CN106143825B - 海上浮式水电联产平台 - Google Patents
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Abstract
一种海上浮式水电联产平台，通过将发电系统和海水淡化系统有机地整合在承载浮体上，实现水电联产为海上生活供应水电。将太阳能发电系统汽轮机低品质蒸汽引入低温多效海水淡化装置第一效蒸发器中，与进料海水热交换，通过蒸馏法实现海水淡化，同时低品质蒸汽得到冷凝充分利用汽轮机的余热。承载浮体采用加有稳摇鳍和横撑的小水线面四体船，为平台提供了足够空间面积及稳性。可以满足我国偏远海岛电力和淡水需求，具有造价低，建造周期短，绿色环保等优点。此外，还便于迁移，可以根据海岛的需求增减平台的个数实现平台的灵活应用。同时该平台在海风和波浪的情况下具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海上平台，特别是涉及一种海上水电联产平台。
背景技术
现有的海岛广泛采用柴油机发电、光伏发电以及海底电缆输电，然而这些发电、输电方式均存在着不足。柴油机发电污染环境，噪音大，耗油量高需不断补充燃油；光伏发电发电效率低，发电量小，占地面积大，生产过程中也存在着严重的污染；海底电缆输电铺设成本高，铺设风险大，且日常维护困难。对于缺乏淡水资源海岛，淡水主要来源于雨水收集、海水淡化和大陆输送，饮用水主要是海水淡化和大陆输送，洗漱用水只能靠收集的雨水，由于电量的限制，海岛自身的淡化水量十分有限，而大陆输送的淡水也十分有限，因此，海岛长期面临着用水难的问题。随着海岛的不断发展，海岛的发电量和淡水已不能满足海岛的发展需要。
海岛拥有丰富的太阳能和风能，太阳能和风能是两种已被广泛应用的可再生清洁能源。槽式太阳能热发电系统是一种高效的太阳能热发电方式，相较于其他太阳能热发电方式，它具有商业化程度高，占地面积较小的特点；相较于光伏发电，它具有集热效率高和发电效率高的优点，槽式太阳能热发电系统在陆地上已得到广泛采用，将其应用于海上可实现高效发电。风力发电系统是利用风力推动风机叶片旋转，从而带动发电机发电。风力发电机在沿海、内陆均得到利用，风力发电是对槽式太阳能热发电的有效补充。
低温多效海水淡化技术的特征是盐水的最高蒸发温度不超过70摄氏度，它具有海水预处理简单，系统安全可靠，动力蒸汽要求低，节能减排的优点。槽式太阳能热发电系统中汽轮发电机组排放的低品质蒸汽仍具有大量热量未被利用，将这些低品质蒸汽作为低温多效海水淡化系统的动力蒸汽，不仅使余热得到利用，而且实现水电联产，向海岛供应所需淡水。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种海上浮式水电联产平台，它能漂浮在海上同时进行发电和海水淡化。可以固定在某海域长期工作，也可以用拖轮牵引迁徙，改变工作环境。可以停泊于需求淡水和电力的海岛附近，避免了铺设电缆等一系列的问题，同时该平台在海风和波浪的情况下具有良好的稳定性，始终处于安全状态。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
包括发电系统，海水淡化系统，承载浮体和供电系统。
发电系统包括槽式太阳能热发电和风力发电两部分。
槽式太阳能热发电部分包括：槽式聚光装置、双罐储热装置、热交换装置、汽轮发电机组、给水泵。槽式聚光装置放置甲板上，用于吸收太阳能，其余装置放置于舱室之中。槽式聚光装置中的集热管输出端与双罐储热装置的高温储热罐连接，储存热量；高温储热罐的另一端与热交换装置连接，热交换装置与双罐储热装置的低温储热罐用管路连接，低温储热罐的另一端连接槽式聚光装置的集热管输入端；热交换装置通过给水泵和管道与淡水储存室相连，同时通过管路与汽轮发电机组相连。
