CN102524123B - 利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置及方法。现有方法较难实现，且能耗大。本发明包括海面平台、水下保温导管和海底给温装置。海面平台由上顶面和下底面组成，可压缩塑料保温水囊将海面平台的四周包围，形成一个密闭的空间，该密闭空间被中间的支撑板分成两个腔室，两个腔室之间互通；每个腔室的下底面上连接有水下保温导管，海底给温装置将两根水下保温导管连通。可压缩塑料保温水囊受海面波浪的作用使得上层高温海水流入下层的海底给温装置，形成热交换，下层海水获得热能后，温度升高，密度减小，由于浮力作用向上浮升，进而将海中深层富含高营养盐的海水提升至海洋表层。本发明效率高，能耗低，清洁环保。

Description

利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置及方法

技术领域

本发明属于海洋装备技术与海洋渔业领域，涉及一种利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置及方法。

背景技术

海洋经济已成为我国国民经济的重要组成部分，其中海洋渔业资源的开发和利用是海洋经济的重要内容。但是，随着捕捞强度的不断加大，近几年我国海洋渔业资源严重衰退，已严重威胁我国海洋渔业的可持续发展。如果能有效地改善海水鱼类食物链的环境条件，就能从根本上保证海洋渔业的可持续发展。海水中的营养盐是浮游植物和鱼类生长不可缺少的营养成份，然而比起深层海水，海洋真光层内海水的营养盐浓度要低得多，因而世界上主要渔场大多分布在自然涌升流发生频繁的海域。由于自然涌升流的存在，深层海水中的营养盐不断地被提升至海洋表层，供浮游植物和鱼类生长使用，可保证渔场的可持续发展。

但对于自然涌升流缺乏的海域，可通过人工的方法产生涌升流，将深层海水提升至海洋表层以产生新渔场。现有最成熟的人工装置是日本的“拓海”装备，它用水泵将底层海水抽至海洋表层。该方法提升速度较快但有很大的局限性：首先，该方法较难实现，在复杂的海洋环境中运用具有较大的不稳定性；其次，该方法需要的能耗较大。同时，国内尚未有能将海底营养盐提升至海洋表层的装置面世。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置,包括海面平台、水下保温导管和海底给温装置。海面平台由上顶面和下底面组成，可压缩塑料保温水囊将海面平台的四周包围，形成一个密闭的空间，该密闭空间被中间的支撑板分成两个腔室，两个腔室之间互通；每个腔室的下底面上连接有水下保温导管，海底给温装置将两根水下保温导管连通；

所述的海面平台的上顶面设有太阳能吸收层，所述的水下保温导管的长度可根据实际需求确定。

利用上述装置进行营养盐提升的方法：

步骤1、海面平台上顶面的太阳能吸收层吸收太阳光能并转化为热能，加热两个腔室内的海水，从而使海水的温度升高。

步骤2、受海面波浪的作用，可压缩塑料保温水囊不断地被压缩，腔室中的高温海水通过水下保温导管传递到海底给温装置，海底给温装置中海水的温度比外界底层海水的温度要高，热传导就会在高温度的海水与低温度的海水间发生。

步骤3、底层海水获得热能后，温度升高，密度减小，由于浮力作用向上浮升；周围及其上层海水温度较低，密度大，必然下降，从而引起海水内部的自然对流；同时，由于整个海域的海水在竖直方向上存在着一定的温度梯度，表现为上层海水的温度比下层海水温度要高；海水温度梯度的存在，底层受热海水在向上运动的过程中不断地被周边的海水加热到该层海水的温度，此动态过程持续进行，进而将海中深层富含高营养盐的海水提升至海洋表层。

步骤4、海底给温装置再通过水下保温导管将海水传递至海面平台的另外一个腔室，这样高温海水就在波浪能的作用下，在密闭腔室、水下保温导管和海底给温装置中不断地循环往复流动，形成营养盐地不断提升。

