CN113955028A - 一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台 - Google Patents
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Abstract
一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，包括相配合设置的发电模块、通讯模块和监控模块三个基础功能模块，在基础功能模块上通过基本模块灵活加装有多个辅助功能模块，所述辅助功能模块和基础功能模块之间通过海工栈桥进行连接；所述基础功能模块通过线缆连接与养殖网箱，以同时实现对海洋牧场的供电、通讯和监测；能够综合利用波浪能、海上风能、太阳能等多种可再生能源进行深远海原位供电，避免铺设长距离海洋电缆，降低生产成本、减少柴油发电机造成的环境污染，搭载养殖环境监测和设备故障检测系统，进一步降低运行维护成本。
Description
技术领域：
本发明涉及一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台。
背景技术：
近30年来，随着生活水平的日益提高，海产品需求逐年上升，海水养殖产业迅速发展，养殖规模不断扩大。受限于海岸线总长，近浅海区域的海水养殖面临着空间挤压、海域开发不合理、养殖密度过大等问题。且由于沿岸海域多为海湾，水体交换慢，饵料投放过多所致的水体富营养化加剧了近岸海域生态环境的破坏，导致了浒苔、赤潮、水产作物大规模死亡等严重的生态问题。拓展深海空间，发展深水海洋牧场是解决以上问题的重要途经之一，也成为海水养殖产业发展的必然趋势和新动力。2017年至2019年的中央一号文件均强调了“海洋牧场”的发展。
由于深水海洋牧场建造于深远海海域，远离陆地，海洋牧场平台成为海洋牧场建设、管理、维护、运营等的“海上根据地”，在海洋牧场中起着至关重要的作用，主要包括自升式、半潜式、漂浮式、可移动式等类型。
现有的海洋牧场平台多为浮式平台，海况复杂多变，并且还要满足海水养殖需求，这就会导致现有海洋牧场平台存在以下问题：(1)能源来源稀缺、电力供应难，多数海洋牧场平台本身不提供能源供应，需铺设长距离海洋电缆从陆地输送电能，造价及电力输送成本高昂；(2)平台信息化及自动化程度低、日常维护困难，平台信息系统建设落后，信息处理缓慢，共享通道不畅；同时造成了自动化水平有限，许多自动化操作无法实施，设备操作使用与日常检修维护无法实现远程操控，无法实现平台自主运维。
发明内容：
本发明实施例提供了一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，结构设计合理，基于多种功能模块的相互配合作用，能够综合利用波浪能、海上风能、太阳能等多种可再生能源进行深远海原位供电，避免铺设长距离海洋电缆，降低生产成本、减少柴油发电机造成的环境污染，搭载养殖环境监测和设备故障检测系统，进一步降低运行维护成本；同时搭载通讯基站，从而提高平台的信息化水平；并且平台采用模块化生产方式，能够根据用户实际需求来自由灵活组装，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，包括相配合设置的发电模块、通讯模块和监控模块三个基础功能模块，在基础功能模块上通过基本模块灵活加装有多个辅助功能模块，所述辅助功能模块和基础功能模块之间通过海工栈桥进行连接；所述基础功能模块通过线缆连接与养殖网箱，以同时实现对海洋牧场的供电、通讯和监测。
所述基本模块为半潜式平台，包括潜体、立柱和甲板，所述潜体和立柱均为空心结构，以通过抽排压载海水使半潜式平台上升和下潜，并能够调节半潜式平台的稳性和重心。
所述海工栈桥分为三段，所述海工栈桥两端的栈桥连接段分别固定连接两个功能模块，所述海工栈桥中间一段搭载铰接扣式波浪能发电装置，以通过两个功能模块之间的相对运动进行发电并将产生的电力传输至监控模块。
所述发电模块包括设置在甲板上的风力发电机和太阳能电池板，还包括每个立柱上设置的摆臂浮子波浪能发电装置，以综合收集风能、太阳能、波浪能三种可再生能源进行发电并将产生的电力传输至监控模块。
所述监控模块包括在甲板上安装的多能互补电力系统和储电设备，所述储电设备用于将可再生能源产生的电力进行储存；所述监控模块通过线缆与各个功能模块及养殖网箱进行连接，以供给养殖网箱运行用电；所述监控模块还包括设置在甲板上的监控室，在监控室内设有养殖环境监测系统和设备故障检测系统。