风力发电部分，利用风力带动风机叶片旋转带动风力发电机发电。风力发电机置于甲板之上采集风能发电，发出电量直接通过输电线送入供电系统中。
海水淡化系统包括：低温多效海水淡化装置、海水泵、格栅栅栏、海水储存室、淡水储存室。汽轮机发电机组通过蒸汽管道与低温多效海水淡化装置的第一效蒸发器连接，并依次连接第二效蒸发器和第三效蒸发器。海水泵通过格栅栅栏与海水储存室连接；低温多效海水淡化装置与海水储存室用管路连接，并通过淡水管道与淡水储存室连接，淡水储存室的淡水一部分通过给水泵泵入热交换装置进行换热；低温多效海水淡化装置设有浓盐水管道通向大海。
承载浮体包括片体、甲板、舱室、支柱、稳摇鳍和横撑，为箱式结构。支柱一端垂直安装连接在片体之上，另一端连接舱室下面钢板，两支柱之间安装有三根横撑。片体是空心椭球体，每个片体上安装有稳摇鳍。甲板为双层，第一层甲板放置槽式聚光装置和风力发电部分，舱室内放置其他装置。
供电系统包括：整流器、滤波器、逆变器、变压器、控制器、蓄电池。供电系统置于舱室内，风力发电机和汽轮发电机组发出电量通过输电线连接整流器，整流后经滤波器消除干扰杂讯得到“洁净”直流电，直流电一路送至蓄电池进行存储；另一路经逆变器逆变后变为交流电。在出口电压低于用电系统最低要求的电压时，蓄电池中的直流电从逆变器的直流输入端进入，在逆变器逆变作用后以交流电的形式从逆变器交流输出端输出。变压器与逆变器的交流输出端相接，变压器将交流电变压后送至控制器。控制器通过输电线与变压器相连，获取来自变压器的频率信号和电压信号并进行处理，以功率控制的方式将反馈信号送至风力发电机和汽轮发电机组，调整出口电压的大小，以此实现对供电系统的智能化控制。
所述的槽式聚光装置通过太阳能追踪装置使得槽式聚光镜一直正对太阳，以保持获得最大辐射能。太阳追踪装置包扩采集器和追踪控制器，采集器放置于聚光镜上用来收集太阳光信息，之后传递给追踪控制器，追踪控制器通过分析计算后控制槽式聚光装置中伺服电机，伺服电机带动聚光镜调整角度，使聚光装置保持获得最大辐射能。
按上述方案，所述槽式聚光镜上抛物面凹面加装低反射玻璃，凸面喷涂防腐蚀保护膜，以防止海水盐碱腐蚀。
本发明的有益效果：海上浮式水电联产平台可以满足我国偏远海岛电力和淡水需求，具有造价低，建造周期短，绿色环保等优点。此外，还便于迁移，可以根据海岛的需求增减平台的个数实现平台的灵活应用。同时该平台在海风和波浪的情况下具有良好的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构侧视示意图。
图2为本发明的结构正视示意图。
图3为本发明的甲板结构示意图，即图1和图2中A—A剖面图。
图4为本发明的舱室结构示意图，即图1和图2中B—B剖面图。
图5为本发明的供电系统结构示意图。
图6为本发明的低温多效海水淡化装置流程图。
图中：1.承载浮体，2.槽式聚光装置，3.高温储热罐，4.热交换装置，5.低温储热罐，6.风力发电机，7.供电系统，8.低温多效海水淡化装置，9.汽轮发电机组，10.格栅栅栏，11.海水泵，12.给水泵，13.管路，14.输电线，15.海水储存室，16.淡水储存室，101.甲板，102.舱室，103.片体，104.支柱，105.横撑，106.稳摇鳍，201.集热管，701.交流电压，702.整流器，703.滤波器，704.逆变器，705.变压器，706.控制器，801.蒸汽管道，802.海水管道，803.浓盐水管道，804.淡水管道，805.第一效蒸发器，806.第二效蒸发器，807.第三效蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
