CN109178228A - 由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，包括半潜式平台主体以及设置在半潜式平台主体上的可持续供电系统、大洋观测系统、综合试验系统、接驳系统、远洋通讯与中继系统、淡水系统和有机废物资源化与能源化利用系统。本发明以大型半潜式波浪能发电平台为载体，建设由波浪能+太阳能+储能+备用柴油发电机组成的海上可持续供电系统；搭载海底、水下、水面、天空探测设备与仪器，配置通用和专用设备，形成完备的观测装备投放、运行、回收支撑体系，保障科考设备在多种工况下安全高效作业；集成天然气水合物、水文、气象等多个研究舱，形成大洋综合实验室，具备在远海长期开展科学研究的试验条件。

Description

由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台
技术领域
本发明涉及海洋科考技术领域，具体为一种由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台。
背景技术
在科技发展的进程中，人类不断地对大自然进行科考探索，但在一些极端地域如太空、极地、海洋上进行长时间的科考工作一直是科学界日益希望攻克的难题，现在人类在太空中建设了太空站，在极地设立了极地科考站，这为人类科学研究带来了有力的支撑，然而唯独海洋缺少用于长期科考的设施。大洋科考呈多样性和交叉性，涉及环境、水文、气象、地质、生物、化学、声学等综合调查和高技术装备的海试与检定，为保障科研工作的连续性和深入性，诸多重要涉海科研工作(大气、环流等)需要长期驻海调查研究。虽然现今有海洋科考船，但因为其能源、淡水及物料补给困难、科研作业空间有限、抗海洋风暴能力差等问题，使其远不能满足长期海上科考的要求，因此亟需一种能提供人类在海上长期稳定地进行科考作业的设施平台。
发明内容
本发明的第一目的是填补可集成多种大洋科考功能的漂浮式大型平台技术的空白；第二目的是为了克服缺乏有效能源供给，大洋科考无法长期驻洋工作的技术难题；第三目的是为了攻克抵御台风等自然灾害的技术，克服常规船舶无法在风暴中生存、工作等缺点，为此本发明提供一种能长期在海上工作并提供有效能源供给的由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，包括：
半潜式平台主体：通过抽排水系统上浮或下潜；四角配置有锚泊系统，可使半潜式平台主体在风暴中保持基本恒定的受力，保障平台稳定运行；底部设有电力推进器，实现动力定位和短距离航行；
可持续供电系统：包括波浪能转换单元、太阳能转换单元、储能单元和备用柴油发电单元，波浪能转换单元设置在半潜式平台主体的两端，用于将波浪动能转化为电能并传送至储能单元进行储存或供给综合设施平台用电所需，太阳能转换单元设置在半潜式平台主体的顶部，用于将太阳能转为电能并传送至储能单元进行储存或供给综合设施平台用电所需；
大洋观测系统：包括位于收放浮坞中的滑翔机、无人船和深潜器，收放浮坞位于半潜式平台主体的一侧，通过半潜式平台主体的上浮或下潜，使收放浮坞中的滑翔机、无人船和深潜器以漂浮状态出舱和回舱；还包括挂载在半潜式平台主体底部的水下探测仪；还包括通过半潜式平台主体配备的大型吊机进行投放的带有锚泊系统的深海探测仪；还包括布置在半潜式平台主体顶部的无人机及浮空器平台、雷达和气象仪，无人机及浮空器平台可搭载多种型号的无人机、浮空器；
综合试验系统：包括设置在半潜式平台主体顶部和内部的天然气水合物研究舱、水文研究舱和气象研究舱；
接驳系统：包括船舶快捷接驳系统和直升机起降平台，船舶快捷接驳系统设置在半潜式平台主体的一侧，用于船舶的靠泊；直升机起降平台设置在半潜式平台主体的顶部，用于直升机的起降；
远洋通讯与中继系统：用于综合设施平台对外的无线通讯，在大洋之中收发信息，通讯中继和指挥保障；
淡水系统：用于制造淡水供给综合设施平台所需；
有机废物资源化与能源化利用系统：设置在半潜式平台主体内部和上部，用于有机物处理和果蔬植物种植，实现综合设施平台小范围生态平衡。
作为上述方案的改进，还包括设置在半潜式平台主体内部的物质储存系统，用于大量储存物料、淡水及电力，为途径该综合设施平台的船只提供补给。
