组件的端视图的示意图。图4为示出了根据本公开的方面的具有封闭气囊的太阳能收集器组件的侧视图的示意图。图5为示出了根据本公开的方面的在绝缘空间内具有网的太阳能收集器的侧视图的不意图。图6A为示出了根据本公开的方面的具有线性透镜的分段太阳能收集器组件的端视图的不意图。图6B为示出了产生用于根据本公开的方面的太阳能收集器组件的加压气体的装、置的示意图。图7为示出了根据本公开的方面与各种水流一起使用的太阳能收集器的示意图。图8A为示出了根据本公开的方面的补充的OTEC系统的俯视图的示意图。图SB为示出了根据本公开的方面的具有多个太阳能收集器组件的补充的OTEC系统的俯视图的不意图。图SC为根据本公开的方面的太阳热能转化系统的俯视图。图9为示出了根据本公开的方面的由多个螺旋组件补充的OTEC设备的俯视图900的示意图。图10为示出了根据本公开的方面的由太阳能收集器驳船补充的OTEC设备的俯视图的不意图。图11为示出了根据本公开的方面的太阳能收集器组件的侧视图1100的示意图，所述太阳能收集器组件被构造为直接加热热力发动机所用的工作流体。图12为示出了根据本公开的方面的由太阳能收集器组件补充的陆基OTEC设备的俯视图1200的不意图。图13为示出了根据本公开的方面的由来自地质地层的热补充的OTEC设备的示意图。图14为示出了根据本公开的方面的由地热能补充的OTEC系统的示意图。图15为示出了根据本公开的方面的将OTEC系统与其他能量产生系统一体化的系统的示意图。图16为示出了根据本公开的方面的将OTEC系统与甲烷释放机制一体化的系统的
示意图。
具体实施例方式本申请以全文引用方式并入如下申请的主题2004年11月9日提交的名称为 “MULTIFUEL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEM” 的美国临时专利申请No. 60/626, 021 (代理人卷号No. 69545-8013US)和2009年2月17日提交的名称为“FULL SPECTRUM ENERGY”的美国临时专利申请No. 61/153，253 (代理人卷号No. 69545-8001US)。本申请还以全文引用的方式并入同时于2010年8月16日提交的如下美国专利申请的每一个的主题，所述美国专利申请的名称如下“METH0DS ANDAPPARATUSES FOR DETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS” (代理人卷号 No. 69545-8003US) ；^COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMSAND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENTREGMES”(代理人卷号 No. 69545-8025US) ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USETHEREOF”(代理人卷号No. 69545-8026US) ,SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENTREGMES”(代理人卷号 No.69545-8040US) SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLEECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLEENERGY”(代理人卷号 No. 69545-8041US) ,SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES”(代理人卷号 No. 69545-8042US) ;“GAS HYDRATE CONVERSION SYSTEM FOR HARVESTING HYDROCARBONHYDRATE DEPOSITS”(代理人卷号 No. 69545-8045US) ；^APPARATUSES AND METHODS FORSTORING AND/OR FILTERING A SUBSTANCE”(代理人卷号 No. 69545-8046US) ;“ENERGYSYSTEM FOR DWELLING SUPPORT”(代理人卷号 No. 69545-8047US) ;“ENERGY CONVERSIONASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE”(代理人卷号 No. 69545-8048US);和“INTERNALLY REINFORCED STRUCTURAL COMPOSITES AND ASSOCIATEDMETHODS OF MANUFACTURING”(69545-8049US)。