如图1-图4所示，槽式聚光装置2和风力发电机6放置于甲板101上。槽式聚光装置2一端通过管路13与舱室102的高温储热罐3连接，高温储热罐3的另一端与热交换装置4连接，热交换装置4通过管路13与低温储热罐5连接，低温储热罐5通过管路13与甲板101上的槽式聚光装置2连接。热交换装置4和淡水储存室16用给水泵12和管路13相连，并通过管路13连接汽轮发电机组9；汽轮机发电机组9发出的电量通过输电线20连接供电系统7。汽轮机发电机9尾气出口与低温多效海水淡化装置8连接。海水泵11经过格栅栅栏10与海水储存室15连接；低温多效海水淡化装置8通过管路13分别与海水储存室15和淡水储存室16连接。风力发电机6发出的电经过输电线14进入供电系统7。
槽式聚光装置2通过太阳能追踪装置使得槽式聚光镜一直正对太阳，以保持获得最大辐射能。太阳追踪装置包扩采集器和追踪控制器，采集器放置于聚光镜上用来收集太阳光信息，之后传递给追踪控制器，追踪控制器通过分析计算后控制槽式聚光装置2中伺服电机，伺服电机带动聚光镜调整角度，使其保持获得最大辐射能。
槽式聚光镜上抛物面凹面加装低反射玻璃，凸面喷涂防腐蚀保护膜，以防止海水盐碱腐蚀。
如图6所示海水淡化系统中，汽轮机发电机组9尾气出口通过蒸汽管道801与低温多效海水淡化装置8的第一效蒸发器805连接，并依次连接第二效蒸发器806和第三效蒸发器807。低温多效海水淡化装置8淡化的淡水被送入淡水储存室16中，淡水储存室16的淡水一部分经给水泵12泵入热交换装置4再次进行换热。海水淡化所需海水由海水泵11泵入，经过格栅栅栏10进入海水储存室15，海水在海水储存室15中进行处理后进入低温多效海水淡化装置8进行淡化。海水不断通过海水管道802向第一效蒸发器805、第二效蒸发器806和第三效蒸发器807补充海水。第一效蒸发器805、第二效蒸发器806和第三效蒸发器807产生的淡水通过淡水管道804进入的淡水储存室16，产生的浓盐水通过浓盐水管道803流回大海。低温多效海水淡化装置8，将汽轮机发电组9产生的低品质蒸汽引入低温多效海水淡化装置8的第一效蒸发器805，与进料海水热交换后，冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器806，海水蒸发，蒸汽进入第三效蒸发器807，并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷却。这一过程一直重复到最后一效，连续产生淡水。
承载浮体包括甲板101、舱室102、片体103、支柱104、横撑105、稳摇鳍106，承载浮体的主体为箱式结构，由甲板101和舱室102构成，为整个装置提供平稳充裕的工作空间。片体103是空心椭球体，为平台提供浮力；稳摇鳍106安装在片体103内侧，增强平台的稳性；支柱104连接整个箱式结构和片体103之间，起支撑作用；在两支柱104之间加横撑105，增加平台的结构强度。承载浮体上层甲板101搭载着风力发电机6和槽式太阳能聚光装置2，舱室102放置其他装置。工作状态下，承载浮体1锚泊于海岛附近海域，向海岛供应水电；迁移时，承载浮体1则依靠拖轮迁移。
如图5所示，供电系统中，风力发电机6和汽轮发电机组9发出电量通过输电线连接整流器(702)，整流后经滤波器(703)消除干扰杂讯得到“洁净”直流电，直流电一路送至蓄电池进行存储；另一路与逆变器的直流输入端相连，经逆变器704逆变后变为交流电。在出口电压低于用电系统最低要求的电压时，蓄电池中的直流电从逆变器704的直流输入端进入，在逆变器逆变作用后以交流电的形式从逆变器704交流输出端输出。变压器705与逆变器704的交流输出端相接，变压器705将交流电变压后送至控制器706。控制器706以输电线与变压器705相连，获取来自变压器的频率信号和电压信号并进行处理，以功率控制的方式将反馈信号送至风力发电机6和汽轮发电机组9，调整出口电压的大小，以此实现对供电系统的智能化控制。
Claims (2)
