CN102020329A - 潮汐能海水淡化处理、发电系统及能源综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潮汐能海水淡化处理、发电系统及能源综合利用系统，海水淡化处理系统中海水蒸发塔配置有真空泵，真空泵与潮汐能动力装置相连接，真空泵与海水蒸发塔通过管道相接，真空泵的输出端与蒸汽冷凝塔通过管道相接，蒸汽冷凝塔与淡水接收处通过管道相接；若引入蒸汽到蒸汽冷凝塔的管道先与蒸汽压力罐相接，以使蒸汽压力罐接收储存蒸汽，汽轮机和蒸汽压力罐通过管道相接，汽轮机的动力输出轴连接发电机组，汽轮机再与蒸汽冷凝塔通过管道相接，如此海水淡化处理系统同时为发电系统，在海水淡化处理系统的海上平台上安装太阳能加热器以及风力发电机，构成能源综合利用系统，从而实现了潮汐能的产业化应用。

Description

潮汐能海水淡化处理、发电系统及能源综合利用系统

技术领域

本发明涉及利用潮汐能的系统，尤其涉及利用潮汐能进行海水淡化、发电的系统，还涉及综合利用潮汐能、风力、太阳能的系统。

背景技术

潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始，取之不尽，用之不竭。

潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响，不需淹没大量农田构成水库，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。

目前，最常见的、已有成功应用的潮汐发电是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机转化为电能。但由于潮汐电站通常需建在港湾海口，水深坝长，施工、地基处理及防淤等问题较困难。土建和机电投资大，造价较高。同时，为实现全日连续发电，必须采用双水库的潮汐电站，造成工程量和投资的成倍增长，影响了潮汐发电站的发展，影响了潮汐能的利用。同时，并非所有的海面均适合筑坝围海发电，因此，潮汐资源的利用受到很大的限制。

潮汐能量利用的另一种方式是：利用“密闭空浮筒”的浮力和“充水浮筒”的重力，在涨潮和退潮过程中，浮筒产生相当于潮差高度的垂直运动，将浮筒的垂直运动传递出来发电，实现潮汐浮力发电。

综观采用该原理的各种发明和设计，基本有三种方式：

(1)浮筒直接驱动气缸活塞把空气压入压力罐，从而将潮汐能量转变为压缩空气储存起来发电。由于大行程、大直径气缸受现有制造技术和制造成本的限制，该设计尚未见产业化应用(潮汐差为2～15米不等，通常为4～5米，而气缸行程大于2米、缸径大于0.4米的制造就非常困难，且价格高昂，不能适应产业化应用)；

(2)浮筒直接驱动液压缸活塞把海水压至高位水库，从而将潮汐能量转变为高位水的势能储存起来发电。由于大行程、大直径液压缸受现有制造技术和制造成本的限制，且须进行高位水库施工，该设计也未见产业化应用。

(3)浮筒驱动齿条、齿轮等机械机构运动，将潮汐能量实时转变为传动主轴的扭力，驱动增速箱发电。由于大行程机械结构受现有制造技术和制造成本的限制，且该方案未设计能量储存机制，故该设计也未见产业化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的问题，突破潮汐能的应用限制。

为克服前述技术问题，本发明的总构思是，首先利用潮汐能动力装置作用原动机进行海水淡化处理，然后将海水淡化处理和利用潮汐能发电结合起来，并且再将风力、太阳能结合起来构成一个三维能源综合利用系统，进一步地，本发明还进一步改进了潮汐能动力装置，以实现潮汐能的产业化应用。

根据前述构思，本发明提供一种潮汐能海水淡化处理系统，其特点是，包括潮汐能动力装置，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔，海水蒸发塔配置有真空泵，真空泵与潮汐能动力装置的动力输出轴相连接，从而潮汐能动力装置可驱动真空泵工作，真空泵与海水蒸发塔通过管道相接，真空泵的输出端与蒸汽冷凝塔通过管道相接，蒸汽冷凝塔与淡水接收处通过管道相接。

本发明的潮汐能海水淡化处理系统，其中潮汐能动力装置驱动真空泵对海水蒸发塔抽取空气，从而在海水蒸发塔中形成负压，海水蒸发塔在负压环境下会迅速蒸发，真空泵进一步抽取蒸发后的水蒸气然后输出到蒸汽冷凝塔中，水蒸气在蒸汽冷凝塔中被凝结成淡水，蒸汽冷凝塔内的淡水由淡水接收处接收，淡水成为本发明所生产的主产品之一，而海水蒸发塔内的海水的水分被大量蒸发后成为高浓度的盐水，利用海水蒸发塔排出的盐水可制取食用盐，因此本发明还可同时获取其副产品食用盐。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，海水蒸发塔还配置有加热装置，该加热装置对进入海水蒸发塔的海水进行预先加热。

由于有加热装置对海水加热，海水在负压环境下更迅速地蒸发。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该潮汐能动力装置包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：浮体，具有空腔，在浮体的底部的受控的进排水阀门和设置在浮体的上部的受控的进排气阀门；倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接，上拉件连接悬置的储能组件；以及所述动力输出轴，与储能组件相关联，由下降的储能组件驱动。

本发明的海水淡化处理系统可借助于控制系统，例如电磁控制系统控制各个离合器与其对应的拉件的啮合，在涨潮阶段，关闭浮体的各个阀门，使其称为密闭的空浮体，控制上拉件离合器和上拉件啮合，而释放下拉件离合器与下拉件，该潮汐能动力装置的储能组件会随着潮水的升高，与浮体一起上升，上升至大致潮差高度，在平潮或满朝阶段，打开浮体的各个阀门，潮水迅速对浮体进行充水，在退潮阶段，关闭浮体的各个阀门，使浮体称为密闭的充水浮体，并控制上拉件离合器和上拉件分开，下拉件离合器和下拉件啮合，浮体在重力作用下下降，拉动下拉件，下拉件与储能组件的运动方向相反，因此储能组件会再次上升，最终储能组件会上升至2倍于潮差高度，储能组件储存了势能，最后利用储能组件的下降来驱动动力输出轴，潮汐能得到了充分的利用。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，所述滑轮为棘轮，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动。

在储能组件上升时，棘轮外圈随着传动挠性件转动，棘轮内圈不动作，在储能组件下降时，棘轮外圈随着传动挠性件转动，并带动棘轮内圈转动，棘轮内圈再带动传动主轴，传动主轴此时作为传动主轴可以驱动真空泵开始工作。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该系统单元具有海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，上拉件通过牵引挠性件连接储能组件，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过滑轮后悬吊储能组件。

将浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，软连接储能组件和倍率提升系统，仅将牵引挠性件延伸到海上平台以外的位置，这样可以将潮汐能的储能部分和海水淡化处理部分分离开来设置，因此，本发明的系统所占用的场地能灵活选取，对于海水淡化处理部分，无需在海下施工、运行和操作，可大大简化施工难度，并减少投资。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该系统单元具有海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过棘轮后悬吊储能组件，并在该位置绕过棘轮后悬吊储能组件，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动。

将浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，软连接储能组件和倍率提升系统，仅将牵引挠性件延伸到海上平台以外的位置，这样可以将潮汐能的储能部分和海水淡化处理部分分离开来设置，因此，本发明的系统所占用的场地能灵活选取，对于海水淡化处理部分，无需在海下施工、运行和操作，可大大简化施工难度，并减少投资。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，多个系统单元的储能组件的牵引挠性件绕过的棘轮设置在同一根传动主轴上。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，在该陆地位置上、储能组件的下方形成有地坑。

根据前述构思，本发明还提供一种潮汐能海水淡化处理系统，其特点是，包括潮汐能动力装置，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔，海水蒸发塔包括上浮筒和固定筒，上浮筒可相对固定筒上下移动，并且上浮筒和固定筒之间借助密封组件密封，上浮筒和潮汐能动力装置的动力输出件连接，从而潮汐能动力装置可驱动上浮筒相对固定筒移动，固定筒的底部用于接收海水，固定筒的上部与蒸汽冷凝塔通过管道相接，蒸汽冷凝塔与淡水接收处通过管道相接。

