CN106592691A

CN106592691A - 一种利用海流能的淡水供给站

Info

Publication number: CN106592691A
Application number: CN201611018315.4A
Authority: CN
Inventors: 宿晓辉; 刘仁强; 张凯旋; 韩瑞琦; 曹耀
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-04-26

Abstract

一种利用海流能的淡水供给站，属于海洋可再生能源技术领域。该淡水供给站按照海洋洋流及潮流分布形成相应海洋区域分布式淡水供给站，为海洋船舶及岛屿提供淡水。该淡水供给站根据当地海流能情况装备若干套海流能海水淡化装置；利用海流能量为海水加压进行海水淡化，产生的淡水存储于沉箱上部空间，为船舶输水，并综合利用剩余能量为系统提供所需电能和其他动力；沉箱的下部空间填充海水，沉箱整体作为淡水供给站的基础平台，海流能海水淡化装置安放于基础平台上。

Description

一种利用海流能的淡水供给站

技术领域

本发明涉及一种利用海流能的淡水供给站，属于海洋再生能源开发领域。

背景技术

能源和环境问题是关乎人类可持续发展所面临的重大问题，目前煤、石油和天然气等不可再生能源的存储量日益减少，发展清洁的可再生能源已成为世界各国的共识。目前对于清洁能源的开发和利用主要集中在储量较大的太阳能和风能等方面，而世界范围内海洋能资源储藏量十分丰富，其中潮流能规律性强，潮流方向稳定、并具有典型的往复性特点；另外，深海中的洋流能具有作用时间长兼方向稳定和速度恒定的特点，开发应用前景十分广阔。

目前针对海洋潮流和海流能的开发，主要集中在利用水流动能发电或海水淡化的领域，利用潮流能发电或海水淡化技术的核心装置是捕获潮流能的水轮机，水轮机享有“水下风车”的美誉，其工作原理与风力发电机相似。然而对于水轮机装置发电与海水淡化受到以下三个方面的制约：第一是水轮机捕获能源及传输问题，潮流能水轮机一般安装在离海岸线具有一定距离的水面之下，其能源传输距离较远，建设传输装置所耗资金量较大，同时能源传输装置维修困难；第二是水轮机安装基础问题。目前潮流能水轮机的安装基础大致分为两类：一类是在海底建设对应的立桩，将水轮机安装在立桩上;另一类是将水轮机安装在浮于海洋表面的浮体上，例如大型的船舶或海上作业平台。第一类基础建设难度较大且经济性较差，第二类浮体的稳定性较差。如将水轮机安装位置临近岸边，则限制了对深海中潮流能的开发。

发明内容

为了解决水轮机目前所面临的三个问题并且考虑到世界沿海和深海地区、大部分岛屿、海上船舶与海上作业平台等较为缺乏淡水资源的现状，故根据专利海流能增压海水淡化及发电装置，提出了基于沉箱基础的一种利用海流能的淡水供给站。

本发明采用的技术方案是：一种利用海流能的淡水供给站，淡水供给站包括基础平台、单个或多个海流能海水淡化装置；其特征是：所述海流能海水淡化装置的中竖直轴水轮机通过第一增速箱安装在偏航叶片上，偏航叶片直接固定在偏航机构上，水平轴水轮机通过第二增速箱固定在偏航机构上，偏航机构通过凹槽与凸台配合与塔筒固定在一起；竖直轴水轮机和水平轴水轮机分别通过第一增速器和第二增速箱与第一传动轴和第二传动轴相接，第一传动轴和第二传动轴通过第一棘轮机构和第二棘轮机构分别与第一直角齿轮和第二直角齿轮衔接，第一直角齿轮与第二直角齿轮相互咬合，与第一直角齿轮配合的第三传动轴通过联轴器依次连接安装在塔筒上的发电机、引水泵和高压泵，高压泵通过高压管与固定在塔筒上的海水淡化装置相连形成一套海流能海水淡化装置；基础平台中过滤装置、蓄电装置、淡水收集器、盐差能发电装置、信号发射器以及中心控制器依次固定在沉箱上部；海流能海水淡化装置通过海水管，浓盐水管，淡水管分别与过滤装置、盐差能发电装置、淡水收集器连接；沉箱上下有两层密闭空间，两侧各有一个小密闭空间，分别为淡水输送室和空气压缩室；与沉箱上层密闭空间联通的淡水输送室顶部安装排水泵和淡水出口，空气压缩室的两个出口处分别安装第一电磁阀和第二电磁阀，固定在沉箱上部的空气压缩机一端连接压缩空气室，另一端通过空气管联通沉箱上下两层密闭空间，空气管上安装液位传感器和第一电磁阀；在沉箱下层密闭空间顶部安装有液位传感器和气压传感器，在底部装有海水泵，海水泵出入口连接沉箱下层密闭空间和外部海水。