本发明的有益效果是：本发明装置效率高，能耗低，清洁环保，可克服近岸海域生态环境恶化对渔业资源可持续发展的影响，利用该装置将海底深层营养盐涌升至海洋表面，经光合作用产生大量浮游生物，从而改善了鱼群自然生长的生态环境，扩大了渔场范围，为我国的渔场培育和恢复发挥重要作用，保证了渔业资源的可持续发展。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置由海面平台1、水下保温导管4和海底给温装置5组成。海面平台1的四周包裹着可压缩塑料保温水囊2，从而可形成一个内部镂空的用于注水的密闭空间，在密闭空间的中间位置用支撑板3将该空间分成两个独立的腔室，每个腔室分别连接水下保温导管4。海面平台1的上表面利用电镀或烤漆技术附上一层选择性吸收膜，专门吸收太阳光能。水下保温导管4的材料采用收纳性较好、便于运输的软管，两根软管并列垂入海中，其表面附着一层保温材料，并在海底与海底给温装置5连接。整个提升装置呈一个类似于上端口封闭的U型管形状。

海面平台上表面的吸收膜吸收太阳光能并转化为热能，加热两个密闭腔室内的海水，从而使海水的温度升高。

受海面波浪的作用，可压缩塑料保温水囊不断地被压缩，密闭腔室中的高温海水通过水下保温导管传递到海底给温装置，海底给温装置再通过水下保温导管将海水传递至海面平台的另外一个密闭腔室。这样高温海水就在波浪能的作用下，在密闭腔室、水下保温导管和海底给温装置中不断地循环往复流动。

由于海底给温装置中海水的温度比外界底层海水的温度要高，热传导就会在高温度的海水与低温度的海水间发生。底层海水获得热能后，温度升高，密度减小，由于浮力作用向上浮升。周围及其上层海水温度较低，密度大，必然下降，从而引起海水内部的自然对流。这种流动没有外部机械力的作用，仅仅依靠海水内部的温度差，可将底层营养盐随海水的流动而向上提升。

同时，由于整个海域的海水在竖直方向上存在着一定的温度梯度，表现为上层海水的温度比下层海水温度要高。海水温度梯度的存在，底层受热海水在向上运动的过程中不断地被周边的海水加热到该层海水的温度 ，此动态过程持续进行，进而将海中深层富含高营养盐的海水提升至海洋表层。

Claims (2)

1.利用太阳能和波浪能的海底营养盐提升装置,包括海面平台、水下保温导管和海底给温装置，其特征在于：

海面平台由上顶面和下底面组成，可压缩塑料保温水囊将海面平台的四周包围，形成一个密闭的空间，该密闭空间被中间的支撑板分成两个腔室，两个腔室之间互通；每个腔室的下底面上连接有水下保温导管，海底给温装置将两根水下保温导管连通；

所述的海面平台的上顶面设有太阳能吸收层，所述的水下保温导管的长度可根据实际需求确定。

2.利用如权利要求1所述的海底营养盐提升装置进行营养盐提升的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1、海面平台上顶面的太阳能吸收层吸收太阳光能并转化为热能，加热两个腔室内的海水，从而使海水的温度升高；

步骤2、受海面波浪的作用，可压缩塑料保温水囊不断地被压缩，腔室中的高温海水通过水下保温导管传递到海底给温装置，海底给温装置中海水的温度比外界底层海水的温度要高，热传导就会在高温度的海水与低温度的海水间发生；

步骤3、底层海水获得热能后，温度升高，密度减小，由于浮力作用向上浮升；周围及其上层海水温度较低，密度大，必然下降，从而引起海水内部的自然对流；同时，由于整个海域的海水在竖直方向上存在着一定的温度梯度，表现为上层海水的温度比下层海水温度要高；海水温度梯度的存在，底层受热海水在向上运动的过程中不断地被周边的海水加热到该层海水的温度，此动态过程持续进行，进而将海中深层富含高营养盐的海水提升至海洋表层； 

步骤4、海底给温装置再通过水下保温导管将海水传递至海面平台的另外一个腔室，这样高温海水就在波浪能的作用下，在密闭腔室、水下保温导管和海底给温装置中不断地循环往复流动，形成营养盐地不断提升。