上浮筒由潮汐能动力装置驱动，从而上浮筒与固定筒之间的空间发生变化，若空间变大时，形成负压，促使固定筒内的海水在负压环境下会迅速蒸发，水蒸气然后输出到蒸汽冷凝塔中，水蒸气在蒸汽冷凝塔中被凝结成淡水，蒸汽冷凝塔内的淡水由淡水接收处接收，淡水成为本发明所生产的主产品之一，而海水蒸发塔内的海水的水分被大量蒸发后成为高浓度的盐水，利用海水蒸发塔排出的盐水可制取食用盐，因此本发明还可同时获取其副产品食用盐。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该潮汐能动力装置包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：浮体，具有空腔，在浮体的底部设置有受控的进排水阀门，且在浮体的上部设置有受控的进排气阀门；倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接；以及海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔设置在陆地上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，并在该陆地位置由滑轮导向后悬吊所述上浮筒。

所述的潮汐能海水淡化处理系统，其进一步的特点是，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，并在该陆地位置绕过棘轮后悬吊储所述上浮筒，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着所述上浮筒的下降方向，所述上浮筒在下降过程中能带动棘轮转动。

根据前述构思，本发明还提供一种潮汐能海水淡化处理及发电系统，其特征在于，包括前述的潮汐能海水淡化处理系统，并且该潮汐能海水淡化处理系统还包括蒸汽压力罐以及汽轮机；引入蒸汽到蒸汽冷凝塔的管道先与蒸汽压力罐相接，以使蒸汽压力罐接收储存蒸汽；汽轮机和蒸汽压力罐通过管道相接，以接收蒸汽压力罐输出的蒸汽，汽轮机的动力输出轴连接发电机组，汽轮机再与蒸汽冷凝塔通过管道相接。

根据前述构思，本发明还提供一种潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其特征在于，包括前述的潮汐能海水淡化处理系统，并且该潮汐能海水淡化处理系统还包括蒸汽压力罐以及汽轮机；引入蒸汽到蒸汽冷凝塔的管道先与蒸汽压力罐相接，以使蒸汽压力罐接收储存蒸汽；汽轮机和蒸汽压力罐通过管道相接，以接收蒸汽压力罐输出的蒸汽，汽轮机的动力输出轴连接发电机组，汽轮机再与蒸汽冷凝塔通过管道相接；在所述海上平台上安装了太阳能加热器以及风力发电机，太阳能加热器与海水蒸发塔通过管道相接，用于对进入海水蒸发塔的海水加热，风力发电机与潮汐能海水淡化处理系统中的电加热装置电连接。

所述的潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其进一步的特点是，在所述潮汐能海水淡化处理系统中，海水蒸发塔配置有电加热装置，或/和蒸汽压力罐配置有电加热装置。

所述的潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其进一步的特点是，还包括潮汐能发电系统，潮汐能发电系统包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：浮体，具有空腔，在浮体的底部设置受控的进排水阀门，在浮体的上部设置受控的进排气阀门；倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接，上拉件连接储能组件；海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过棘轮后连接储能组件，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动；以及发电机组，与传动主轴连接，从而由传动主轴驱动发电；其中，所述潮汐能发电系统的至少部分传动主轴和所述潮汐能海水淡化处理系统的至少部分传动主轴共轴。

在海面上搭建的海面平台作支承潮汐能储存部件之用，但潮汐能储存部件对该平台表面的面积使用较少，因此，平台的表面可用作“太阳能采集场”，平台的上空可用作“风力采集场”，平台下方则用作“潮汐能量采集场”，从而形成了“三维能源综合利用立体空间”。不仅降低了潮汐发电系统的投资和运行成本，并解决了风力发电、太阳能发电占用土地资源和运营成本高的问题，风力发电、太阳能发电与潮汐发电的联合运行，可使风能和太阳能的能量输出方式发生转变，即：不必采用风力电和太阳电独立输出的方式，改变为：风力发出的电能无需通过逆变装置直接用于加热“海水蒸发塔”的海水、太阳能则无需转换为电力，直接通过盘管加热器将海水加热后输入“海水蒸发塔”，通过提高海水的蒸发速度和产生的蒸汽量，提高潮汐发电系统的透平发电机组的发电量，三维能量的综合利用，将大幅度降低系统投资和运营成本，使真正清净的可再生自然能源资源综合利用产业化成为可能，三维能源综合运行从根本上解决了风力、太阳能发电必须采用庞大的电池组和逆变器的问题，并且，在发电的同时还产出了淡水和海盐。

本发明的前述目的、特征以及技术效果将在后面结合附图说明和具体实施方式进行详细的描述。

附图说明

图1显示了本发明的第一实施例—潮汐浮力重力倍率储能发电系统。

图2显示了第一实施例的满潮空浮筒的状态。

图3显示了第一实施例的满潮充水状态。

图4显示了第一实施例的退潮排水状态。

图5显示了本发明的第二实施例—潮汐浮力重力倍率储能海水淡化处理系统。

图6显示了本发明的第三实施例—浮动扩散式潮汐浮力海水淡化处理系统—的低潮状态。

图7显示了第三实施例的涨潮状态。

图7a显示了本发明的第四实施例—潮汐浮力重力倍率储能发电系统，其浮体处于低潮空浮筒状态。

图7b是第四实施例的浮体满潮充水状态。

图7c是第四实施例的浮体退潮排水状态。

图8是本发明的第五实施例—潮汐浮力重力倍率储能连续发电系统。

图9a显示了第五实施例的储能组件在初始低潮阶段的状态。

图9b显示了第五实施例的储能组件在第一次涨—退潮阶段的状态。

图9c显示了第五实施例的储能组件在第一次涨—低潮阶段的状态。

图9d显示了第五实施例的储能组件在第二次涨—退潮阶段的状态。

图9e显示了第五实施例的储能组件在第二次涨—低潮阶段的状态。

图9f显示了第五实施例的储能组件在第三次涨—退潮阶段的状态。

图9g显示了第五实施例的储能组件在第三次涨—低潮阶段的状态。

图9h显示了第五实施例的储能组件在第四次涨—退潮阶段的状态。

图10是本发明的第六实施例—储能组件移出式发电系统—的低潮状态图。

图11是本发明的第六实施例的满潮状态图。

图12是本发明的第六实施例的退潮状态图。

图13是本发明的第七实施例—储能组件移出式发电系统—的地坑式工作状态图。

图14是本发明的第八实施例—集群式浮力重力倍率储能发电系统的示意图。

图15是本发明的第九实施例—潮汐、风力、太阳三维能源综合利用能场示意图。

具体实施方式

同时结合图1到图4，本发明的潮汐浮力重力倍率储能发电方法包括多个步骤，该步骤将以潮汐周期为周期重复进行，一个潮汐周期包括初始阶段、涨潮阶段、平潮阶段以及退潮阶段，该方法包括：

步骤a，在初始阶段，如图1所示，使浮体3成为密闭空浮体；

步骤b，在涨潮阶段，同时参照图1和图2，将浮体3受浮力上升的势能转换为储能组件8的重力势能；

步骤c，如图3所示，在接近平潮阶段或者说满潮时，对浮体3进行充水，此时打开上阀门21和下阀门2，潮水从下阀门2进入，浮体空腔中的气体从上阀门21中排出，潮水将迅速充满浮体；

