CN108590943A - 一种水下海洋流发电平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下海洋流发电平台，包括：设置在海底的大能量输送管和设置在陆地上的储能器（85），其中，在海底安装多个水下发电平台（82），通过小能量输送管（23）和大能量输送管连接，其中，间隔型安装的水下发电平台（82）通过大能量输送管（81）和上述储能器（85）相连接，并且，在大能量输送管（81）上设置有第一开关（91），此外，所述储能器（85）还连接有空气压缩管（84），储能器并通过小压力管连接到液压马达（88），液压马达（88）连接到电球（87），电球（87）连接到变电站（86），最终连接到电网（89）上。

Description

一种水下海洋流发电平台

技术领域

本发明属于一种水下海洋流发电平台。

背景技术

在宽阔的海洋，平时流水的流速一节左右，在各大洲之间的海峡，和各大陆与海岛之间海峡的流水平时流速都有约一到五节，有的海峡二头陆地形成喇叭口状，平时流速有约二到六节，如在海洋黑流带海域，流水就更急，因此海洋流有着巨大而取之不尽的发电能量。

作为海洋上的固定点和水轮机着力点的发电平台，不管建设在水面发电或将变速箱和电球密封好潜入海底发电，都用钢铁过多成本过高，据英国目前投资规模最大的项目，平台总重量一千一百吨。据网上报道我国舟山发电项目平台总重量二千五百吨。

我们团队自2015年发明了一种海水发电系统，以储能方式发电以来，技术人员一直潜心于䧏低海洋流发电各方面成本的研究，希望在海洋流发电方面能成规模发展生产，在原有技术的基础上不断努力，经几年来多方面试验、在水轮机增加海洋流能量收集、增加发电量方面採取低转速大功率试验取得了可喜的成绩。在降低海电输送成本方面以海水为发电介质，将海洋流能量输送到陆地上的储能器，储能发电，马达、电球安装在陆地上，以输送能量的方式，取代海上建电塔从海面拉线或海底电缆送电方式，从而降低了海电输送的成本。在海洋流发电平台降低成本的研究方面，占对单柱式双柱式水下发电平台的研究也取得了突破性进展。经试验、计算证明，在三十米深水装机发电，如用单柱式水下发电平台，用钢铁一百吨就可以，双柱式水下发电平台用钢铁一百五十吨就可以，水轮机直经二十米，年平均发电功率约四百千瓦时。如在五十米深水装机发电，单柱平台用钢铁二百吨就可以，双柱平台用钢铁三百吨就可以。水轮机直径四十米，年平均发电功率约二兆瓦时。因此我们解决了海洋流发电平台造价过高的难题。

海洋流发电方法很多，目前常见的海洋流发电都是由流水推动水轮机转动，水轮机带动变速箱，变速箱带动电球发电。海洋流水六个小时涨得最高，六个小时又退得最低，日夜一样循环，只是涨退的时间每天或每夜都不同。如今天六点开始涨潮，六到八点这二个小时流水的流速从零续步升到约二节，这个时间段水轮机是无力带动电球发电的，因为流速小水轮机力本来就不大，又经变速箱将其一转变速约二百转，实际上也就是将水轮机的力变小了约二百倍，因此水轮机的力就不足以拖动电球发电，在八点到九点半流水由二节续步加速到三节四节或五节就正常发电，九点半到十点这半小时，由于潮水将要涨满，流速又回到三节左右，十一点至十二点由于流水已续步涨满，流速就由约二节续步减到零节，这二小时水轮机同样拖不动电球，因此水轮机对海洋流能量收集是很少的，因为头尾四小时较小流速的能量无法收集而浪费。潮汐是每天一潮水，即涨六小时，退六小时，毎夜同样一个潮水，只是每个潮水的高低潮位，和涨退的时间有所不同。海洋流发电由于水轮机带变速箱再带电球发电，一般在试验过程中，为追求转速快而将叶片做得比较小，装二块或三块叶片。海洋流速直接推动力如有一百吨，因水轮机接受推力向一则转动，发电只是用则面的转动力，因此水轮机则力也只相当于正面推力的约百分之四十，六小时一朝水，水轮机只能二小时带动电球发电，将前后四小时较小流速的能量浪费丢，因此目前国内外试验，未经蓄能就以水轮机带动变速箱带动电球发电的方式，只能收集利用到海洋流约百分之二十的能量。