概沭描述了补充的海洋热能转化(SOTEC)系统。在一些实施例中，所述系统包括太阳能收集器，所述太阳能收集器被构造为加热提供至热力发动机的海洋水，如提供至蒸发器的水。经加热的水能够使蒸发器蒸发工作流体并驱动涡轮机，从而产生电力等。通过使用太阳能收集器，所述系统将来自海洋表面的水提供至温度高于海洋表面处的水的热力发动机。这产生了提供至蒸发器的水与提供至热力发动机的冷凝器的来自海洋较低区域的水之间的增大的温差，由此提高了热能转化系统的效率，此外还有其他益处。因此，在一些实施例中，所述系统通过利用太阳能和其他形式的能量来产生电力、氢等，而提供了用于可持续经济发展的可承受且可靠的能量。在一些实施例中，所述系统可使用OTEC系统的各种部件(如工作流体)作为各种能源和生产系统之间的能量交换机制。补充的OTEC系统与其他系统的一体化允许各种能源提闻OTEC系统的运行效率,并允许OTEC系统转而提闻各种生广系统的生广效率。因此，所述系统可实现存在于世界海洋中的资源的可持续经济益处，此外还有其他益处。在一些实施例中，所述SOTEC系统提供了如下益处■聚合物材料的有害废弃物组分的掺入，所述聚合物材料的有害废弃物组分对于构建能够克服目前对矿物燃料的依赖性的可持续能量转化系统是可能丰富的；■高耐久性材料的使用，所述高耐久性材料对于构建能够克服目前对矿物燃料的依赖性的可持续能量转化系统是可能丰富的；■在接近沿海人口中心的位置处提供OTEC设备的经济运行；■泵送和/或用于常规OTEC设备中的其他辅助电力要求的减少；■海洋水的蒸发冷却的防止；■提供了自刚性化结构以防止海洋水的大面积蒸发；
■通过使用太阳能收集器提高海洋水的温度而提高OTEC系统的运行效率；■通过提供来自太阳能的增热来提高海洋水或另一工作流体的温度，而提高OTEC系统的运行效率；■通过提供来自另一热力发动机的增热来提高海洋水或另一工作流体的温度，而提闻OTEC系统的运行效率；■通过提供来自电化学过程的增热来提高海洋水或另一工作流体的温度，而提高OTEC系统的运行效率；■提供来自OTEC运行的可再生燃料，并通过常规管线网络将所述燃料分布至整个大陆；■提供来自OTEC运行的可再生燃料，在贫天然气和油贮存器中储存所述燃料，并通过常规管线网络将所述燃料分布至整个大陆；■使用薄膜和气体绝缘组件以捕获太阳能；■使用阻挡层以在海洋热能转化技术系统中减少水的蒸发冷却；■改进根据OTEC应用中的任何热循环运行的热力发动机的总效率；■使用阻挡层以在海洋热能转化技术系统中减少水的对流冷却；■使用薄膜和气体绝缘组件以捕获太阳能，并增加在接收这种太阳能的热力发动机中的工作流体的能含量；■提高接近表面的水的温度以改进海洋热能技术系统的效率；■提高接近海洋表面的水的温度以提高对海洋热能技术系统的投资的回报；■使用内燃机供热以增加用于能量转化过程的工作流体的能量转化势；■使用燃烧供热以增加用于能量转化过程的气体的能量转化势；■使用外燃机供热以增加用于海洋热能转化过程的工作流体的动能；■在生产高品质电力的过程中将低成本能量的许多来源一体化；■将用于生产高品质氢的低成本能量的许多来源一体化；■提供储存能量的快速生产；■生产用于与在已有管线和新管线中的天然气可交换装运的管线品质氢；■生产用于与在已有管线和新管线中的天然气可交换装运的管线品质甲烷；■由能量转化过程创造和产生经济发展和环境保护益处；■电解器作为再生系统运行；■通过压缩前体材料而加压燃料输送，所述前体材料被气化以提高压力发展；■通过电解加压物质；■通过由电解产生的能量而加压燃料输送；■在能量转化状态(regime)中提供热化学过程；■提供太阳能和/或其他能量资源向氢和/或电力的稳定保险低成本的转化；■在电力和氢生产系统中使用普遍的活塞发动机和涡轮发动机；■使用氢以传递来自旋转电气设备的热；