步骤d，继续参照图3，在退潮阶段时，关闭上阀门21、下阀门2，使浮体3成为充有水的密闭体，并将浮体3受重力下降的势能转换为储能组件的重力势能；

步骤e，如图4所示，将储能组件的重力势能转换为电能；以及

步骤f，当下一个潮汐到来时，重复前述步骤。

对应本发明的方法，图1至图4示出了潮汐浮力重力倍率储能发电系统，图1到图4显示的是一个系统单元100，整个系统可以由至少这样一个系统单元构造，该系统单元100包括浮体3和储能组件8，对应前述步骤b，还包括将浮体3受浮力上升的势能转换为储能组件8的重力势能的初次能量转换装置；对应前述步骤c，还包括将充水的浮体3受重力下降的势能转换为储能组件8的重力势能的倍率能量转换装置；以及对应前述步骤e，还包括将储能组件8的重力势能转换为电能的发电装置。前述浮体控制装置、初次能量转换装置、倍率能量转换装置、发电装置在图1和图4以较佳实施例示出，但不限于此，本领域技术人员根据本发明的精神还可以对系统的各个装置进行变化或变型。

如图1所示，浮体3具有空腔1，还具有上阀门(进排气阀门)21和下阀门(进排水阀门)2，上阀门21和下阀门2可以但不限于是电磁阀，可通过PLC等逻辑控制单元来控制各种执行单元开执行上阀门21、下阀门2的开启、闭合，执行单元例如是机械传动机构，或者是液压传动单元，或者是气动传动单元，在图中为了便于清楚观察的目的，没有显示逻辑控制单元、执行机构，上阀门21、下阀门2及其对应的执行机构、逻辑控制单元构成了本发明的潮汐浮力重力倍率储能发电系统的浮体控制装置，该浮体控制装置可以在前述方法的步骤a中，关闭上阀门21、下阀门2，在前述方法的步骤c中，打开上阀门21和下阀门2，而在步骤d中再次关闭阀门21、2，其更为具体的工作原理将在后面描述。浮体控制装置逻辑控制单元和执行机构在一些特别的情况下可以是集成在一起的。前面说明不是要穷举浮体控制装置的各种实现方式，本领域技术人员可以根据本发明的精神在面临具体的情况时选择或组合现有技术来构造各种各样的可以打开、关闭浮体3的浮体控制装置。

继续参照图1，初次能量转换装置包括浮体托架7、上拉件离合器11和上拉件10。浮体托架7连接浮体3，二者通过枢轴6相接，从而二者可以以枢轴6为中心相对转动，这种柔性连接可以应付潮水波动引起的各种浮体摆动。浮体托架7上安装有上拉件离合器11和下拉件离合器17，借助于上拉件离合器11与上拉件10可脱离地连接，并借助于下拉件离合器17与下拉件16可脱离地连接，但是通过后面的工作过程的描述将理解到，浮体托架7不同时与上拉件10、下拉件16连接。上拉件10的下端通过绳索(牵引挠性件)9悬吊储能组件8，上端连接绳索(传动挠性件)12的右端，绳索9的长度被示意性地显示，通过后面的描述将理解到，其实际长度将远远大于图中显示的长度。上拉件离合器11与上拉件10，或者下拉件离合器17与下拉件16的啮合有多种方式，上拉件10为拉杆，下拉件16也为拉杆，例如在拉杆10、拉杆16上形成棘齿，相应地在离合器11、17上也形成有配对的棘齿，在后述的一些实施例中，上拉件10称为上拉棘齿杆或上拉杆或棘齿拉杆或简称拉杆，下拉件16称为下拉棘齿杆或下拉杆或棘齿拉杆或简称拉杆，相应地，离合器11、17分别称为上拉棘齿杆离合器11、下拉棘齿杆离合器17或均简称为离合器。

储能组件8在图中以方块显示，但其形状不限于此，储能组件8可以选择非常低成本的方式提供，例如选择箱装的泥土、河沙、海水等等，储能组件8可以称为固态储能组件，因为储能组件8不再像现有技术那样通过必须要流动的水来储能，将在后面的描述中理解到，储能组件8主要是通过获得提升高度从而存储重力势能，其重量与浮体的排水量相当，其构成材料取决与整体结构对储能组件体积的要求(无强度要求)，当总体结构要求储能组件体积较小时，可用金属、甚至重金属材料(钢铁、铅块、水银等)。当总体结构对储能组件体积无要求时，可采用混凝土、甚至是箱装的卵石、砂石、泥土或水等，以降低造价和投资。绳索12或绳索9可以是钢丝绳或者玻璃纤维或链条等任意的具有较高拉伸强度的材料构成可以挠曲的挠性件。

继续参照图1，倍率能量转换装置包括浮体托架7、下拉件16和下拉件离合器17。绳索12由棘轮13、14导向后其左端连接下拉件16的上端，下拉件16的下端可脱离地连接下拉件离合器17，并且还可脱离地连接定位离合器18，但是并不同时连接离合器17、18。定位离合器18固定在连接座19上，连接座19安装在平台5上，平台5高出水平面22。浮体托架7连接浮体3后，可随浮体3的升降而升降。连接座19具有穿孔，下拉件16可在该穿孔中无阻碍地上、下移动。

继续参照图1，发电装置包括发电机(图中没有显示)、棘轮13、14。棘轮13、14包括外圈13以及内圈14，外圈13起着滑轮的作用，由挠性件9绕过，棘轮13、14之间只能进行单向传动，在图中棘轮的单向传动方向为顺时针方向，顺着储能组件8的下降方向。棘轮内圈14固定安装在传动主轴15上，传动主轴15随棘轮内圈14同步转动。

对前述离合器11、17、18以及浮体控制的控制装置可以集成在一起(后面以集成在一起的方式进行描述，对它们的控制的装置都称为控制装置)，也可以分开设置，本领域技术人员可以根据需求选择电控、气控、液控等任意控制方式的控制装置。

下面结合图1-图4对本发明的潮汐浮力重力倍率储能发电系统的一个工作周期进行描述。

图1显示的是系统处于潮汐周期的初时阶段，此时，浮体3的下阀门2和上阀门21关闭，空腔1为密闭腔体，浮体3在储能组件8的重压下沉于水中，浮体内充满空气，浮体呈“密闭空浮筒”状态，仅浮体上表面露出水面，储能组件8的重力通过离合器11和拉杆10啮合压置在浮体托架上，浮力与储能组件的重力平衡，处于平台的最低位置，当处于涨潮阶段时，浮体3受到最大的浮力并因此会开始上升，此时浮体托架7随之上升，浮体托架7此时通过上拉件离合器11和上拉件10连接在一起，而浮体托架7与下拉件16脱离，即下拉件离合器17松开，定位离合器18也松开，拉杆10与浮体托架7连接在一起，因此拉杆10也随之上升，储能组件8在拉杆10的带动下将开始升高，由此开始储存重力势能，下拉件16随着上拉件10的升高而下降，上拉件10和下拉件16

由于绳索9的连接而能联动，并且运动方向始终相反，并且此时储能组件上升时带动棘轮外圈13与主轴逆向转动，此时主轴15、棘轮内圈14不运动。

如图2所示，浮体3上升到接近最高位置，此时浮体托架7连同上拉件10共同作用，完成了固态储能组件8的初次储能工作，对比图2和图1，固态储能组件8已上升了一高度，该高度大致等于潮水高度。

如图3所示，在平潮时候，控制装置打开浮体3的下阀门2和上阀门21，此时潮水快速地将空腔1充满。

随后潮水将退去，当浮体3被充满后，控制装置再次关闭下阀门2和上阀门21，浮体3因此称为密闭的充满潮水的重物，该重物的重量要大于储能组件8的重量，当潮水在退去的过程中，浮体3将在重力的作用下下降，此时，再次上拉件离合器17关闭，将浮体托架7和再次上拉杆16连接在一起，并且上拉件离合器11和定位离合器18松开，因此，当浮体3下降时，浮体托架7随之下降，再次上拉杆16也开始下降，同时上拉件10连同储能组件8上升。当浮体降至接近低潮海面(距水面0.2米)时，在下拉件离合器17闭合、抱住拉杆16的同时，安装在平台上的离合器18也闭合，抱住拉杆16，使浮体停留在接近低潮海面的位置，此时储能组件8的上升高度＝潮差-浮体高度。当浮体高度＜＜潮差时，上升高度≈潮差，则储能组件上升的总高度≈2倍潮差，实现了的“倍率提升”从而实现了倍率储能。