所述淡水供给站安置在合适潮流区、合适洋流区域。

所述淡水供给站采用单个或多个海流能海水淡化装置与单个沉箱配合使用的方式。

所述沉箱采用正方体、长方体或多边形棱柱体。

本发明的有益效果是：采用以沉箱为基础的一种利用海流能的淡水供给站能够很好的解决水轮机的安装基础问题，使得水轮机的基础建设成本大大降低，并且实现了海洋中水轮机可移动的可能性，在发生海啸等异常情况下可将海流能的淡水供给站进行转移；通过沉箱下层空间中海水的排放和注入，海流能的淡水供给站可以浮出水面或沉入海底，方便维修等工作在水面之上进行；采用水平轴水轮机和竖直轴水轮机联合安装扩大了流速适用范围，竖直轴水轮机适应于低流速工况，而水平轴水轮机适应于高流速下工作；海流能的淡水供给站通过增加压缩空气室解决了沉箱中两层密闭空间中气压问题；海流能的淡水供给站通过盐差能发电装置有效的利用了高压浓海水的余压能；海流能的淡水供给站更加便捷的实现了海洋能的利用和转换，解决了水轮机捕获海洋能进行远距离传输和高昂的成本问题。

附图说明

图1为一种利用海流能的淡水供给站的海底供给场图。

图2为一种利用海流能的淡水供给站的三维工程图。

图3为图2中的A-A视图。

图4为图3中的B放大图图。

图5为单个海流能海水淡化装置的结构图。

图6为图5中的的C-C视图。

图7为图2中的的D-D视图。

图8为图2中的的E-E视图。

图中：1、淡水供给站，2、海底陆地，3、竖直轴水轮机，4a、第一增速器，4b、第二增速箱，5、偏航叶片，6a、第一传动轴，6b、第二传动轴，6c、第三传动轴，7、偏航机构，8、水平轴水轮机，9、塔筒，10a第一直角齿轮，10b、第二直角齿轮，11a、第一棘轮机构，11b、第二棘轮机构，12、联轴器，13、发电机，14、引水泵，15、高压泵，16、海水管，17、浓盐水管，18、淡水管，19过滤装置，20、盐差发电装置，21、淡水收集器，22、蓄电装置，23、高压管，24、海水淡化装置，25、排水管，26、沉箱，27、中心控制器，28、气压传感器，29、空气压缩机，30、空气压缩室，31、液位传感器，32、海水泵，33a、第一电磁阀，33b、第二电磁阀，33c、第三电磁阀，34、排水泵，35、淡水出口，36、信号发射器，37、淡水输送室，38、空气管。

具体实施方式

图1、2、3、4、5、6、7、8示出了一种利用海流能的淡水供给站的结构图。这种利用海流能的淡水供给站，淡水供给站1包括基础平台、单个或多个海流能海水淡化装置。海流能海水淡化装置的中竖直轴水轮机3通过第一增速箱4a安装在偏航叶片5上，偏航叶片5直接固定在偏航机构7上，水平轴水轮机8通过第二增速箱4b固定在偏航机构7上，偏航机构7通过凹槽与凸台配合与塔筒9固定在一起；竖直轴水轮机3和水平轴水轮机8分别通过第一增速器4a和第二增速箱4b与第一传动轴6a和第二传动轴6b相接，第一传动轴6a和第二传动轴6b通过第一棘轮机构11a和第二棘轮机构11b分别与第一直角齿轮10a和第二直角齿轮10b衔接，第一直角齿轮10a与第二直角齿轮10b相互咬合，与第一直角齿轮10a配合的第三传动轴6c通过联轴器12依次连接安装在塔筒9上的发电机13、引水泵14和高压泵15，高压泵15通过高压管23与固定在塔筒9上的海水淡化装置24相连形成一套海流能海水淡化装置；基础平台中过滤装置19、蓄电装置22、淡水收集器21、盐差能发电装置20、信号发射器36以及中心控制器27依次固定在沉箱26上部；海流能海水淡化装置通过海水管16，浓盐水管17，淡水管18分别与过滤装置19、盐差能发电装置20、淡水收集器21连接；沉箱26上下有两层密闭空间，两侧各有一个小密闭空间，分别为淡水输送室37和空气压缩室30；与沉箱上层密闭空间联通的淡水输送室37顶部安装排水泵34和淡水出口35，空气压缩室30的两个出口处分别安装第一电磁阀33a和第二电磁阀33b，固定在沉箱26上部的空气压缩机29一端连接压缩空气室30，另一端通过空气管38联通沉箱上下两层密闭空间，空气管38上安装液位传感器31和第一电磁阀33a；在沉箱下层密闭空间顶部安装有液位传感器31和气压传感器28，在底部装有海水泵32，海水泵32出入口连接沉箱下层密闭空间和外部海水。