1.一种海上浮式水电联产平台，其特征在于：包括发电系统，海水淡化系统，承载浮体和供电系统；
发电系统包括槽式太阳能热发电和风力发电两部分；
槽式太阳能热发电部分包括槽式聚光装置(2)、双罐储热装置、热交换装置(4)、汽轮发电机组(9)、给水泵(12)；槽式聚光装置(2)放置甲板(101)上，用于吸收太阳能，其余装置放置于舱室(102)之中；槽式聚光装置(2)中的集热管输出端与双罐储热装置的高温储热罐(3)连接，储存热量；高温储热罐(3)的另一端与热交换装置(4)连接，热交换装置(4)与双罐储热装置的低温储热罐(5)用管路(13)连接，低温储热罐(5)的另一端连接槽式聚光装置(2)的集热管输入端；热交换装置(4)通过给水泵(12)用管路(13)与淡水储存室(16)相连，同时通过管路(13)与汽轮发电机组(9)相连；
风力发电部分，利用风力带动风机叶片旋转带动风力发电机(6)发电；风力发电机(6)置于甲板(101)之上采集风能发电，发出电量直接通过输电线送入供电系统中；
海水淡化系统包括低温多效海水淡化装置(8)、海水泵(11)、格栅栅栏(10)、海水储存室(15)、淡水储存室(16)；汽轮机发电机组(9)通过蒸汽管道与低温多效海水淡化装置(8)的第一效蒸发器(805)连接，并依次连接第二效蒸发器(806)和第三效蒸发器(807)；海水泵(11)通过格栅栅栏(10)与海水储存室(15)连接；低温多效海水淡化装置(8)与海水储存室(15)用管路(13)连接，并通过淡水管道(804)与淡水储存室(16)连接，淡水储存室(16)的淡水一部分通过给水泵(12)泵入热交换装置(4)进行换热；低温多效海水淡化装置(8)设有浓盐水管道(803)通向大海；
承载浮体(1)包括片体(103)、甲板(101)、舱室(102)、支柱(104)、稳摇鳍(106)和横撑(105)，为箱式结构；支柱(104)一端垂直安装连接在片体(103)之上，另一端连接舱室(102)下面钢板，两支柱之间安装有三根横撑(105)；片体(103)是空心椭球体，每个片体(103)上安装有稳摇鳍(106)；甲板(101)为双层，第一层甲板放置槽式聚光装置(2)和风力发电部分，舱室(102)内放置其他装置；
供电系统包括整流器(702)、滤波器(703)、逆变器(704)、变压器(705)、控制器(706)、蓄电池；供电系统置于舱室(102)内，风力发电机(6)和汽轮发电机组(9)发出电量通过输电线连接整流器(702)，整流后经滤波器(703)消除干扰杂讯得到“洁净”直流电，直流电一路送至蓄电池进行存储；另一路经逆变器逆变后变为交流电；在出口电压低于用电系统最低要求的电压时，蓄电池中的直流电从逆变器(704)的直流输入端进入，在逆变器(704)逆变作用后以交流电的形式从逆变器(704)交流输出端输出；变压器(705)与逆变器(704)的交流输出端相接，变压器(705)将交流电变压后送至控制器(706)；控制器(706)以输电线与变压器(705)相连，获取来自变压器(705)的频率信号和电压信号并进行处理，以功率控制的方式将反馈信号送至风力发电机(6)和汽轮发电机组(9)，调整出口电压的大小，以此实现对供电系统的智能化控制；
所述的槽式聚光装置(2)通过太阳能追踪装置使得槽式聚光镜一直正对太阳，以保持获得最大辐射能；太阳追踪装置包扩采集器和追踪控制器，采集器放置于聚光镜上用来收集太阳光信息，之后传递给追踪控制器，追踪控制器通过分析计算后控制槽式聚光装置(2)中伺服电机，伺服电机带动聚光镜调整角度，使聚光装置(2)保持获得最大辐射能。
2.根据权利要求1所述的海上浮式水电联产平台，其特征在于：所述槽式聚光镜上抛物面凹面加装低反射玻璃，凸面喷涂防腐蚀保护膜，以防止海水盐碱腐蚀。
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