如图4所示，当浮体的下阀门距水面0.2米左右时控制离合器17、18的闭合状态，使浮体停止下降，控制装置同时将下阀门2和上阀门21同时打开，浮体3中的海水自行排除，海水排空后，关闭下阀门2和上阀门21，浮体3又恢复到密闭状态。同时，离合器17、11松开，排空密闭的浮体3将在重力的作用下下降没入海水之中，恢复到初始位置，准备进入下一周期的潮汐运行。此时定位离合器18闭合，抱住上拉杆16，储能组件8保持在最高位置，在等待下一次潮水来临的过程中(即停潮阶段)，可以按程序逐步释放储能组件8，以实现连续发电，逐步释放的方法将在后面描述。释放储能组件8即松开离合器18后，储能组件8将下降，储能组件8同时会带动棘轮外圈13转动，棘轮外圈13带动整个棘轮逆时针转动，棘轮带动传动主轴15开始驱动发电机或发电机组发电，从而将储能组件8的重力势能转化为电能，这种方式直接将潮汐势能转变为主轴的旋转力矩，可直接驱动减速器带动发动机发电，而不必通过水轮机、透平机等动力机械将水能转换为电能，从而大大提高了能量转换效率，简化了设备，降低了系统投资。

根据前述描述，储能组件8在涨潮和退潮过程中受到密闭的空浮体浮力和充水浮体重力的双向作用，在初次能量转化装置和倍率能量转化装置的作用下被提升到约2倍于潮差的高度H，储能组件的重力与浮体排水量相同，从而实现了潮汐落差能量向储能组件的转移和贮存。在此过程中，不仅没有能量的损耗，并且由于提升高度2倍于潮差，储能组件含蕴的势能2倍于浮体覆盖的潮汐能(E＝mg2H，m为浮体重量)。

图5显示了本发明的第二实施例，第二实施例为潮汐浮力重力倍率储能海水淡化处理系统200，海水淡化处理系统200包括第一实施例所述的发电系统100、海水蒸发塔30和蒸汽冷凝塔31，海水蒸发塔30配置有真空泵32，真空泵32与传动主轴15相关联，即传动主轴15和真空泵32通过动力传递机构相接，从而传动主轴15可驱动真空泵32工作，在本实施例中，发电系统100可以仅作为动力系统提供动力，而不起发电功能(取消发电机组)。海水蒸发塔30在本实施例中为固定体积的筒体，海水蒸发塔30还可选择性地配置热水器33，海水从进水管34中被抽送到热水器33中，热水器33中被加热的海水再进入到海水蒸发塔30中，海水蒸发塔30的底部为海水，真空泵32与海水蒸发塔30的上部通过管道36a相接，真空泵32对海水蒸发塔30抽真空后，从而在海水蒸发塔30中形成负压，所产生的负压使海水中的水分迅速从海水中蒸发出来，被真空泵32抽走，真空泵32还通过管道36b与冷凝塔31相接，冷凝塔31内盛放有冷却水，冷却水中通有盘管35，从真空泵中送出的高压蒸汽进入到盘管35中被冷却水冷却后冷凝，最后冷凝形成的淡水放入到容器36中。而从海水蒸发塔30中放出的高浓度盐水进入到容器35中，容器35中的高浓度盐水可以用于制盐。

图6和图7显示了本发明的第三实施例，第三实施例为潮汐浮力重力倍率储能海水淡化处理系统300，该实施例的海水淡化处理系统300是在第一实施例的发电系统的基础上变化形成的，在第一实施例的基础上，将储能组件替换为浮动扩散式海水蒸发塔40，并且原本连接储能组件的钢索9被延长，钢索9经由滑轮组23导向后延伸到陆地上，并且原本带动传动主轴15的棘轮13、14也被移至陆地上，被移至陆地上的棘轮13、14，海水蒸发塔40等由陆地上的支架20a支承，在海面平台5上的支架20支承着支承轴15a和定滑轮14a。第三实施例与将在后面所述的第六实施例在利用潮汐能量方面有实质上相同的原理。

海水蒸发塔40包括上浮筒41a和固定筒41b，固定筒41b上部提供有环形的密封槽42，上浮筒41a的下部插入到密封槽42中，且可在密封槽中上下移动，上浮筒41a插入到密封槽42后将固定筒41b罩住，在密封槽42中加入液体(例如海水)后，就实现了海水蒸发塔40的密封，并且由上浮筒41a和固定筒41b限定的密封空间是可以变化的，上浮筒41a和固定筒41b之间的密封结构除了液封外还可是其他密封结构，借助于上浮筒41a的向上运动，以扩大蒸发塔40的内部空间，从而产生真空负压。

固定筒41b的下部借助于管道43a引入海水，在管道43a中设置了电磁阀44a，在固定筒41b内离底部适当高度支承有凝露水汇集盘49，汇集盘49通过管道43b将淡水或水气混合物输出到冷凝塔，管道43b中设置有电磁阀44b，在固定筒41b的底部还连接有管道43c，管道43c中设置有电磁阀44c，高浓度的盐水从固定筒41b的底部流到管道43c中，并最终流出固定筒41b，在固定筒41b的内壁和凝露水汇集盘49之间还设置有凝露水刮板48，凝露水刮板48将顺着筒体内壁的水蒸气凝结液导入到汇集盘49中，在汇集盘49的底部设置有淡水导出管43b。海水蒸发塔40最好还配置有热水器，例如太阳能热水器，管道43a中的海水是由热水器加热后的海水。

下面描述本实施例的工作过程。

如图6b所示，涨潮—退潮阶段，潮汐对浮体双向作用，通过钢索9直接将海水蒸发塔40上部的上浮筒41a提升2H(H为潮高)高度，使密封的“海水蒸发塔”体积扩大而产生负压。提升2H高度后，电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，使上浮筒41a保持在最高位置，持续保持蒸馏塔内真空的真空度。打开进水电磁阀44a，海水在负压作用下流经太阳能热水器进入固定筒41b，经预热后的海水在固定筒41b持续保持的负压作用下迅速蒸发，产生大量水蒸气。

低潮阶段，电磁拉杆离合器18打开，释放棘齿拉杆16，上浮筒41a在重力作用下下降，固定筒41b内压力增大，部分水蒸气将凝结为水顺筒壁流下，水然后顺着凝露水刮板48进入凝露水汇集盘49，在上浮筒41a下降的重力作用下，将水气混合物通过管道43b送往冷凝塔(在图6中没有显示，可参考图5来理解)，冷凝后即可源源不断产生淡水。蒸发塔40中的海水则因水的蒸发而盐份浓度增大，控制电磁阀44c，可将浓盐水排出制成食盐，新鲜的海水则由海水蒸发塔的负压作用吸入塔内，如此周而复始，可连续不断的在潮汐作用下以海水为原料生产淡水和盐。

相对于第二实施例，第三实施例利用浮动扩散式海水蒸发塔40节省了真空泵。

如图6所示，为了降低支架20a的高度，可将蒸发塔40设置在地坑中。

图7a至图7c显示了本发明的第四实施例，第四实施例是在第一实施例的基础上增加了压力罐51和真空罐50。真空灌50和压力罐51均通过管道连接到浮体3的上阀门21。连接压力罐51的管道上设置有电磁阀510，连接真空罐50的管道上设置有电磁阀500。如图7a所示，在低潮空浮筒状态，电磁阀510和电磁阀500均为关闭状态，浮体3和压力罐51、真空罐50不相通。如图7b所示，当浮体处于满朝充水阶段时，下阀门2和上阀门21均打开，潮水从下阀门2冲入到浮体3中，同时将浮体3中的空气排出，此时电磁阀510打开，排出的空气进入到压力罐51中。如图7c所示，当浮体处于退潮排水阶段时，电磁阀510关闭，电磁阀500打开，浮体内的海水在自重的作用下流出浮体3，浮体的流出会到浮体3内形成负压，从而对真空灌50抽真空。第四实施例的好处就是在发电的同时还形成了副产品，即真空罐50和压力罐51。