在海洋能量收集方面我们经多年试验总结经验，我们水轮机根据不同水深与不同流速用二到十个叶片，水深可用多个细长叶片，水浅可用少短宽叶片，由于水轮机转速受水的阻力影响，小叶片的转速虽多些，但水轮机叶片面积大功率就大。水轮机叶片正面流水的角度对海洋流能量的收集也非常重要，我们水轮机叶片正面流水是二十六度到四十度之间，根据流速的快慢和叶片的大小长短可灵活调整角度，角度以收集到海洋流最大能量为好。我们己不採取水轮机带变速箱再带电球发电的方式，目前我们是水轮机带动多管液压泵，将前后流速较小的能量和中间二小时流速较快的能量一起收集到蓄能器，因此我们对海洋流能量的收集利用率达到约百分之四十。

海洋流发电国内外未能够大规模发展生产，与以上分析的几方面有着直接的关系，目前我们公司团队改决以上各方面难题，将对海洋流发电的发展起到重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水下海洋流发电平台。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种水下海洋流发电平台，包括：设置在海底的大能量输送管和设置在陆地上的储能器（85），其中，在海底设置多个水下发电平台（82），且通过小能量输送管（23）和大能量输送管相互连接，其中，间隔型安装的水下发电平台（82）通过大能量输送管（81）和上述储能器（85）相连接，并且，在大能量输送管（81）上设置有第一开关（91），此外，所述储能器（85）还连接有空气压缩管（84），储能器并通过小压力管连接到液压马达（88），液压马达（88）连接到电球（87），电球（87）连接到变电站（86），最终连接到电网（89）上。

优选的是，所述间隔型安装的水下发电平台（82）具体包括：单柱式水下海洋流发电平台和/或双柱式水下海洋流发电平台。

优选的是，所述单柱式水下海洋流发电平台包括：第一安装柱和单柱式水轮机，其中，所述第一安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）和翼板（13），其中，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，且高12米；翼板（13）长约20米，位于地面之下；所述单柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)，其中，牛腿挿入第一安装柱上，并且，牛腿上设置内轴心，所述内轴心穿过上述多管液压泵，同时，又连接外轴心，所述外轴心和多管液压泵内径连接，外轴心链接核心筒，核心筒上设置多个与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22），其中，小能量输送管（23）连接上述多管液压泵（26）。

优选的是，所述双柱式水下海洋流发电平台包括：两个第二安装柱和双柱式水轮机，其中，二条第二安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）和翼板（13），并且，第二安装柱位于水面之下，且最高端距离水面27米，同时，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，翼板（13）长约30米，并穿透水底地面到地下30米，其中，所述双柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)、牛腿柄（241）和吊码（28），其中，两个第二安装柱之间设置所述双柱式水轮机，水轮机二个牛腿挿八二条安装柱内。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，

图1是单柱式水下海洋流发电平台的示意图；

图2是单柱式水轮机的示意图；

图3是单柱式水下海洋流发电平台与水轮机安装图；

图4是双柱式水下海洋流发电平台的示意图；

图5是双柱式水轮机的示意图；

图6是双柱式水下海洋流发电平台与水轮机安装图；

图7是陆地上建好放到水下使用位置，再在底盘四周打桩的双柱式平台示意图；

图8是本发明水下海洋流发电平台的结构示意图；

图9是水轮机与水下海洋流发电平台安装专用工程船的示意图；

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图所示，一种水下海洋流发电平台，包括：设置在海底的大能量输送管和设置在陆地上的储能器（85），其中，在海底设置多个间隔型水下发电平台（82），且通过小能量输送管（23）和大能量输送管相互连接，其中，间隔型安装的水下发电平台（82）通过大能量输送管（81）和上述储能器（85）相连接，并且，在大能量输送管（81）上设置有第一开关（91），此外，所述储能器（85）还连接有空气压缩管（84），储能器并通过小压力管连接到液压马达（88），液压马达（88）连接到电球（87），电球（87）连接到变电站（86），最终连接到电网（89）上。

优选的是，所述间隔型安装发电平台（82）具体包括：单柱式水下海洋流发电平台和/或双柱式水下海洋流发电平台。

优选的是，所述单柱式水下海洋流发电平台包括：第一安装柱和单柱式水轮机，其中，所述第一安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）和翼板（13），其中，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，且高12米；翼板（13）长约20米，位于地面以下；所述单柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)，其中，牛腿挿入第一安装柱上，并且，牛腿上设置内轴心，所述内轴心穿过上述多管液压泵，同时液压泵又连接外轴心，所述外轴心有链接核心筒，核心筒上设置多个与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22），其中，小能量输送管（23）连接上述多管液压泵（26）。

