CN108540049A - 用于微藻养殖的风光互补供电系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
用于微藻养殖的风光互补供电系统及其施工方法，属于水产养殖领域，用于解决充分利用海上可再生资源的问题，技术要点是包括风力发电系统、太阳能发电装置及浮式网箱(6)，所述的风力发电系统与风机的塔筒(4)顶部固定，塔筒(4)的底部与浮式网箱(6)固定连接，浮式网箱(6)的底部具有被固定于海床上的锚泊线(7)，塔筒(4)的中部或中上部安装有太阳能发电装置，所述的风力发电系统、太阳能发电装置的电力运输系统与浮式网箱(6)的供电系统连接，效果是实现了风电互补的微藻养殖。
Description
技术领域
本发明是属于海洋可再生能源利用技术和水产养殖工程技术领域，其中涉及了一种风能-太阳能联合发电装置和浮式网箱系统，是用于微藻养殖的、风能和太阳能相结合的集成供电系统。
背景技术
海上风能、太阳能都是海洋可再生能源，而浮式微藻养殖网箱技术是目前炙手可热的一种新型养殖技术。风力发电是目前最具可规模化和商业化发展前景的可再生能源。海上风电是国际风电发展的新方向，引起了各个国家的重视。发展海上风电对我国环境污染的治理和能源结构的调整都具有重要意义。海上尤其是中远海区域日照充沛，具有丰富的太阳能资源，并且太阳能发电经过了多年的研究，技术相对成熟，输出功率稳定。然而，海上环境条件复杂，气候多变，风力发电和太阳能发电都有制约其发展的因素，能量转化率较低，发电成本较高，一定程度上限制了其商业化和规模化。微藻有望用于替代石油的生物燃料进行生产，但受高生产成本的限制，而采用浮式网箱进行微藻养殖可有效的提高微藻养殖在深远海地区的产业化。。该发明的光生物反应器(PBR)是海藻培养系统的关键组成部分，它对海藻培养过程的发展具有重要的意义。
冬季的风能资源丰富但太阳能资源欠缺，所以该发明在冬季主要使用风机发电，太阳能发电为辅；在夏季，主要通过太阳能电池板发电，以风机发电为辅。传统微藻养殖采用柴油发电机为微藻养殖提供能源，成本较高，且污染严重。该发明将海上风电开发、太阳能资源和微藻养殖技术有机的结合起来，可以有效的提高海上风电的发电能力，提高整体发电系统的性能和风电场的经济性，推动浮式网箱的微藻养殖的商业化，是解决海上可再生能源的综合利用，降低可再生能源发电成本的有效途径之一。
发明内容
为了解决充分利用海上可再生资源的问题，本发明提出如下技术方案：
一种用于微藻养殖的风光互补供电系统，包括风力发电系统、太阳能发电装置及浮式网箱，所述的风力发电系统与塔筒顶部固定，塔筒的底部与浮式网箱固定连接，浮式网箱的底部具有被固定于海床上的锚泊线，塔筒的中部或中上部安装有太阳能发电装置，所述的风力发电系统、太阳能发电装置的电力运输系统与浮式网箱的供电系统连接。
进一步的，所述风力发电系统包括风机、机舱舱、尾翼、电力传输系统，所述的机舱一端连接风机，另一端连接尾翼，并由机舱与塔筒的顶部固定连接，所述的机舱与电力运输系统连接。尾翼主要用于风机的被动艏摇控制，保证风机始终处于对风方向。
进一步的，所述的风机为千瓦级的小型水平轴风力发电机。
进一步的，所述的太阳能发电装置包括太阳能电池板主体，太阳能电池板主体主要是由硅材料制成，包括EVA、钢化玻璃、铝合金外框和发电主体，由EVA粘结固定钢化玻璃和发电主体，并将其固定在铝合金框架内。
进一步的，浮式网箱主要是由30根圆筒相互焊接而组成的一种正六面体网箱结构，表面由网衣相互连接，网箱内部有培养微藻菌种的塑料薄膜，浮式网箱通过锚泊线固结在海床上，使浮式网箱在六个自由度上有摇摆运动。
一种用于微藻养殖的风光互补供电系统的安装方法，包括如下步骤：
S1.用现有的海上浮式网箱施工工艺，将浮式网箱湿拖至养殖区域，用连接在浮式网箱的底部的三根锚链将浮式网箱固连在海床上，将浮式网箱与塔筒固定连接；
S2.将太阳能发电装置安装到塔筒上；
S3.将风力发电系统安装到塔筒的顶部，施工安装结束。
有益效果：所述系统可以提高海域的有效利用率，降低了建设成本和维修费用，充分利用风电技术和太阳能发电技术，并结合浮式网箱技术用于微藻养殖，推动生物燃料技术的发展，促进浮式网箱技术的进步，这是一种可靠可商业化的海上可再生能源的发电平台。
附图说明
图1是本发明的用于微藻养殖的风光互补供电系统的结构图