显然第四实施例中，真空罐50、压力罐51连接到浮体上阀门21的结构可应用到前述各个、以及后述各个实施例。

图8显示了本发明的潮汐浮力重力倍率储能发电系统的另一实施例(本发明的第五实施例)，图8也仅显示了一个系统单元400，整个系统由至少一个这样的系统单元400构造。图8中，(a)是主视图，(b)为剖面视图，(c)为俯视图。该实施例与图1所示实施例的主要不同之处在于为实现全日连续发电，储能组件区分为多组储能组件，在图8所示的系统单元400中，是以区分为A组、B组以及C组为例进行说明，对于每一储能组件的储能方式与图1所示的实施例一样，由浮体托架、多个离合器、上拉杆和下拉杆配合来完成倍率储能，但是在释放储存能量时有所不同，如图8所示，各组储能组件共用了一个浮体托架7。每组“储能组件”提升到额定位置后，在定位离合器18的作用下保持在额定高度，从而脱离潮汐周期的限制，按规定的程序分时释放储能组件下落，驱动发电机组，也即实现了潮汐能的储存，实现日夜连续发电。

同时结合图9a到图9h，下面说明图8所示实施例的工作过程。

1)初始阶段(如图9a所示)。

①海面位置：海面处于低潮位置。

②浮体3位置及其上、下阀门开启状态：浮体3在储能组件8的重压下沉于水中，浮体3内充满空气，进排水阀门2(下阀门)、进排气阀门21(上阀门)处于关闭状态，浮体3呈“密闭空浮筒”状态，仅浮体上表面露出水面(可同时参看图2对此进行理解)。

③电磁离合器与棘齿拉杆工作状态：

电磁离合器11闭合，抱住棘齿拉杆10；

电磁拉杆离合器17、电磁拉杆离合器19打开，棘齿拉杆16被释放。

④储能组件8位置：各组“储能组件”A、B、C的重力通过电磁拉杆离合器11和棘齿拉杆10啮合压置在浮体托架7上，浮力与储能组件的重力平衡，处于平台的最低位置，

⑤棘轮13、14工作状态：棘轮13、14未运转

⑥主轴15工作状态：主轴15未运转

2)涨潮阶段，如图9b所示

①海面位置：海面逐渐上升，从低潮位置逐渐上涨达到满潮位置；

②浮体位置与上、下阀门开启状态：浮体在浮力的作用下上升到满潮位置，浮体内充满空气，进排水阀门2、进排气阀门21处于关闭状态；

③电磁离合器与拉杆工作状态：

海面逐渐上升的过程中，电磁离合器11闭合，抱住棘齿拉杆10；

达到满潮位置后，电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10，同时电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16；

电磁拉杆离合器18打开，棘齿拉杆16可在其中滑动。

④储能组件位置：海面逐渐上升的过程中，安装在浮体托架7上的电磁离合器11抱住棘齿拉杆10，牵引所有“储能组件”向上提升，逐渐达到满潮位置；

⑤棘轮的工作状态：储能组件8与拉杆16通过链条12连接，围绕在主轴棘轮外圈13上，储能组件8上升时带动棘轮外圈13与主轴15逆向转动，由于棘轮13、14的单向传动作用，棘轮外圈13的转动不驱动主轴15。

⑥主轴工作状态：主轴15未运转

3)平潮阶段，继续参照图9b

①海面位置：保持在满潮位置。

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体3保持在满潮位置，启动电磁控制系统打开进排水阀门3和进排气阀门21，海水在平潮期间充满浮体，当浮体3充满海水后，启动电磁控制系统关闭进排水阀门3和进排气阀门21，浮体3转变为“充水浮筒”，在重力作用下下降。

③电磁离合器与拉杆工作状态

电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10。

电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16

电磁拉杆离合器18打开，棘齿拉杆16可在其中滑动。

④储能组件位置：所有“储能组件”A、B、C处于满潮位置。

⑤棘轮的工作状态：平潮阶段棘轮13、14不运动。

⑥主轴工作状态：主轴15未运转。

4)退潮阶段，继续参照图9b

①海面位置：从满潮位置下降到低潮位置。

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体3从满潮位置下降，当进排水阀门距水面0.2米时控制电磁拉杆离合器17、18的开启状态，使浮体3停止下降，启动电磁控制系统打开进排水阀门2和进排气阀门21，使海水按自由落体方式排出浮体3；海水排空后，关闭进排水阀门2和进排气阀门21，使浮体3回复到“密闭空浮筒”状态，控制离合器11、17和18，使得浮体依靠自重和储能组件的重量逐渐没入海水中，恢复到初始阶段的位置。

③电磁离合器与拉杆工作状态：

电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10。

开始退潮时，电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16，使棘齿拉杆16牵引储能组件8随浮体3下降而上升。

当浮体降至接近低潮海面(距水面0.2米)时，在下拉件离合器17闭合、抱住拉杆16的同时，安装在平台上的离合器18也闭合，抱住拉杆16，使浮体停留在接近低潮海面的位置。

④储能组件位置：

储能组件8受棘齿拉杆16和链条12的牵引，从满潮位置继续上升，上升高度＝落潮差H-浮体高度h(当h＜＜H时可忽略，可视浮体上升高度为H)，则储能组件8上升的最大总高度为2倍落潮差，即2H。当储能组件8达到最高位置后，电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，使其停留在最高位置，此时储能组件8的势能为E＝mg2H，即储存了2倍潮汐能量。

⑤棘轮工作状态：拉杆16下降时，通过链条12拉动棘轮外圈13与主轴14作逆向转动，不驱动主轴14。

⑥主轴工作状态：主轴15未运转。

5)第一次停潮阶段(即低潮后到下一次涨潮的阶段)，如图9c所示。

①海面位置：海面再次处于低潮位置0。

②浮体位置与水、气门开启状态：浮体3在储能组件8的重压下沉于水中，浮体3内充满空气，进排水阀门2、进排气阀门21处于关闭状态，浮体3呈“密闭空浮筒”状态，仅浮体上表面露出水面。

③电磁离合器与棘齿拉杆工作状态：

为实现全日连续发电，不能让全部“储能组件”在停潮阶段全部参与释放能量，将“储能组件总成”分成A、B、C三组“储能组件”，由PLC控制系统按程序打开各组电磁拉杆离合器18，释放棘齿拉杆16，则各组“储能组件”在重力作用下从最高点逐渐下降。链条12带动棘轮外圈13与主轴15同向旋转，从而驱动主轴15，将转矩连续传递给减速器和发电机组。各组释放规律为：

A组：电磁拉杆离合器11、17、18按程序打开，释放棘齿拉杆10、16，使A组各储能组件分时下降释放能量；

B组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16

④储能组件位置(如图9c所示)：

各组储能组件运动与释能程序如下：

A组储能组件：在停潮阶段各“储能组件”分时作下降运动，释放能量。当停潮阶段结束时，A组各“储能组件”全部从最高位置2H降至最低点，完成能量释放，驱动主轴转动发电；

B组、C组“储能组件”：在停潮阶段保持在最高位置，在涨潮—平潮—退潮阶段轮流工作，保证主轴在潮汐所有阶段均有储能组件释放能量，驱动主轴工作，实现日夜连续发电。

⑤棘轮工作状态：

A组储能组件下降时，通过链条12带动棘轮外圈13与主轴15作同向运动，从而将棘轮外圈13转矩通过棘轮机构13、14传递给内圈14，驱动主轴15旋转。

B组、C组“储能组件”仍保持在最高位置，其对应的棘轮不转动：

⑥主轴工作状态：主轴在A组储能组件的驱动下作顺时针旋转，驱动增速器带动发电机运转发电。

6)第二次涨潮阶段，如图9d所示

①海面位置：海面逐渐上升，从低潮位置逐渐上涨达到满潮位置。

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体在浮力的作用下上升到满潮位置，浮体内充满空气，进排水阀门2、进排气阀门21处于关闭状态。