■使用氢以克服烃类的排放；■使用氢以克服来自热力发动机的含氮化合物的排放；■使用氢以克服来自热力发动机的颗粒的排放；
■使用氢以克服碳化合物的排放；■使用氢以改进在混合和分布式能量应用中的发电机效率，此外还有其他效用和益处。现在将描述所述系统的各种实施例。如下描述提供了用于彻底理解并能够描述这些实施例的具体细节。然而，本领域技术人员将理解可在无许多这些细节下实施所述系统。另外，可能未详细显示或描述一些公知的结构或功能，以避免不必要地使各种实施例的相关描述不清楚。在如下呈现的描述中所用的术语旨在以其最广的合理方式进行解释，尽管其与所述系统的某些具体实施例的详细描述结合使用。某些术语甚至可在下文进行强调；然而，旨在以任何限制方式进行解释的任何术语将在该具体实施方式
部分中明显且特别地进行定义。
补充的海洋热能转化(SOTEC)系统图IA为示出了补充的海洋热能转化(SOTEC)系统100的框图。所述SOTEC系统100包括OTEC系统或设备110和补充102，如太阳能、热、资源、其他形式的可再生能量等的补充。所述OTEC系统可转而将能量、资源和其他益处提供给各种补充源。例如，所述OTEC系统可将电力提供给电解器，或可将氨提供给燃料储存中心。因此，所述系统可提供能量和资源的循环路径，所述能量和资源的循环路径有利于资源的可持续经济发展，此外还有其他益处。所述OTEC系统110包括用于产生电力和其他资源的各种部件，如热力发动机部件、水运输部件等。补充102将能量提供给所述OTEC系统110以提高所述OTEC系统的运行效率，此外还有其他益处，本文将讨论所述补充102的各种不同形式和构造。 在一些实施例中，所述系统使得能够可持续地生产氢、碳和其他资源。在一些实施例中，在可持续地生产资源的过程中且作为可持续地生产资源的结果，所述系统利用能量。在一些实施例中，所述系统通过将可再生能量输入精炼至所述系统中，并因此获得对所述系统内的原料、资源和其他物质的经济倍增效应，从而提供可持续经济发展。因此，所述系统为用于世界的海洋和其他水基区域中的全面系统。更具体地，图IB显示了全面一体化生产系统113，其由三个互相关联的系统组成，包括用于可再生能生产和材料资源提取的全面能量园119、用于可再生养分(人类、动物和植物营养)和能量原料生产(生物质、生物废弃物和生物燃料)的全面农商网络121，以及用于可持续材料资源生产和零排放制造的全面工业园123。图IB显示了作为系统119、121和123的综合体的系统113，以能够使能量、材料和信息在这些系统之间交换。系统113综合体，特别是系统119内的方法利用多个互相关联的热力发动机的热力学性质，所述多个互相关联的热力发动机以热学方式联接而形成热力学整体系统以有效地用作极大热力发动机，所述极大热力发动机能够获得提高的有利的生产能力和效率。在系统113内，系统119专用于在太阳热、地热、海洋热和发动机热源之间获得协同连接，以提高特定位置处的总的可用的可再生能量输出，并将能量和经提取的材料资源提供给系统121和123。通过使用在两个或更多个阶段中加热的工作流体，全面能量园119以热学方式联接以有效地用作单个大的热力发动机，所述单个大的热力发动机的系统和子系统互相关联以建立能量级联。通过使工作流体在太阳热源、地热源、发动机热源和其他热源之间系统地移动以获得级联效应以优化工作流体的热力学性质(如温度、压力、纯度、相移和能量转化效率)，从而增加系统119的总的可用的可再生能量输出。将一个阶段的能量输出再投入至另一阶段的关键过程中，从而以再生或自生的方式运行，且运行效率和经济性提高。全面能量园119的功能包括在可再生能源(如太阳、风、流水、地热、生物质)和内燃机之间收集、转化并储存动能、热能和辐射能形式，以在系统之间建立自生或再生能量级联，从而产生累积和协同的益处，所述累积和协同的益处不能通过单独的收集、转化和储存任何一种可再生能源而获得。自生或再生能量方法在系统119、121和123中实施。另外，系统119涉及用于系统121和123中的许多化学品的材料资源提取。例如，热化学再生被用作提取碳的方法，所述碳作为随后在系统123处制造生产耐用品的原料(提取可在系统119、121和123中进行)。在另一例子中，热化学再生也可被用作提取氮和痕量矿物质的方法，所述氮和痕量矿物质用于随后制造生产在系统121中使用的植物肥料。