作为上述方案的改进，所述的太阳能转化单元包括设置在半潜式平台主体顶部的双层式太阳能板，该双层式太阳能板可通过传动机构横向移动以达到增加光照面积的目的。
本发明具有以下有益效果：
(1)自持与保障系统。以大型半潜式波浪能发电平台为载体，建设由波浪能+太阳能+储能+备用柴油发电机组成的海上可持续供电、淡水系统；设置避抗台风、海啸等自热灾害袭击的预防、保护和应急设施。
(2)大洋观测系统。搭载海底、水下、水面、天空探测设备与仪器，配置通用和专用设备，形成完备的观测装备投放、运行、回收支撑体系，保障科考设备在多种工况下安全高效作业。
(3)综合试验系统。集成天然气水合物、水文、气象等多个研究舱，形成大洋综合实验室，具备在远海长期开展科学研究的试验条件。
(4)接驳系统。搭建人员与装备接驳平台与接口，使船舶靠泊、直升机起降安全快捷。
(5)有机废物清洁处置系统。针对平台产生各类有机废物，一方面设置高效清洁处置系统，实现其安全处置，以保障人员身心健康和工作环境安全，另一方面，也可在一定程度上缓解平台资源紧张，保障平台稳定运行。
附图说明
图1为本发明的综合设施平台的结构示意图。
图2为本发明的综合设施平台的侧面结构示意图。
图3为图1的A-A面的剖视图。
附图标记说明：1-半潜式平台主体；2-水下探测仪；3-无人机；4-浮空器；5-远洋通讯与中继系统；6-电力推进器；7-收放浮坞；8-闸门；9-波浪能转换单元；10-储能单元；11-太阳能转换单元；12-备用柴油发电单元；13-综合试验系统；14-船舶快捷接驳系统；15-直升机起降平台；16-锚泊系统；17-大型吊机；18-有机废物资源化与能源化利用系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图1至图3所示，一种由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，包括半潜式平台主体1以及设置在半潜式平台主体1上的可持续供电系统、大洋观测系统、综合试验系统、接驳系统、远洋通讯与中继系统、淡水系统、有机废物资源化与能源化利用系统、以及物质储存系统。
半潜式平台主体1采用半潜式结构，通过抽排水系统上浮或下潜，其四角配置有锚泊系统16，锚泊系统16设有弹性装置可使锚链和半潜式平台主体1在风暴中保持基本恒定的受力，保障平台稳定运行；半潜式平台主体1的底部设有电力推进器6，实现动力定位和短距离航行。
可持续供电系统是由波浪能+太阳能+储能+备用柴油发电机组成的海上可持续供电系统，其包括波浪能转换单元9、储能单元10、太阳能转换单元11和备用柴油发电单元12。波浪能转换单元9设置在半潜式平台主体1的两端，可有效降低由波浪引起的半潜式平台主体1动荡，波浪能转换单元9采用现有的漂浮鹰式波浪能发电装置，装机容量1400kW，单向迎波宽度40米，平均波周期6秒，用于将波浪动能转化为电能并传送至储能单元10进行储存或供给综合设施平台用电所需。储能单元10的蓄电能力为10MWh，逆变器功率累计1MW，可输出各种标准电力。太阳能转换单元11设置在半潜式平台主体1的顶部，装机容量600kW，用于将太阳能转为电能并传送至储能单元10进行储存或供给综合设施平台用电所需，采用双层式太阳能板接收太阳光，该双层式太阳能板可通过传动机构横向移动以达到增加光照面积的目的，具有4000平方米可用面积，发电能力0.15千瓦/平方。备用柴油发电单元12作为备用电力，在满负荷工况下备用油料可工作时长15天。
大洋观测系统搭载海底、水下、水面、天空探测设备与仪器，配置通用和专用设备，形成完备的观测装备投放、运行、回收支撑体系，保障综合设施平台在多种工况下安全高效作业；其包括位于收放浮坞7中的滑翔机、无人船和深潜器，收放浮坞7位于半潜式平台主体1内部一侧，并通过闸门8控制其与海面的连通，半潜式平台主体1通过抽排水系统上浮或下潜，使收放浮坞7的滑翔机、无人船和深潜器以漂浮状态出舱和回舱，安全快捷；还包括挂载在半潜式平台主体1底部的水下探测仪2以及通过半潜式平台主体1上配备的大型吊机17进行投放的带有锚泊系统的深海探测仪，以开展不同层面的海洋温、流、盐数据采集；还包括布置在半潜式平台主体1顶部的无人机及浮空器平台、雷达和气象仪，无人机及浮空器平台可搭载多种型号的无人机3、浮空器4，以综合设施平台为基地，开展高空远距离探测。
