CN106505914A - 一种利用海底热液的能量收集装置 - Google Patents

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王超
张蕊
姜晶
张勤勇
张晨贵
牛夷
耿慧远
陈乙德
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N11/002—Generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

该发明公开了一种利用海底热液的能量收集装置，属于利用海底火山释放出的热能进行发电的装置。其发电方式是：当温差发电单元逐渐靠近海底火山喷口时，基于塞贝克效应，利用温差发电单元外部海水与内部低温物质之间形成的温度差进行发电，得到的电能通过整流/滤波单元储存于储能电池中。电池蓄满电后，温差发电单元自主运动到一定距离外的海底电能收集站，把收集的电能转到集中站，然后再次运动到海底火山喷口区域收集电能，如此反复，积少成多。本发明装置生产电能时具有维护周期长、寿命长，并且没有环境污染、可靠性高的特点。利用这一电能，有望获得新的清洁型能源。

Description

一种利用海底热液的能量收集装置
技术领域
海底热液能量收集装置属于利用海底火山释放出的热能进行发电的装置。
背景技术
世界经济的现代化虽然给人们的生活带来了很多便利，但是这种便利是建立在过度消耗化石能源的基础之上的。据统计，目前人类对化石能源的消耗已经超过了现有预测储存量的一半，如果人类对化石能源的消耗速率再增长2％，则这一资源将会迅速枯竭耗尽。因此，寻找新的清洁型能源已经成为最主要的社会问题。
海底热液是几千米深的海底火山释放出的热能加热海水形成的，热液喷口处的温度可达400℃，与周围数米范围内的海水形成较大的温差，而且长期稳定存在。利用这一能源、并将其转换为电能，有望获得新的清洁型能源。传统的海洋温差发电沿用蒸汽轮机技术，先将海洋温差转换为机械能，然后机械能再驱动蒸汽轮机进行发电。整个系统能量转换效率低、体积庞大、控制复杂，难以在海底长期稳定工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用海底热液的能量收集装置；该装置包括集中站和温差发电单元；仿照潜水艇外形设计成可短距离自主运动的温差发电单元；自主运动的温差发电单元配备有螺旋桨、温差发电模块、高密度低温物质、散热单元、整流/滤波电路、储能电池。解决海底热能收集难得问题。
本发明的装置当温差发电单元逐渐靠近海底火山喷口时，由于外部海水与内部低温物质之间形成的温度差，基于塞贝克效应，温差发电单元内的温差发电模块就处于发电状态，储能电池也处于蓄电状态。电池蓄满电后，温差发电单元就会到一定距离外的海底电能收集站，把收集的电能转到集中站，然后再次运动到海底火山喷口区域收集电能，如此反复，积少成多。一个电能收集站类似一个蜂巢，发电单元类似放飞的蜜蜂。数十上百的发电“蜜蜂”不知疲倦的往返于集中站与海底火山喷口区域之间，收集、转运电能。
因此本发明的技术方案为一种利用海底热液的能量收集装置，该装置包括：若干温差发电单元和集中站；所述温差发电单元包括：运动控制模块、温差发电模块、高密度低温物质、散热单元、整流/滤波电路、储能电池、电力传输模块，其中运动控制模块用于温差发电单元的运动控制和路径规划，高密度低温物质位于温差发电单元的核心位置，散热单元位于温差发电单元的外部，高密度低温物质与散热单元之间设置温差发电模块，温差发电模块发出的电力通过整流/滤波电路存储到储能电池中；所述集中站包括：电力接收系统、电力存储系统；其中电力接收系统包括若干电力接收单元，用于同时对多个温差发电单元的电力接收；电力存储系统包括若干电力存储单元。
进一步的，所述温差发电单元中的运动控制模块包括：声呐单元、航迹规划单元、动力输出单元；航迹规划单元根据声呐单元的检测结果规划自身航迹，通过动力输出单元控制温差发电单元的运动。
进一步的，所述集中站还包括电力输出装置，用于将收集的电力向外输出。
基于塞贝克效应的海底热液能量收集装置，当温差发电单元处于发电模式时，完全没有噪音产生，只有在往返于电能收集站时会因小型螺旋桨运动而产生一定的噪音，但由于功率很小，可以忽略不计，因而具有维护周期长、寿命长，并且没有环境污染、可靠性高的特点。利用这一电能，有望获得新的清洁型能源。
附图说明
图1是海底热液能量收集(温差发电单元)装置的工作原理图。
图中△T表示温差发电单元外部温度减去内部温度，曲线“1”时间段与图(1)对应，海底火山喷发区域的高温液体与温差发电单元内部介质的温差实现热-电转换，温差发电单元逐渐靠近海底火山喷发区域时，温差发电单元内部介质的温度也随之升高，因此发电效率呈现先增加后减小趋势；曲线“2”时间段与图(2)对应，温差发电单元已经到达海底火山喷发区域，此时温差发电单元内、外温度达到平衡状态；当温差发电单元的储能电池蓄满电后，如图(3)所示(对应曲线“3”时间段)，温差发电单元将运动到一定距离的海底电能收集站，在这个过程中由于温差发电单元内部的温度高于海水温度，因此实现逆向温差发电，补充由于温差发电单元往返运动所消耗的电能；曲线“4”时间段与图(4)对应，温差发电单元将收集到的电能转到海底电能收集站，然后再次运动到热液区域收集电能，如此反复。
图2是本次发明的一种海底热液能量收集装置的结构示意图。
1.温差发电模块；2.高密度低温物质；3.散热单元；4.储能电池；5.整流/滤波电路；6.供电线。
图3是温差发电模块的原理图。
1.高温端；2.导体；3.低温端；4.储能单元；5.电子；6.空穴。
具体实施方案
温差发电单元的外形仿照潜水艇的外形设计，如图2所示。一方面，对于温差发电单元(图2中1)，为了使发电效率达到最大，优先选择高效的传热系统和半自动散热系统(图2中3)；另一方面，对于储电单元(图2中4)，应用于深海的储能电池必须考虑以下几点：最大工作深度、电池容量、功率密度(即单位体积或重量电池所储存的电能)、充电时间和费用等问题。根据已经在深海得到成功应用的案例，有两种储能电池可供选择：铅酸电池和锂聚合物电池。铅酸电池具有最高的性价比，即存储相同容量的电能所需要的花费最少，但是相比于锂聚合物电池，铅酸电池具有较小的功率密度。锂聚合物电池唯一的缺点就是价格比较昂贵。可短距离自主运动的温差发电单元是在机体中进行电能的储存，可用空间比较小，因此选用锂聚合物电池作为储电电池(图2中4)。
如图1所示，当温差发电单元逐渐靠近海底火山喷口时，由于外部海水与内部低温物质之间形成的温度差，基于塞贝克效应，温差发电单元内的温差发电模块(图2中1)就处于发电状态，产生的电能经过整流/滤波电路(图2中5)储存在蓄能电池(图2中4)中，当储电单元的电池(图2中4)蓄满电后，温差发电单元就会在声波定位仪或动态定位系统的指引下自主运动到一定距离外的海底电能收集站，把收集的电能通过供电线(图2中6)转移到集中站，然后再次运动到海底火山喷口区域收集电能。