③电磁离合器与拉杆工作状态

A组：电磁离合器11闭合，抱住棘齿拉杆10；

达到满潮位置后，电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10，同时电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16；

B组：电磁拉杆离合器18打开，释放棘齿拉杆16，使B组储能组件下降；

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，使C组储能组件继续停留在最高位置；

④储能组件位置：

A组：安装在浮体托架7上的电磁离合器11抱住棘齿拉杆10，牵引A组“储能组件”向上提升，逐渐达到满潮位置，开始第二周期的储能运行；

B组：涨潮时开始从最高位置下降，驱动主轴15连续工作；

C组：保持在最高位置。

⑤棘轮的工作状态：

A组：储能组件上升，通过链条推动棘轮外圈13作与主轴15逆向的转动，由于棘轮作用，不影响主轴15的运转；

B组：储能组件下降，带动棘轮外圈13与主轴15同向转动，将力矩传递给主轴15；

C组：储能组件静止，棘轮不转动。

⑥主轴工作状态：主轴15在B组储能组件的驱动下作逆时针旋转，驱动减速器带动发电机运转发电。

7)第二次平潮阶段，继续参照图9d

①海面位置：保持在满潮位置；

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体3保持在满潮位置，启动电磁控制系统打开进排水阀门2和进排气阀门21，海水在平潮期间充满浮体；当浮体充满海水后，启动电磁控制系统关闭进排水阀门2和进排气阀门21，浮体转变为“充水浮筒”，在重力作用下下降；

③电磁离合器与拉杆工作状态

A组：电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10；

电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16；

电磁拉杆离合器18打开，棘齿拉杆16可在其中滑动；

B组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16滑动，储能组件下降；

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，储能组件不下降

④储能组件位置：

A组储能组件处于满潮位置；

B组储能组件下降；

C组储能组件保持在最高位置。

⑤棘轮的工作状态：

A组棘轮不运动：

B组棘轮外圈与主轴作同向运动，驱动主轴运动：

C组棘轮不运动：

⑥主轴工作状态：主轴在B组储能组件的驱动下作顺时针运转，驱动发动机发电。

8)第二次退潮阶段，参照图9d和图9e

①海面位置：从满潮位置下降到低潮位置；

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体3从满潮位置下降，当进排水阀门距水面0.2米时控制电磁拉杆离合器17、18的开启状态，使浮体3停止下降。启动电磁控制系统打开进排水阀门2和进排气阀门21，使海水按自由落体方式排出浮体(见图如图9d所示)；海水排空后，关闭进排水阀门2和进排气阀门21，使浮体回复到“密闭空浮筒”状态；依靠自重和储能组件的重量逐渐没入海水中，恢复到初始阶段的位置。

③电磁离合器与拉杆工作状态：

A组：电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10；

开始退潮时，电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16，使棘齿拉杆17牵引储能组件随浮体下降而上升；

当浮体降至接近低潮海面(距水面0.2米)时，在下拉件离合器17闭合、抱住拉杆16的同时，安装在平台上的离合器18也闭合，抱住拉杆16，使浮体停留在接近低潮海面的位置

B组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16滑动，储能组件下降，直至达到最低位置。

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，储能组件不下降。

④储能组件位置：

A组：储能组件受棘齿拉杆16和链条的牵引，从满潮位置继续上升，达到最大高度2H。当储能组件达到最高位置后，电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，使其停留在最高位置。

B组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16滑动，储能组件下降，逐渐达到最低位置。

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16，储能组件不下降。

⑤棘轮工作状态：

A组棘轮外圈与主轴作逆向转动，不驱动主轴。

B组棘轮外圈与主轴作同向运动，驱动主轴运动：

C组棘轮外圈不运动。

⑥主轴工作状态：主轴在B组储能组件的驱动下作顺时针运转，驱动发动机发电。

9)第三次停潮阶段(如图9e所示)

①海面位置：海面处于低潮位置0。

②浮体位置与水、气门开启状态：浮体在储能组件的重压下沉于水中，浮体内充满空气，进排水阀门2、进排气阀门21处于关闭状态，浮体呈 “密闭空浮筒”状态，仅浮体上表面露出水面。

③电磁离合器与棘齿拉杆工作状态：

A组：电磁拉杆离合器11、17、18按程序打开，释放棘齿拉杆10、16，使A组各储能组件分时下降释放能量；

B组：电磁拉杆离合器11闭合，抱住棘齿拉杆10；

C组：电磁拉杆离合器18闭合，抱住棘齿拉杆16。

④储能组件位置：

A组储能组件：在停潮阶段各“储能组件”分时作下降运动，释放能量；当停潮阶段结束时，A组各“储能组件”全部从最高位置2H降至最低点，完成能量释放，驱动主轴转动发电；

B组“储能组件”：降至最低位置；

C组“储能组件”：保持在最高位置。

⑤棘轮工作状态：

A组：储能组件下降，通过链条带动棘轮外圈与主轴作同向运动，从而将外圈转矩通过棘轮机构传递给内圈，驱动主轴旋转；

B组：储能组件达到最低位置，棘轮不转动；

C组：储能组件保持在最高位置，棘轮不转动。

⑥主轴工作状态：主轴在A组储能组件的驱动下作顺时针旋转，驱动减速器带动发电机运转发电。

10)第三次涨潮阶段(见图9f)

①海面位置：海面逐渐上升，从低潮位置逐渐上涨达到满潮位置。

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体在浮力的作用下上升到满潮位置，浮体内充满空气，进排水阀门2、进排气阀门21处于关闭状态。

③电磁离合器与拉杆工作状态

A组、B组：电磁离合器11闭合，抱住棘齿拉杆10；达到满潮位置后，电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10，同时电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16；

C组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16释放，储能组件从最高位置下降

④储能组件位置：

A组、B组：安装在浮体托架上的电磁离合器11抱住棘齿拉杆10，牵引所有“储能组件”向上提升，逐渐达到满潮位置，开始第三周期的储能运行：

C组：从最高位置下降

⑤棘轮的工作状态：

A组、B组：储能组件上升，通过链条推动棘轮外圈作与主轴逆向的转动，由于棘轮作用，不影响主轴的运转。

C组：储能组件下降，棘轮正向转动。

⑥主轴工作状态：主轴在C组储能组件的驱动下作顺时针旋转，驱动减速器带动发电机运转发电。

11)第三次平潮阶段，如图9f所示。

①海面位置：保持在满潮位置：

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体保持在满潮位置，启动电磁控制系统打开进排水阀门2和进排气阀门21，海水在平潮期间充满浮体3，当浮体3充满海水后，启动电磁控制系统关闭进排水阀门2和进排气阀门21，浮体3转变为“充水浮筒”，在重力作用下下降

③电磁离合器与拉杆工作状态

A组、B组：电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10，

电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16，

电磁拉杆离合器18打开，棘齿拉杆16可在其中滑动。

C组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16释放，储能组件从最高位置下降。

④储能组件位置：

A组、B组储能组件处于满潮位置，

C组储能组件从最高位置下降。

⑤棘轮的工作状态：

A组、B组：储能组件上升，通过链条推动棘轮外圈作与主轴逆向的转动，由于棘轮作用，不影响主轴的运转。

C组：储能组件下降，棘轮正向转动。

⑥主轴工作状态：主轴在C组储能组件的驱动下作逆时针运转，驱动发动机发电。

12)第三次退潮阶段(同时参照图9f和图9g)

①海面位置：从满潮位置下降到低潮位置0：

②浮体位置与水、气阀门开启状态：浮体从满潮位置下降，当进排水门距水面0.2米时控制电磁拉杆离合器B、C的开启状态，使浮体停止下降，启动电磁控制系统打开进排水阀门2和进排气阀门21，使海水按自由落体方式排出浮体(见图9b)，海水排空后，关闭进排水阀门2和进排气阀门21，使浮体回复到“密闭空浮筒”状态，依靠自重和储能组件的重量逐渐没入海水中，恢复到初始阶段的位置。