优选的是，所述双柱式水下海洋流发电平台包括：两条第二安装柱和双柱式水轮机，其中，两条第二安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）和翼板（13），并且，第二安装柱位于水面之下，且最高端距离水面27米，同时，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，翼板（13）长约30米，并穿透水底地面达到地下30米，其中，所述双柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)、牛腿柄（241）和吊码（28），其中，两条第二安装柱之间设置所述双柱式水轮机，水轮机二条牛腿挿入二条安装柱内。

其中，本发明的优点在于：

一、水下单柱式、双柱式海洋流发电平台。

二、水轮机直径长、叶片面积大、功率大。

三、水轮机用二至十个叶片，叶片直面流水成二十六到四十度角，根据流速快慢和叶片大小可以调整。收集能量约百分之四十。

四、大能量输送管，可降低海电输送成本。

五、多管液压泵的能量收集与能量输送。

六、水轮机的设计。

七、水下海洋流发电平台的设计。

八、水下发电平台与水轮机的安装，安装工程船。

九、蓄能器及一、二、三级蓄能。

十、水下海洋流发电平台规模化生产。

其中，水下海洋流发电平台的设计：

单柱式、或双拄式发电平台是在海床上打一条桩，或二条桩，由于流水对水轮机推力很大，桩铁的厚度要根据水轮机叶片的面积大小，和叶片正面流水的角度，以及装机位置最大流速，计算岀最大的发电功率，决定使用直径多大、铁多厚的桩柱，如考虑桩柱的力度不够、还要在桩拄四周用铁版作为加强筋，避免水轮机推力过大而将桩柱折弯。如计算桩口力度不够，水轮机牛腿可能会将桩柱口翘变型，可在加力钢板外面再㧜上一圏或二圈较厚较大的圆钢管圈以再加力。如计算海床泥土硬度不够，可在柱子地面以下增加二块到四块翼板，翼版的大小长短可根据地质钻探资料计算决定。双柱式平台也可以在陆地上建好放到使用位置再在底盘的四周打桩，由于陆地上建造时主桩背后用斜桩顶着，不需要铁版作为加力，陆地上建好的双柱式平台用铁量相对较多些。

其中，打桩：

桩柱各方面技术、设计、生产好后，通过打桩船打桩到使用地点，我国海上打桩技术十分成熟，万吨打桩船一次可同时打几条几米直径的大桩。本发明适合水深三十米到一百米海洋流发电作业，打桩方面国内打桩船完全可以解决问题，根据自己装多大和多少发电桩柱平台的需要，可㧥择大型或中型打桩船。单柱平台就是打桩船将一条桩打到使用位置，如在三十米深水装机，桩长约需要五十二米，打桩入海床地下四十米，地面以上保留十二米就可以。

如在五十米深水装机，桩长约需要八十三米，打桩入海床地下六十米，地面以上保留二十三米，（地质是根据琼洲海峡，新埠岛海洋流发电项目钻探资料计算）如属纯沙质海床基础，打入地下部分的桩柱根据计算可适当用短些。

其中，水下海洋流发电平台与水轮机的安装：

水轮机是由内轴心、外轴心、牛腿、核心筒、叶片、多管液压泵拼装而成，如三十米深水装机，二十米直径水轮机的总重量约八十吨，由于水轮机每个叶片都是空心的，牛腿揷入单柱平台安装浮力与重量基本持平，因此水轮机自身的重量不会产生翘力，二十米直径水轮机年平均发电功率约四百千瓦时。如在五十米深水装机，水轮机直径四十米，总重量约二百吨，年平均发电功率约二兆瓦时。水轮机生产好后，装上安装专用工程船，安装工程船上也有二条与水下双柱式发电平台一样的立拄，立柱二边搭有工作平台（83），水轮机就是在立柱上安装叶片，水轮机叶片安装好后，工程船通过卫星定位系统，找到水下海洋流发电平台，在潮水涨得最高或退得最低无流速时，用吊机将水轮机从船上专用位置吊起放到水下，让水轮机牛腿挿入水下平台管口，潜水员将小能量输送管和大能量输送管的对接口接好就可以，到流水流动时，水轮机转动就收集海洋流能量发电。如水轮机在水下使用时间长，需要维修或维护，在潮水涨得最高或退得最低无流速时，潜水员潜入水下拆开小能量输送管接口，并挂上吊水轮机的二个挂钩，工程船就将水轮机吊到船上，牛腿挿入船上专用柱管口，工作人员就可以在船上的平台（83），做维修或维护工作。