图2是本发明微藻养殖薄膜的局部正视图
图3是本发明微藻养殖薄膜的局部俯视图
图中：1风机；2机舱；3尾翼；4塔筒；5太阳能电池板；6浮式网箱；7锚泊线；8网衣；9塑料薄膜；10微藻。
具体实施方式
实施例1：图1和图2出示了本发明所述的用于微藻养殖的风光互补供电系统，更明确的说，是一种用于微藻养殖的浮式风能-太阳能集成发电系统，使风力发电系统、太阳能发电装置及浮式网箱6三者共享支撑结构和供电传输系统。在海洋中系统建立风能、太阳能和浮式网箱于一体的集成系统，既可以用于发电，也可用于微藻养殖，具有优势互补，能源共享的特点，该发明可以充分利用海上可再生资源，从而达到提高利用效率并且降低集成系统发电总成本的目的，提高海上风电场的整体经济效益，降低风能、太阳能发电成本，也可以降低浮式网箱微藻养殖的高生产成本。
一种用于深海微藻养殖的风能-太阳能集成发电系统，小型风力发电机、太阳能板的太阳能集成发电结构以及浮式网箱系统，包括小型风力发电系统、太阳能板的太阳能发电装置和浮式网箱装置；
所述的风力发电系统包括风机1、机舱2、尾翼3、塔筒4、锚泊系统和电力运输系统；所述的风机1通过塔筒4与浮式网箱6相连，浮式网箱6通过锚泊线7固定在海床上；所述的太阳能发电装置即太阳能电板5通过套筒固定在塔筒4上；所述的浮式网箱装置与塔筒底端固结，浮式网箱的底部通过三个锚泊线7固连在海床上，实现平台的稳定；
所述的太阳能发电装置5包括太阳能电池板主体，太阳能电池板主要是硅材料制成，包括EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)，钢化玻璃，铝合金外框和太阳能电池，太阳能电池板主要是吸收太阳光，所以对EVA的透光率要求较高，太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接将太阳能转化成电能；
所述的浮式网箱装置包括网衣8、塑料薄膜(PBR)9和微藻10，该发明的浮式网箱结构主要是由30根圆筒相互焊接而成组成的一种正六面体网箱结构，表面由网衣相互连接，网箱内部有塑料薄膜PBR,塑料薄膜里培养着微藻菌种，浮式网箱由三根锚泊线固结在海床上，使浮式网箱可以在六个自由度上有摇摆运动，增加氧气含量，促进微藻的的光合作用。
所述的风机1为千瓦级的小型水平轴风力发电机。
所述的太阳能发电装置5是由硅材料制成的太阳能电池板。
本发明充分利用了小型风力发电机，和太阳能装置、浮式网箱共享支撑结构和电力运输系统。
本发明所述的用于微藻养殖的风能-太阳能集成发电系统，其特征在于采用的是千瓦级的小型风力机和太阳能板的能源集成发电系统，当天气晴朗无风时，太阳能电板吸收太阳能，将太阳能转化成电能，当海上光照不充沛时，通常伴有强风出现，小型风力机可以将风能转化成电能，两者的集成系统可以有效地实现能源互补，相互促进，更好的维持该集成发电系统，而浮式网箱的正六面体结构可以有效地减小波浪载荷，同时也能保证平台具有一定的摇摆运动，促进微藻的光合作用。
本发明的有益效果：
1、小型风机结构简单、施工便利、建造成本低、适用性强。
2、将海上风电同太阳能发电装置和浮式网箱结构相结合，公用海上浮式平台、变压、输电等设备，提高了系统的整体发电功率，增加了发电量，同时微藻养殖中混合的能量消耗会导致藻类生物燃料的负能量平衡，这是制约藻类生物燃料商业化的一个巨大障碍，所以，使用可再生能源发电，如太阳能或风能，可以有效的解决这个问题。
3、太阳能发电装置可以弥补海上无风情况下该系统的能源供应。
4、该新型浮式风能-太阳能集成发电系统和浮式网箱系统可以提高海域的有效利用率，降低了建设成本和维修费用，充分利用已经成熟的风电技术和太阳能发电技术，并结合浮式网箱技术用于微藻养殖，推动生物燃料技术的发展，促进浮式网箱技术的进步，这是一种可靠可商业化的海上可再生能源的发电平台。
如图1所示，小型风机1通过塔筒4和浮式网箱结构6通过锚泊系统7固连在海床上，锚泊系统7是固定在浮式网箱6上的锚泊线。太阳能发电装置设置在塔筒上，距离水平面有一定距离，一般即是位于塔筒的中上部，以便获得更多的光照，太阳能板上有钢化玻璃为保护发电主体，具有一定的透光率，EVA用来粘结固定钢化玻璃和发电主体的，太阳光照到光电二极管上时，太阳电池主板(光电二极管)就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。浮式网箱结构的顶部与风机塔筒底部相连，其底部通过三根锚链固连在海床上，浮式网箱结构内部有一种塑料薄膜，里面养殖着微藻用于提供生物燃料，它们共同被放置在这个由水动力驱动的能够摇摆的浮式网箱结构平台上。