采用上述的技术方案，发电机13产生的电能经过防水电缆直接输送到蓄电装置22中；海水流过过滤装置19，经过海水管16输送到引水泵14中，引水泵对海水进行初步加速加压后输送到高压泵15增压海水，高压海水通过高压管23流入固定在塔筒上的海水淡化装置24（图6），高压海水分为高压浓盐水和淡水，淡水通过淡水管18流经淡水收集器21进入到沉箱26内部上层密闭的空间中；高压浓盐水经过浓盐水管17进入盐差发电装置20，同时，经过过滤装置19的部分海水通过海水管16b进入盐差发电装置（图7），盐差发电装置生产的电能经过防水电缆存储到蓄电装置中22，再次排出的浓盐水与淡水分别经过排水管排出。沉箱26中淡水增多，空气压缩，气压传感器28判断压力到达气压极限，发出指令传入控制中心27，控制中心27控制空气压缩机29工作，调节第三电磁阀33c开放上层密闭空间口气管38，吸收沉箱26上层密闭空间中的空气储存到空气压缩室30中；当沉箱26中存储的淡水将要充满沉箱26上层空间时，液位传感器31（图3）感应到淡水在沉箱26上层的液位，发出指令传入中心控制器27，中心控制器27使得淡水收集器21发生动作，关闭来自海水管16的海水，打开淡水管18，促使进入淡水收集器的淡水直接输送到盐差能发电装置中进行发电。同时，中心控制器27通过信号发射器36对外发出满水信息和具体位置信息，往来船舶、孤岛以及需求淡水的机构反馈信息，中心控制器27控制海水泵32排出沉箱26下层密闭空间中的海水，同时控制打开电磁阀33b，释放压缩空气室30中的压缩空气到沉箱下层密闭空间。当沉箱26下层密闭空间中的海水排空后，淡水供给站浮到水面上释放锚泊设备，中心控制器27控制打开电磁阀33a，释放压缩空气室30中的空气到沉箱上层密闭空间，同时更换蓄电装置22中的蓄电池，并将沉箱26中淡水通过排水泵34经由淡水输送室37和淡水出口35输送到淡水运输船或其他携带设备上。之后淡水供给站的沉箱26下层密闭空间中注入海水，打开空气压缩机29和调节第三电磁阀33c开放下层空间空气管38，吸收下层空间空气，在重力作用下继续沉入海底，进行海水淡化。

Claims

1.一种利用海流能的淡水供给站，淡水供给站（1）包括基础平台、单个或多个海流能海水淡化装置；其特征是：所述海流能海水淡化装置的中竖直轴水轮机（3）通过第一增速箱（4a）安装在偏航叶片（5）上，偏航叶片（5）直接固定在偏航机构（7）上，水平轴水轮机（8）通过第二增速箱（4b）固定在偏航机构（7）上，偏航机构（7）通过凹槽与凸台配合与塔筒（9）固定在一起；竖直轴水轮机（3）和水平轴水轮机（8）分别通过第一增速器（4a）和第二增速箱（4b）与第一传动轴（6a）和第二传动轴（6b）相接，第一传动轴（6a）和第二传动轴（6b）通过第一棘轮机构（11a）和第二棘轮机构（11b）分别与第一直角齿轮（10a）和第二直角齿轮（10b）衔接，第一直角齿轮（10a）与第二直角齿轮（10b）相互咬合，与第一直角齿轮（10a）配合的第三传动轴（6c）通过联轴器（12）依次连接安装在塔筒（9）上的发电机（13）、引水泵（14）和高压泵（15），高压泵（15）通过高压管（23）与固定在塔筒（9）上的海水淡化装置（24）相连形成一套海流能海水淡化装置；基础平台中过滤装置（19）、蓄电装置（22）、淡水收集器（21）、盐差能发电装置（20）、信号发射器（36）以及中心控制器（27）依次固定在沉箱（26）上部；海流能海水淡化装置通过海水管（16），浓盐水管（17），淡水管（18）分别与过滤装置（19）、盐差能发电装置（20）、淡水收集器（21）连接；沉箱（26）上下有两层密闭空间，两侧各有一个小密闭空间，分别为淡水输送室（37）和空气压缩室（30）；与沉箱上层密闭空间联通的淡水输送室（37）顶部安装排水泵（34）和淡水出口（35），空气压缩室（30）的两个出口处分别安装第一电磁阀（33a）和第二电磁阀（33b），固定在沉箱（26）上部的空气压缩机（29）一端连接压缩空气室（30），另一端通过空气管（38）联通沉箱上下两层密闭空间，空气管（38）上安装液位传感器（31）和第一电磁阀（33a）；在沉箱下层密闭空间顶部安装有液位传感器(31)和气压传感器（28），在底部装有海水泵（32），海水泵（32）出入口连接沉箱下层密闭空间和外部海水。

2.根据权利要求1所述的一种利用海流能的淡水供给站，其特征是：所述淡水供给站（1）安置在合适潮流区、合适洋流区域。

3.根据权利要求1所述的一种利用海流能的淡水供给站，其特征是：所述淡水供给站（1）采用单个或多个海流能海水淡化装置与单个沉箱（26）配合使用的方式。

4.根据权利要求1所述的一种利用海流能的淡水供给站，其特征是：所述沉箱（26）采用正方体、长方体或多边形棱柱体。