Claims (3)

1.一种利用海底热液的能量收集装置，该装置包括：若干温差发电单元和集中站；所述温差发电单元包括：运动控制模块、温差发电模块、高密度低温物质、散热单元、整流/滤波电路、储能电池、电力传输模块，其中运动控制模块用于温差发电单元的运动控制和路径规划，高密度低温物质位于温差发电单元的核心位置，散热单元位于温差发电单元的外部，高密度低温物质与散热单元之间设置温差发电模块，温差发电模块发出的电力通过整流/滤波电路存储到储能电池中；所述集中站包括：电力接收系统、电力存储系统；其中电力接收系统包括若干电力接收单元，用于同时对多个温差发电单元的电力接收；电力存储系统包括若干电力存储单元。
2.如权利要求1所述的一种利用海底热液的能量收集装置，其特征在于所述温差发电单元中的运动控制模块包括：声呐单元、航迹规划单元、动力输出单元；航迹规划单元根据声呐单元的检测结果规划自身航迹，通过动力输出单元控制温差发电单元的运动。
3.如权利要求1所述的一种利用海底热液的能量收集装置，其特征在于所述集中站还包括电力输出装置，用于将收集的电力向外输出。
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US20130019598A1 (en) * 2010-03-31 2013-01-24 Tokyo Institute Of Technology Steam generator and energy supply system using the same
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