③电磁离合器与拉杆工作状态：

A组B组：电磁离合器11打开，释放棘齿拉杆10，开始退潮时，电磁拉杆离合器17闭合，抱住棘齿拉杆16，使棘齿拉杆16牵引储能组件随浮体下降而上升，当浮体降至接近低潮海面(距水面0.2米)时，在下拉件离合器17闭合、抱住拉杆16的同时，安装在平台上的离合器18也闭合，抱住拉杆16，使浮体停留在接近低潮海面的位置。C组：电磁拉杆离合器11、17、18均打开，棘齿拉杆10、16释放，储能组件下降。

④储能组件位置：

A组、B组储能组件达到最高位置2H。

C组储能组件下降。

⑤棘轮工作状态：

A组、B组：储能组件上升，通过链条推动棘轮外圈作与主轴逆向的转动，由于棘轮作用，不影响主轴的运转。

C组：储能组件下降，棘轮正向转动。

⑥主轴工作状态：主轴在C组储能组件的驱动下作逆时针运转，驱动发动机发电。

13)第四次停潮阶段(如图9h)

从该阶段开始，重复第一周期的运动，各组储能组件在潮汐作用下，按上述程序作周而复始的分时上升和下降运动，将潮汐能转换为储能组件的机械能，驱动主轴连续转动，实现不间断的日夜连续发电。

在不同周期中存在区别的仅仅是B组储能组件与C组储能组件的交互运行。

图10至图12显示了本发明的第六实施例，该实施例显示的是一个系统单元500，浮力重力倍率发电系统可以由至少一个系统单元500构造。与第一实施例相比，第六实施例的不同之处在于，储能组件8与棘齿拉杆10是通过钢索9进行软连接，并且根据集群应用的需要，钢索9被延长，通过转向滑轮组23，储能组件8移至平台5以外的位置，在平台5上可以保留设置传动主轴15和棘轮内圈14a，也可以在平台上将主轴15和棘轮内圈14a替换成定滑轮，而将第一实施例中所述的传动主轴15、棘轮外圈13、棘轮内圈14移至平台5以外的陆地26上，由支架20a支承，整个装置的运行情况完全不变。该实施例的意义在于：在集群应用时，多个储能组件8所产生的力矩，能够很方便的汇集到同一根主轴15上来，实现了单元装置所采集的力矩和能量的叠加，从而解决了浮力重力潮汐能利用的产业化关键问题。图10至图12所示的实施例的储能组件显然也可以是第五实施例所述的可以分组储能以及分组释放储能单元的储能组件。

图13显示了本发明的第七实施例，该实施例显示的是一个系统单元600，浮力重力倍率发电系统可以由至少一个系统单元600构造。该实施例与第六实施例相比，不同之处在于，在储能组件8的下方陆地26上设置有地坑261，这样可以降低支承棘轮13、14以及主轴15的支架20a的高度。

图14显示了本发明的第八实施例，其是第六实施例或第七实施例所述的多个系统单元500或600的集群。如图14所示，在近海海面22上安装多个系统单元500或600，多个系统单元500或600的牵引储能组件8的钢索9经过海岸线25并经由转向滑轮组23转向后将储能组件8悬置在同一根传动主轴15上，传动主轴15设置在陆地26上，传动主轴15由主轴轴承座152支承，对于每根钢索9，对应有棘轮13、14，储能组件8会按照前述原理来驱动主轴15转动，尤其是可以按照第五实施例所述的原理来驱动主轴15不间断地转动，主轴15带动传动机构151(例如为带传动机构，但不限于此)，传动机构151带动增速器27，增速器27将动力输出给均速飞轮28，均速飞轮28带动发电模块29发电。

在前述实施例中，储能组件8下降可驱动主轴15作旋转运动，但速度太低，不宜直接驱动发电机，需通过增速器27提升速度，增速器可选择行星—针摆增速器，其变速范围大(两级减速时转动比为1∶121～7569)，效率高(90％以上)，可有效将转速提升到350转/分以上，适合驱动发电机。在前述实施例中，在变速器27输出端安装一个能量均速飞轮28，预先储存1～2个周期的潮汐能量，以便在储能组件交替运行和外界负荷变化时保持发动机转速稳定。

图15显示了本发明的第九实施例，其形成了潮汐、风力、太阳三维能源综合利用能场。

传统的太阳能发电与风力发电进入规模建设时有以下两大弊端，导致电厂投资规模大、发电成本高，影响了太阳能和风力发电的发展速度：

一.风力采集场和太阳能采集场均必须占用很大的地面面积，不仅提高了建设和运营成本，从资源利用的角度而言，在利用风力资源和太阳资源的同时又产生了土地资源的浪费；

二.风力发电和太阳能发电均须采用庞大的电池组和逆变器装置，以保证连续供电和发电质量，不仅提高了发电成本，而且电池组的长期使用、维护还会产生化学物质，带来新的二次环境污染。

如图15所示，潮汐、风力、太阳三维能源综合利用能场包括由多个(图中显示了三个)系统单元500、600构成的潮汐浮力重力倍率储能发电系统，潮汐浮力重力海水淡化处理系统200，各个系统单元500、600、200的固定在海面上的平台上安装了太阳能加热器91和风力发电机90，这些太阳能加热器91构成了太阳能加热器群，这些风力发电机90构成了风力发电机群。多个系统单元500、600的储能组件构成了储能组件群92，储能组件群92按照前述各个实施例的方式那样存储潮汐能，存储了潮汐能的储能组件群92驱动同一根传动主轴93，并且海水淡化处理系统200的储能组件也驱动传动主轴93，传动主轴93由轴承座93a支承，一方面，传动主轴93的一端通过传动机构94a驱动增速箱95，增速箱95带动匀速飞轮96，匀速飞轮96带动发电机组97进行发电。另一方面，传动主轴93的另一端通过传动机构94b驱动真空泵95b，真空泵95b对海水蒸发塔82抽取空气，使得海水蒸发塔82内形成负压，被太阳能热水器91加热的海水由管道输送到海水蒸发塔82中，热的海水在负压作用下迅速蒸发，形成低压蒸汽，低压蒸汽被真空泵95b吸走，低压蒸汽在真空泵95b内增压后，形成高压蒸汽被输出，真空泵95b的高压蒸汽输出端与蒸汽压力罐98通过管道相接，高压蒸汽因此被输送到蒸汽压力罐98中，蒸汽压力罐98配置有电加热器81，电加热器81的电力来自风力由发电机90发电产生，电加热器81进一步对蒸汽压力罐98内的高压蒸汽加热，蒸汽压力罐98的蒸汽输出端与汽轮机99通过管道相接，蒸汽压力罐98内的高压蒸汽驱动汽轮机99转动，汽轮机99的动力输出轴连接匀速飞轮96b，匀速飞轮96b还带动发电机组97b。水蒸气驱动汽轮机后失去能量、降低温度，水蒸气即凝结为淡水，剩余的尾气可进入冷凝器，进一步回收淡水，如图所示，汽轮机99内高压蒸汽以淡水的形态被回收到淡水接收处83。海水蒸发塔82内的高浓度的盐水则进入到盐水接收处84。

从图15中可以看出，风力发电机90是在各个系统单元的海面平台上建造立柱，风力发电机安装在立柱上，从而可有效减少风力发电系统占用土地资源的弊病。

与图5所示的实施例一样，在图15所示的实施例中，可以在海水蒸发塔82中安装电加热器，风力发电机90发出的电力直接对电加热器供电，加热蒸发塔中的海水，可有效提高海水的蒸发速度，提高水蒸气的出率。在蒸汽压力罐98(也可称为储气罐)中也可安装电加热器81，风力发电90发出的电力直接对电热器供电，可提高储气罐中的蒸汽压力，驱动汽轮机99运动，由于电加热器对供电质量和供电连续性无要求，故无需通过蓄电池组和逆变器配电，可大大降低风力发电的成本，并提高电能的利用效率。