该方法为：小型风力发电机1在风力作用下产生电能；而太阳能电池板装置与风机塔筒相连，太阳光照射太阳能电池板时，通过光电效应，太阳能电池板把太阳能转化成电能。风力发电机产生的电能和太阳能电池板产生的电能汇集后用于浮式网箱的微藻养殖的电力供应，尤其是采用风光互补，在风况条件不佳时，主要由太阳能电池板提供电力，在日照条件不好时，主要由风力机提供电力，以保障微藻养殖的电力供应。
用于微藻养殖的风能-太阳能集成发电系统的安装施工流程如下：首先，用现有的海上浮式网箱施工工艺，将浮式网箱湿拖至养殖海域，用连接在浮式网箱的底部三个锚链7固连在海床上，使整个系统的下部结构在海面上可以稳定；其次将塔筒通过专业的施工船舶运至到指定的海域上并安装，再将太阳能发电装置安装到塔筒上；最后将小型风力发电机安装到塔筒的顶部，这就完成了用于微藻养殖的风能-太阳能集成发电系统的施工安装。
由此，本发明采用的结构基础稳定性较高，安装施工简便，成本较低；风力发电、太阳能发电和浮式网箱系统在同一个支撑结构上完成，使三者共享一个支撑结构和电力输送配套系统，一定程度上降低了发电成本，同时也能用于浮式网箱的微藻养殖；这种结构更加稳定，布局更加稳定，抗风和波浪载荷能力显著增强，同时保证了浮式网箱在不同方向的摆动，为微养殖提供更多的氧气，进一步的说明了该发明的可实施性和可商业化具有显著的技术性。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于微藻养殖的风光互补供电系统，其特征在于，包括风力发电系统、太阳能发电装置及浮式网箱(6)，所述的风力发电系统与塔筒(4)顶部固定，塔筒(4)的底部与浮式网箱(6)固定连接，浮式网箱(6)的底部具有被固定于海床上的锚泊线(7)，塔筒(4)的中部或中上部安装有太阳能发电装置，所述的风力发电系统、太阳能发电装置的电力运输系统与浮式网箱(6)的供电系统连接。
2.如权利要求1所述的用于微藻养殖的风光互补供电系统，其特征在于，所述风力发电系统包括风机(1)、机舱(2)、尾翼(3)、电力运输系统，所述的机舱一端连接风机(1)，另一端连接尾翼(3)，并由机舱与塔筒(4)的顶部固定连接，所述的机舱(2)与电力运输系统连接。
3.如权利要求2所述的用于微藻养殖的风光互补供电系统，其特征在于，所述的风机(1)为千瓦级的小型水平轴风力发电机。
4.如权利要求1所述的用于微藻养殖的风光互补供电系统，其特征在于，所述的太阳能发电装置包括太阳能电池板主体，太阳能电池板主体主要是由硅材料制成，包括EVA、钢化玻璃、铝合金外框和发电主体，由EVA粘结固定钢化玻璃和发电主体，并将其固定在铝合金框架内。
5.如权利要求1所述的用于微藻养殖的风光互补供电系统，其特征在于，浮式网箱(6)主要是由30根圆筒相互焊接而组成的一种正六面体网箱结构，表面由网衣(8)相互连接，网箱内部有培养微藻菌种的塑料薄膜(9)，浮式网箱(6)由锚泊线(7)固连在海床上，使浮式网箱(6)在六个自由度上有摇摆运动。
6.一种用于微藻养殖的风光互补供电系统的安装施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.用现有的海上浮式网箱(6)施工工艺，将浮式网箱(6)置于海面上，用连接在浮式网箱(6)的底部的三个锚链将浮式网箱(6)固连在海床上，将浮式网箱(6)与塔筒(4)固定连接；
S2.将塔筒运输到指定的海域并安装，再将太阳能发电装置安装到塔筒(4)上；
S3.将风力发电系统安装到塔筒(4)的顶部，施工安装结束。
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- 2018-06-28 CN CN201810688694.0A patent/CN108540049A/zh active Pending
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