其中，海洋流发电原理：

海洋流发电有多种方式，目前常见的是海洋流推动水轮机转动，水轮机带动变速箱，变速箱再带动电球发电。建电塔将电线拉到陆地上，或海底电缆送电。直接带电球发电由于水轮机受海洋流不均匀不稳定的影响，发岀的电流电压非常不稳定，如接上灯泡，光线每秒钟有十几次的闪烁，因此需要稳压、变压连网。发电过程需在海面上建发电平台安装电球等设备发电，或将变速箱电球等密封好潜入海底发电，不管水面或密封潜到水下，成本相对较高。由于是直接拖动电球发电，水轮机只能够收集到海洋流推力约百分之二十的能量，发电成本较高。因此投资回收期相对较长。

目前我们发明了蓄能发电系统，蓄能发电系统是水轮机将海洋流大小不均匀不穏定的海洋流能量收集输送到蓄能器，蓄能器约半小时将能量蓄到八十公斤压力以上，释放能量推动液压马达转动带动电球发电。蓄能发电方式不用海底电缆输电，也不用建电塔从海面拉线送电，只是水轮机转动带动多管液压泵将发电介质通过钢管输送到蓄能器，蓄能器是安装在海边陆地上，同时蓄能器也安装有空气压缩管，液压马达和电球也是安装在陆地上，如水轮机多，输来能量多，电球用不完，蓄能器就将能量蓄起来，压力表就显示压力升高，如水轮机输来能量少不够八十公斤发电能量时，所蓄能量可返馈增加能量保证正常发电。发电的时间长短拫据蓄能器的大小和所蓄能量的多少。蓄能器越大越好，如蓄能器大也可在中间增加一个或二个开关，将蓄能器分为一级蓄能，二级或三级蓄能，在一级蓄能压力升高时，可通过开关控制压力，二级或三级蓄能主要是控制发电压力的稳定性。

我们发明了单拄式，双拄式水下发电平台，也正因为我们发明了蓄能发电系统，才可以用得上单柱式、双柱式发电平台，才能将海洋流一个潮水六个小时的能量全部收集起来。单柱式、双柱式发电平台比国内外直接带电球发电方式的平台降低了成本。但水轮机带变速箱直接带电球发电的方式无法使用单柱式或双柱式水下发电平台，因此单柱式、双柱式水下海洋流发电平台只适合蓄能发电方式使用。

从以上论述中，本海洋流发电系统适合三十米深水到一百米深水发电作业，解决了海洋流发电平台建设中的用铁过多造价过高问题，和解决了增加海洋流能量收集的难题，以及解决了海电输送线路过长成本过高难题，降低了各方面投资成本，大大宿短了投资回收期。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水下海洋流发电平台，其特征在于，包括：设置在海底的大能量输送管和设置在陆地上的储能器（85），其中，在海底安装多个水下发电平台（82），且通过小能量输送管（23）和大能量输送管连接，其中，间隔型安装的水下发电平台（82）通过大能量输送管（81）和上述储能器（85）相连接，并且，在大能量输送管（81）上设置有第一开关（91），此外，所述储能器（85）还连接有空气压缩管（84），储能器并通过小压力管连接到液压马达（88），液压马达（88）连接到电球（87），电球（87）连接到变电站（86），最终连接到电网（89）上。

2.根据权利要求1所述的水下海洋流发电平台，其特征在于，所述间隔型安装的水下发电平台（82）具体包括：单柱式水下海洋流发电平台和/或双柱式水下海洋流发电平台。

3.根据权利要求2所述的水下海洋流发电平台，其特征在于，所述单柱式水下海洋流发电平台包括：第一安装柱和单柱式水轮机，其中，所述第一安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）和翼板（13），其中，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，且高12米；翼板（13）长约20米，位于地面之下；所述单柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)，其中，牛腿挿入第一安装柱上，并且，牛腿上设置内轴心，所述内轴心穿过上述多管液压泵，同时，又连接外轴心，所述外轴心链接多管液压泵（26）所述外轴心也连接核心筒，核心筒上设置多个与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22），其中，小能量输送管（23）连接上述多管液压泵（26）。

4.根据权利要求2所述的水下海洋流发电平台，其特征在于，所述双柱式水下海洋流发电平台包括：两个第二安装柱和双柱式水轮机，其中，第二安装柱包括：管口三层铁框（11）、加强筋（12）、和翼板（13），并且，第二安装柱位于水面之下，且最高端距离水面27米，同时，管口三层铁框（11）、加强筋（12）位于水底地面之上，翼板（13）长约30米，并穿透水底地面到地下30米，其中，所述双柱式水轮机具体包括：核心筒（21）、与水轮机轴心型成26到40度角的水轮机叶片（22）、小能量输送管（23）、牛腿（24）、内轴心（25）、多管液压泵（26）和外轴心(27)、牛腿柄（241）和吊码（28），其中，两个第二安装柱之间设置所述双柱式水轮机，水轮机二个牛腿挿入二条安装柱内。