综合试验系统集成天然气水合物、水文、气象等多个研究舱，形成大洋综合实验室，具备在远海长期开展科学研究的试验条件，包括设置在半潜式平台主体顶部和内部的天然气水合物研究舱、水文研究舱和气象研究舱，同时配置科考人员工作和休息空间及设施，满足科考人员长期驻守本平台开展科学研究工作。
淡水系统用于制造淡水供给综合设施平台所需，有机废物资源化与能源化利用系统18设置在半潜式平台主体1内部和上部，用于有机物处理和果蔬植物种植，实现综合设施平台小范围生态平衡。物质储存系统设置在半潜式平台主体1内部，用于大量储存物料、淡水及电力，为途径本综合设施平台的船只提供补给。
接驳系统包括船舶快捷接驳系统14和直升机起降平台15，用于接驳人员与物资，船舶快捷接驳系统14设置在半潜式平台主体1的一侧，用于船舶的靠泊；直升机起降平台15设置在半潜式平台主体1的顶部，用于直升机的起降。
远洋通讯与中继系统5用于综合设施平台对外的无线通讯，在大洋之中收发信息，通讯中继和指挥保障。
本发明的海上漂浮式综合设施平台，长200米、宽40米、高20米，工作吃水16米，半潜式结构；海洋能源总装机2MW，其中波浪能1.4MW，光伏600kW，能源自给自足，电力推进，满足500kW仪器设备供电需求；具有4000平方顶部平台搭载设备，16000立方生活和办公空间；配置直升机平台，靠泊平台，门吊，旋转吊、绞车等常用、专用设备，搭载深潜器、滑翔机、无人船、无人机、浮空器和可燃冰取样试采塔；满足300名科考人员同时工作，3年自持，船舶或直升机接送轮岗；8级海况下倾角不操过10度，台风来临，人员撤离，平台继续工作。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，其特征在于，包括：
半潜式平台主体：通过抽排水系统上浮或下潜；四角配置有锚泊系统，可使半潜式平台主体在风暴中保持基本恒定的受力，保障平台稳定运行；底部设有电力推进器，实现动力定位和短距离航行；
可持续供电系统：包括波浪能转换单元、太阳能转换单元、储能单元和备用柴油发电单元，波浪能转换单元设置在半潜式平台主体的两端，用于将波浪动能转化为电能并传送至储能单元进行储存或供给综合设施平台用电所需，太阳能转换单元设置在半潜式平台主体的顶部，用于将太阳能转为电能并传送至储能单元进行储存或供给综合设施平台用电所需；
大洋观测系统：包括位于收放浮坞中的滑翔机、无人船和深潜器，收放浮坞位于半潜式平台主体的一侧，通过半潜式平台主体的上浮或下潜，使收放浮坞中的滑翔机、无人船和深潜器以漂浮状态出舱和回舱；还包括挂载在半潜式平台主体底部的水下探测仪；还包括通过半潜式平台主体配备的大型吊机进行投放的带有锚泊系统的深海探测仪；还包括布置在半潜式平台主体顶部的无人机及浮空器平台、雷达和气象仪，无人机及浮空器平台可搭载多种型号的无人机、浮空器；
综合试验系统：包括设置在半潜式平台主体顶部和内部的天然气水合物研究舱、水文研究舱和气象研究舱；
接驳系统：包括船舶快捷接驳系统和直升机起降平台，船舶快捷接驳系统设置在半潜式平台主体的一侧，用于船舶的靠泊；直升机起降平台设置在半潜式平台主体的顶部，用于直升机的起降；
远洋通讯与中继系统：用于综合设施平台对外的无线通讯，在大洋之中收发信息，通讯中继和指挥保障；
淡水系统：用于制造淡水供给综合设施平台所需；
有机废物资源化与能源化利用系统：设置在半潜式平台主体内部和上部，用于有机物处理和果蔬植物种植，实现综合设施平台小范围生态平衡。
2.根据权利要求1所述的由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，其特征在于，还包括设置在半潜式平台主体内部的物质储存系统，用于大量储存物料、淡水及电力，为途径该综合设施平台的船只提供补给。
3.根据权利要求1所述的由绿色能源驱动的海上漂浮式综合设施平台，其特征在于，所述的太阳能转化单元包括设置在半潜式平台主体顶部的双层式太阳能板，该双层式太阳能板可通过传动机构横向移动以达到增加光照面积的目的。
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