另外，系统119涉及生物废弃物、生物质和生物燃料转化，通常以在系统119、121和123处获得生物甲烷气 和/或氢气储存、运输和按需作为内燃机和/或燃料电池的燃料使用以进行发电和/或输电。对太阳热、地热、海洋热和发动机热源的操纵为在位置的各种气候区域处的系统113的设施以及陆基和海洋基设施提供了高度适应的一体化平台。因此，提高位置适应性的工程显著提高了可再生能量收集的总利用率，并因此为地方、区域、国家和全球经济提供了经济上可行的解决方案。系统121处的食物生产既可安置在陆地场所又可安置在海洋场所。作物农场、牲畜农场、大牧场、猪肉和鸡肉的工业生产设施、淡水渔业、海洋渔业、奶牛场等可被连接至系统119作为系统119中所广生的能量的消费者，但转而广生废副广品，所述废副广品被转向系统119以转化为可再生能量和可再生的材料资源。另外，系统121涉及提高这种生物燃料作物(如藻类、柳枝稷和其他作物)的能量原料生产，以提高光合作用基能量收集的可行性。用于水制备、净化和保存的方法和装置在生产系统119、121和123中的每一个中使用。然而，这些是系统121的重要组成部分，以满足在食物生产中对大量水的需要，并克服文献记载的由于常规食物生产实践造成的水浪费和水污染而导致的无可持续性的问题。系统一体化提高了“可持续性”能力，所述“可持续性”能力定义为通过使用可再生方法而增加能量、材料资源和养分的生产，以避免天然资源的耗尽并减少或消除破坏性的环境影响，如作为生产的副产品的污染和毒物排放。可持续性需要能量、材料和食物的生产方法，所述生产方法对于后代人的长期幸福(而不仅仅是当前消费者的即时短期益处)而H是可行的。系统一体化能够增加生产能力，从而实现“经济可扩容性”，所述“经济可扩容性”定义为能量、材料和食物生产的显著提高，所述显著提高通过复制众多综合安装场所的能力以及通过大大提高对各种气候区域的适应性(即通过适应温带、热带和北极气候的不同资源特性而适应性地采集可再生能)而增加可用场所的数量的能力而实现。需要这种经济可扩容性以增加地球的承载能力，从而承受持续的快速人口增长和发展中国家快速增长的能量需求。为了成功使用，这种生产方法和位置必须是立即可用的，且相比于使用常规化石燃料和/或核能源，必须是能量、材料和食物生产的现有生产方法的经济上可行的替代物。系统一体化还可实现能量生产119、材料生产123和食物生产121的零排放和零浪费方法，其中在系统121中产生的有机废弃物被系统性地导入系统119中存在的生物质、生物废弃物和生物燃料转化系统中，而不是被燃烧、掩埋或倾倒在填埋场、蓄水层、溪流、海洋中或是作为污染物排放到大气中；系统119中的能量和材料资源提取被传递至系统123以产生耐用品；系统119中的能量和材料资源提取也被传递至系统121以产生用于陆地和海洋上的人类、动物和植物生命的养分。系统一体化创建了经济生产的单个单元，所述经济生产的单个单元有意识地将能量生产与食物生产和材料资源生产以这些生产作为相互依赖的整体运行的方式连接起来。因此，所述全面一体化生产系统适于安装在其中目前不存在相应的 可再生能基础设施、或者其中制造能力缺乏且失业是常态、或者其中食物生产不足且贫穷和营养不良是常态的场所或社区中。引入所述统一的经济生产方法的目标是能够提高国内生产总值(GDP)并具有伴随GDP提高的生活质量，以及系统性地创造工作机会并具有伴随有意义的就业而改善的生活质量。另外，系统一体化创建了经济生产的单个单元，所述经济生产的单个单元有意识地将废弃物管理与能量转化实践连接起来，使得其作为相互依赖的整体运行以中止导致污染和环境恶化的燃烧、掩埋和倾倒的常规废弃物实践。所述全面一体化生产系统引入了可持续的废弃物-能量转化的使用作为贯穿整个系统的一体化实践。该一体化系统的目的是保护自然环境、保存有限的自然资源、减少传染性疾病，以及减少土地、水和空气污染(包括减少推动气候变化的温室气体，如甲烷和C02)。所述全面一体化生产系统113提供了实现“工业生态”的方法，在“工业生态”中，人-系统生产环境模仿自然生态系统其中在系统和废弃物之间的能量和材料流以闭合循环的方式成为用于新过程的输入，而整个系统对由太阳(太阳热)、地球(地热)、海洋(海洋热)和生物质转化(发动机热)系统所提供的可再生可持续能量是开放的。图IC为示出了海洋基全面系统113的组成部分的框图。所述全面系统113包括用于可再生能量生产的能量园119。在一些情况中，所述能量园为OTEC系统。