在图15所示的实施例中，各个系统单元的“海面平台”上有大量面积可安装“太阳能热水器”，因此可有效减少太阳能采集板占用土地资源的弊病；在图中所示的实施例可采用廉价高效的“盘管式太阳能热水器”进行太阳能利用，海水直接由“太阳能热水器”加热，在海水蒸发塔的负压作用下加热的海水被吸入海水蒸发塔，高温海水可有效提高蒸发速度，提高水蒸气的出率。

虽然图15显示的潮汐浮力重力海水淡化处理系统200与图5所示的海水淡化处理系统相同或者说实质相同，但图15中的海水淡化处理系统200也可以替换为图6和图7所示的具有浮动扩散式海水蒸发塔40的海水淡化处理系统。图15的海水淡化处理系统200不仅起到了海水淡化的作用，还驱动汽轮发电机进行发电。

相对于已有技术，图15所示的实施例在海面上搭建“海面平台”作支承潮汐发电系统的设备之用，但潮汐发电装置对该平台表面的面积使用较少，因此，平台的表面因此可设置成“太阳能采集场”(即安装太阳能发电装置、或太阳能加热装置等)，平台的上空可设置成“风力采集场”(即安装了风力发电装置等)，平台下方则用作“潮汐能量采集场”，从而形成了“三维能源综合利用立体空间”。不仅降低了潮汐发电系统的投资和运行成本，并解决了风力发电、太阳能发电占用土地资源和运营成本高的问题。

由于风力发电、太阳能发电与潮汐发电的联合运行，可使风能和太阳能的能量输出方式发生转变，即：不必采用风力电和太阳电独立输出的方式，改变为：风力发出的电能无需通过逆变装置而直接用于加热进入“海水蒸发塔”的海水、太阳能则无需转换为电力，直接通过电加热器98(如盘管加热器)将海水加热后输入“海水蒸发塔”，通过提高海水的蒸发速度和产生的蒸汽量，提高潮汐发电系统的发电机组的发电量，三维能量的综合利用，将大幅度降低系统投资和运营成本，使真正清净的可再生自然能源资源综合利用产业化成为可能。

三维能源综合运行从根本上解决了风力、太阳能发电必须采用庞大的电池组和逆变器的问题，并且，在发电的同时还产出了淡水和海盐。

Claims (16)

1.一种潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，包括潮汐能动力装置，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔，海水蒸发塔配置有真空泵，真空泵与潮汐能动力装置的动力输出轴相连接，从而潮汐能动力装置可驱动真空泵工作，真空泵与海水蒸发塔通过管道相接，真空泵的输出端与蒸汽冷凝塔通过管道相接，蒸汽冷凝塔与淡水接收处通过管道相接。

2.如权利要求1所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，海水蒸发塔还配置有加热装置，该加热装置对进入海水蒸发塔的海水进行预先加热。

3.如权利要求1所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该潮汐能动力装置包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：

浮体，具有空腔，在浮体的底部的受控的进排水阀门和设置在浮体的上部的受控的进排气阀门；

倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接，上拉件连接悬置的储能组件；以及

所述动力输出轴，与储能组件相关联，由下降的储能组件驱动。

4.如权利要求3所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，所述滑轮为棘轮，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动，该传动主轴为所述动力输出轴。

5.如权利要求3所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该系统单元具有海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，上拉件通过牵引挠性件连接储能组件，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过滑轮后悬吊储能组件。

6.如权利要求3所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该系统单元具有海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过棘轮后悬吊储能组件，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动。

7.如权利要求6所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，多个系统单元的储能组件的牵引挠性件绕过的棘轮设置在同一根传动主轴上。

8.如权利要求5或6所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，在该陆地位置上、储能组件的下方形成有地坑。

9.一种潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，包括潮汐能动力装置，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔，海水蒸发塔包括上浮筒和固定筒，上浮筒可相对固定筒上下移动，并且上浮筒和固定筒之间借助密封组件密封，上浮筒和潮汐能动力装置的动力输出件连接，从而潮汐能动力装置可驱动上浮筒相对固定筒移动，使密封空间体积扩大形成负压，使筒内海水在负压作用下蒸发，固定筒的底部用于接收海水，固定筒的上部与蒸汽冷凝塔通过管道相接，蒸汽冷凝塔与淡水接收处通过管道相接。

10.如权利要求9所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，海水蒸发塔还配置有加热装置，该加热装置对进入海水蒸发塔的海水进行预先加热，以提高海水在负压作用下的蒸发速度。

11.如权利要求9所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该潮汐能动力装置包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：

浮体，具有空腔，在浮体的底部设置有受控的进排水阀门，且在浮体的上部设置有受控的进排气阀门；

倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接；以及

海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，海水蒸发塔和蒸汽冷凝塔设置在陆地上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，并在该陆地位置由滑轮导向后悬吊所述上浮筒。

12.如权利要求11所述的潮汐能海水淡化处理系统，其特征在于，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的陆地位置，并在该陆地位置绕过棘轮后悬吊储所述上浮筒，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着所述上浮筒的下降方向，所述上浮筒在下降过程中能带动棘轮转动。

13.一种潮汐能海水淡化处理及发电系统，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的潮汐能海水淡化处理系统，并且该潮汐能海水淡化处理系统还包括蒸汽压力罐以及汽轮机；引入蒸汽到蒸汽冷凝塔的管道先与蒸汽压力罐相接，以使蒸汽压力罐接收储存蒸汽；汽轮机和蒸汽压力罐通过管道相接，以接收蒸汽压力罐输出的蒸汽，汽轮机的动力输出轴连接发电机组，汽轮机再与蒸汽冷凝塔通过管道相接。

14.一种潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其特征在于，包括如权利要求6或12所述的潮汐能海水淡化处理系统，并且该潮汐能海水淡化处理系统还包括蒸汽压力罐以及汽轮机；引入蒸汽到蒸汽冷凝塔的管道先与蒸汽压力罐相接，以使蒸汽压力罐接收储存蒸汽；汽轮机和蒸汽压力罐通过管道相接，以接收蒸汽压力罐输出的蒸汽，汽轮机的动力输出轴连接发电机组，汽轮机再与蒸汽冷凝塔通过管道相接；在所述海上平台上安装了太阳能加热器以及风力发电机，太阳能加热器与海水蒸发塔通过管道相接，用于对进入海水蒸发塔的海水加热，风力发电机与潮汐能海水淡化处理系统中的电加热装置电连接。

15.如权利要求14所述的潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其特征在于，在所述潮汐能海水淡化处理系统中，海水蒸发塔配置有电加热装置，或/和蒸汽压力罐配置有电加热装置。

16.如权利要求14所述的潮汐、风力、太阳三维能源综合利用系统，其特征在于，还包括潮汐能发电系统，潮汐能发电系统包括至少一个系统单元，该系统单元包括储能组件，还包括：

浮体，具有空腔，在浮体的底部设置受控的进排水阀门，在浮体的上部设置受控的进排气阀门；

倍率提升系统，包括连接浮体的浮体托架、上拉件、上拉件离合器、传动挠性件、滑轮、传动主轴、下拉件以及下拉件离合器，传动挠性件绕过滑轮并将上拉件和下拉件分别悬置于滑轮的两侧，浮体托架的两侧分别安装了上拉件离合器、下拉件离合器，浮体托架借助于上拉件离合器与上拉件可分离地连接，并借助于下拉件离合器与下拉件可分离地连接，上拉件连接储能组件；

海上平台，浮体、倍率提升系统安装在海上平台上，该牵引挠性件延伸至海上平台以外的位置，并在该位置绕过棘轮后连接储能组件，棘轮的内圈固定在传动主轴上，棘轮的外圈由牵引传动挠性件绕过，该传动挠性件能带动棘轮的外圈，所述棘轮的传动方向顺着储能组件的下降方向，储能组件在下降过程中能带动棘轮转动；以及

发电机组，与传动主轴连接，从而由传动主轴驱动发电；

其中，所述潮汐能发电系统的至少部分传动主轴和所述潮汐能海水淡化处理系统的至少部分传动主轴共轴。

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