在一些情况中，所述能量园包括可再生能源，如太阳能源、风能源、波能源、地热能源、发动机、生物燃料源等。所述全面系统还包括用于可再生能量生产的工业园123。在一些情况中，所述工业园可产生各种资源，如碳、氢、甲烷等。所述全面系统还包括用于可再生养分生产的农商网络121，如可持续农业、渔业和畜牧业。更具体地，图IC为示出了可持续经济发展的全面一体化生产系统113的框图，所述全面一体化生产系统113包括与养分(例如用于人类、动物或植物营养的产品)生产和材料资源(例如氢和碳)生产同时发生的能量(例如电力和燃料)生产。系统113由一体化且相互依赖的子系统组成，并具有对自生级联能量转化的适应性控制，所述适应性控制捕集并再投入每个子系统的能量、物质和/或副产品的一些或全部。因此，在引入最少的外部能量或材料资源或不引入外部能量或材料资源下，维持系统113的连续运行。所述系统113为有利于可持续经济发展的工业生态的例子，如可再生能量的利用、食物的生产、和材料资源的生产，相比于使用常规技术所能实现的，其是更大的能量、食物和材料资源的生产，此外还有其他益处。全面能量园119使自可再生源129 (例如太阳、风、流水、地热、排出热)捕集能量的方法与自可再生原料131 (例如生物废弃物145、生物质143)生成能量的方法和生产材料资源(例如氢133、碳135、其他材料资源如痕量矿物质137、纯水139)的方法配合。使用自生级联能量转化的适应性控制的方法储存、回收和运输能量，所述方法在能量生产中产生倍增效应。在能量收集和生产过程中，从用于可再生能量的生产中的生物废弃物和生物质原料中提取材料资源(例如氢和碳)。所述全面能量园119储存、回收、运输、监测并控制所述能量和所述资源以在能量、材料、资源和养分的生产中获得改进的效率。所产生的能量129、131中的一些被提供至全面农商网络121。所产生的能量129、131中的一些被提供至全面工业园123。所产生的能量129、131中的一些被再投入至全面能量园119中。所产生的能量201、131中的一些被提供至外部接受者和/或加至国家电网和/或国家天然气管线。
全面农商网络121接收全面能量园119所产生的可再生能量，以为农业、畜牧业和渔业子系统的运行提供动力。这包括用于农场设备、车辆、小船和轮船的可再生燃料以及用于光、热和机械设备的电力等。全面农商网络121接收由全面能量园119所产生的材料资源和副产品，如其他材料资源(例如痕量矿物质137)和纯水139，以富集农业、畜牧业和渔业子系统中的养分并在植物作物149和动物作物151的生产中产生提高的效率。全面农商网络121收集能量原料并将其供应至全面能量园119以用在可再生能量的生产中。合适的原料包括生物质143 (例如作物废材)、生物废弃物145 (例如污水、农业废水、肉类加工废弃物、渔场排出物)、生物燃料原料147 (例如藻类、柳枝稷)等。全面工业园123使用由全面能量园119所产生的可再生能量，以为可持续材料资源生产和零排放制造的运行提供动力。这包括用于内燃机(例如固定式发动机、车辆)的可再生燃料和用于光、热、机械设备的电力等。全面工业园123投入自全面能量园119接收的材料资源133、135和副产品137，以生产另外的材料资源(例如设计碳157和工业金刚石159)。全面工业园123使用自全面能量园119接收的材料资源和副产品以制造产品，如碳基绿色能量机器155，包括太阳热装置155、风轮机155、水轮机155、电解器155、内燃机和发电机155、汽车、轮船和卡车部件161、半导体163、纳米技术165、农业和渔业设备167等。全面工业园123将这些产品和副产品中的一些或全部提供至全面能量园119和全面农商网络121。全面能量园119使用由全面工业园123所产生和提供的太阳热装置155、风轮机155、水轮机155、电解器155、内燃机和发电机155等生产可再生能量。全面农商网络121使用由全面工业园123所产生和提供的内燃机和发电机155、农业和渔业设备167及其他装置生产养分。全面一体化生产系统113所产生的能量为所有子系统提供动力，包括再投入能量以推动可再生能量的进一步生产。同时，系统113中所产生的产品和副产品中的一些或全部被投入所有子系统的运行中。同时，系统113所产生的废弃物被捕集并用作所有子系统的运行的原料。一体化且相互依赖的子系统使用适应性控制来管理自生级联能量转化和材料资源的自生再生。因此，所述系统不断地将可再生能量、可持续材料资源和其他副产品再投入至子系统(能量园、农商网络、工业园)的不同的源和过程。以此方式，相比于使用常规方法所能获得的，系统100利用更大量的自所述系统内的各种资源所供应的能量和资源。所述工业共生对自系统内的可再生原料和副产品源收集的各种资源和能量的量产生倍增效应，从而增加价值，降低成本并改善环境，此外还有其他益处。图ID为全面一体化生产系统113的示意图，其显示了海洋基系统的各种示例性功能区。所示系统包括具有级联能量转化的适应性控制和材料资源的自生再生以及养分的生产的陆上或海洋上一体化生产系统。所述系统包括为了自可再生源收集和/或产生能量以及自可再生原料收集材料资源的目的的功能区，所述功能区储存、回收、运输、监测和控制能量和材料资源，以在能量、材料资源和养分的生产中获得提高的效率。下表I详述了与所示功能区相关的示例性输出、系统和方法。表I :全面一体化生产系统功能区
权利要求
1.一种位于海洋中的用于资源的可持续经济发展的系统，所述系统包括 海洋热能转化系统，其中所述海洋热能转化系统包括 热力发动机，所述热力发动机被构造为产生电力，其中所述热力发动机包括蒸发器、涡轮机、工作流体和冷凝器；和 补充接收部件，所述补充接收部件被构造为接收提高所述热力发动机的运行效率的补充；以及 资源产生系统，其中所述资源产生系统包括 资源部件，所述资源部件被构造为自提供至所述资源产生系统的原料和由所述海洋热能转化系统的所述热力发动机所产生的电力产生资源；和 提供部件，所述提供部件被构造为提供所产生的资源的一部分作为由所述海洋热能转化系统的所述补充接收部件接收的所述补充。
2.根据权利要求I所述的系统，其中所产生的资源为热，且所述热提高了提供至所述蒸发器的海洋水的温度，以在所述蒸发器内蒸发所述工作流体。
3.一种用于海洋基资源的可持续经济发展的方法，所述方法包括 在与海洋热能转化系统相联的热力发动机处，从资源产生系统接收热； 使用所接收的热运行与所述海洋热能转化系统相联的所述热力发动机，其中运行与所述海洋热能转化系统相联的所述热力发动机产生电力； 将所产生的电力的一部分提供至所述资源产生系统；以及 使用所提供的电力运行所述资源产生系统。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所接收的热为在运行所述资源产生系统的过程中所产生的过量的热。
5.一种海洋热能转化系统，所述系统包括 蒸发器，所述蒸发器被构造为从海洋接收水，并使用所接收的水蒸发工作流体； 冷凝器，所述冷凝器被构造为从低于海洋表面区域的海洋区域接收水，并冷凝被蒸发的工作流体； 工作流体通道，所述工作流体通道联接至所述蒸发器和所述冷凝器，并被构造为将所述工作流体提供至所述蒸发器，且从所述冷凝器接收所述工作流体； 涡轮机，所述涡轮机联接至所述蒸发器，并被构造为使用被蒸发的工作流体产生电力；以及 太阳能收集器，所述太阳能收集器联接至所述蒸发器，并被构造为以比海洋表面区域的水的温度更高的温度将水提供至所述蒸发器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述太阳能收集器包括 网组件，所述网组件被构造为捕获太阳能；和 在所述太阳能网组件内的通道，所述通道被构造为 接收来自所述海洋表面区域的水； 加热从所述海洋表面区域接收的水；以及 将所接收的水运输至所述蒸发器。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述太阳能收集器包括 通道，所述通道被构造为保持从所述海洋表面区域接收的水；以及绝缘空气空间，所述绝缘空气空间至少部分围绕所述通道，并被构造为捕集太阳能以升高由所述通道保持的所述水的温度。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述太阳能收集器为螺旋形太阳能收集器。
9.一种海洋热能转化系统，所述系统包括 热力发动机，其中所述热力发动机被构造为使用海洋水产生电力；以及 太阳能收集器，其中所述太阳能收集器被构造为升高由所述热力发动机的蒸发器所接收的海洋水的温度。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述太阳能收集器被构造为将海洋水提供至所述热力发动机的蒸发器，所述蒸发器在比围绕所述太阳能收集器的海洋水的温度更高的温度下。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述热力发动机被构造为使用所述热力发动机的所述蒸发器所接收的海洋水加热所述热力发动机内的工作流体。
12.一种用于提高海洋热能转化系统的运行效率的方法，所述方法包括 从海洋接收水至太阳能收集器中； 在所述太阳能收集器中加热被接收的水；以及 将经加热的水提供至所述海洋热能转化系统。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述太阳能收集器中加热被接收的水包括使用围绕通道的气穴捕集太阳能，所述通道容纳从所述海洋接收的水。
14.根据权利要求12所述的方法，其中在所述太阳能收集器中加热被接收的水包括使用围绕通道的透镜捕集太阳能，所述通道容纳从所述海洋接收的水。
15.根据权利要求12所述的方法，其中将水提供至所述海洋热能转化系统包括将经加热的水提供至所述太阳热能转化系统的蒸发器，其中所述蒸发器使用所提供的水加热工作流体以运行涡轮机。
16.根据权利要求12所述的方法，其中从海洋接收水至太阳能收集器中包括从所述海洋接收水至螺旋太阳能收集器组件。
17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括 使用源自围绕所述海洋热能转化系统的海洋废弃物的聚合物制造太阳能收集器。
18.一种用于提高OTEC系统的运行效率的方法，所述方法包括 收集热；以及 使用被收集的热提高输入所述OTEC系统的蒸发器中的水的温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中收集热包括使用太阳能收集器收集太阳能。
20.根据权利要求18所述的方法，其中收集热包括从电解器收集热，所述电解器将水转化为氢和氧。
21.根据权利要求18所述的方法，其中收集热包括使用太阳能收集器捕集太阳能，所述方法进一步包括 在将水输入所述OTEC系统的蒸发器中之前在所述太阳能收集器内加热所述水。
22.—种太阳能收集器组件，其包括 通道，所述通道被构造为接收海洋水至所述太阳能收集器组件中，并将被接收的海洋水保持在所述太阳能收集器组件内；太阳能捕获部分，所述太阳能捕获部分围绕所述通道，并被构造为加热被接收的海洋水；以及 联接部分，所述联接部分被构造为将经加热的海洋水运输至海洋热能转化系统。
23.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分包括被构造为捕集太阳能的气穴。
24.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分包括被构造为捕集太阳能的透镜。
25.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分由薄膜聚合物形成。
26.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分为绝缘空气空间的网。
27.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分为容纳气体的绝缘空间的网，所述气体具有比空气的热导率更低的热导率。
28.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中所述太阳能捕获部分由源自海洋废弃物的聚合物形成。
29.根据权利要求22所述的太阳能收集器组件，其中被构造为将经加热的海洋水运输至海洋热能转化系统的联接部分被构造为将经加热的海洋水运输至所述海洋热能转化系统的蒸发器。
全文摘要
本发明描述了用于提高海洋热能转化(OTEC)系统的效率的系统和方法。在一些实例中，所述系统使用太阳能收集器收集热能，加热位于所述太阳能收集器内的海洋水，并将经加热的水提供至OTEC系统，如提供至热力发动机的蒸发器。在一些实例中，所述OTEC系统将电力和其他能量提供至另一系统，从而产生能量和资源的可持续经济发展的循环。
文档编号F03G7/05GK102713282SQ201080048874
公开日2012年10月3日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月27日
发明者罗伊·E·麦卡利斯特 申请人:麦卡利斯特技术有限责任公司