所述通讯模块包括5G通讯基站，以实时与陆地进行信息联系，实现各项运行数据的远程传输，并接受陆地指令，也可为工作人员提供网络服务。
本发明采用上述结构，通过利用波浪能、海上风能和太阳能三种清洁可再生能源互补发电，可应用于任意海域，实现深远海海洋牧场设备的原位供电，解决海洋牧场电力供应难的问题；在发电过程中不产生任何二氧化碳和污染物质，不污染海洋和大气环境，符合国家碳达峰、碳中和要求；可根据用户需求对功能模块进行任意组合，作为牧场的能源、控制和信息中枢，与牧场现有养殖网箱等设备配合使用，实现低成本升级、完善牧场功能；通过通讯模块来实时传输平台和网箱的各项运行数据，能够接收陆地指令，并能为用户提供网络服务，具有灵活实用、成本低廉、清洁环保的优点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的基本模块的结构示意图。
图3为本发明的海工栈桥的结构示意图。
图4为本发明的发电模块的结构示意图。
图5为本发明的监控模块的结构示意图。
图6为本发明的通讯模块的结构示意图。
图中，1、甲板，2、立柱，3、潜体，4、栈桥连接段，5、铰接扣式波浪能发电装置，6、风力发电机，7、太阳能发电板，8、摆臂浮子波浪能发电装置，9、监控室，10、多能互补电力系统，11、5G通讯基站，12、发电模块，13、海工栈桥，14、监控模块，15、通讯模块。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-6中所示，一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，包括相配合设置的发电模块12、通讯模块15和监控模块14三个基础功能模块，在基础功能模块上通过基本模块灵活加装有多个辅助功能模块，所述辅助功能模块和基础功能模块之间通过海工栈桥13进行连接；所述基础功能模块通过线缆连接与养殖网箱，以同时实现对海洋牧场的供电、通讯和监测。
所述基本模块为半潜式平台，包括潜体3、立柱2和甲板1，所述潜体3和立柱2均为空心结构，以通过抽排压载海水使半潜式平台上升和下潜，并能够调节半潜式平台的稳性和重心。
所述海工栈桥13分为三段，所述海工栈桥13两端的栈桥连接段4分别固定连接两个功能模块，所述海工栈桥13中间一段搭载铰接扣式波浪能发电装置5，以通过两个功能模块之间的相对运动进行发电并将产生的电力传输至监控模块14。
所述发电模块包括设置在甲板1上的风力发电机6和太阳能电池板7，还包括每个立柱2上设置的摆臂浮子波浪能发电装置8，以综合收集风能、太阳能、波浪能三种可再生能源进行发电并将产生的电力传输至监控模块14。
所述监控模块14包括在甲板上安装的多能互补电力系统10和储电设备，所述储电设备用于将可再生能源产生的电力进行储存；所述监控模块14通过线缆与各个功能模块及养殖网箱进行连接，以供给养殖网箱运行用电；所述监控模块14还包括设置在甲板上的监控室，在监控室内设有养殖环境监测系统和设备故障检测系统。
所述通讯模块包括5G通讯基站11，以实时与陆地进行信息联系，实现各项运行数据的远程传输，并接受陆地指令，也可为工作人员提供网络服务。
本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台的工作原理为：基于多种功能模块的相互配合作用，能够综合利用波浪能、海上风能、太阳能等多种可再生能源进行深远海原位供电，避免铺设长距离海洋电缆，降低生产成本、减少柴油发电机造成的环境污染，搭载养殖环境监测和设备故障检测系统，进一步降低运行维护成本；同时搭载通讯基站，从而提高平台的信息化水平；并且平台采用模块化生产方式，能够根据用户实际需求来自由灵活组装。
面对现有技术中存在的问题，现有专利方案已经给到了相应的解决方法，具体的，在专利号为“CN201721681259.2”的专利文件中公开了一种海洋牧场多功能平台，采用拼接单元连接形成，易于拆装，兼有休闲垂钓、水质检测、海产品增养殖等功能，但平台本身不具备供电模块，需外接电源为其供电；在专利号为“CN202020210629.X”的专利文件中公开了一种人工海上浮岛及海洋牧场平台，由模块化浮块和操作平台组成，但平台本身也不具备供电模块；为解决此问题，现有海洋牧场平台开始配备风力发电、光伏发电等模块。
进一步的，在专利号为“CN201820841778.9”的专利文件中公开了一种高效海浪潮汐洋流、风、光发电及海洋牧农场、净化平台，该平台在浮力箱上部设置风能聚集发电装置，浮力箱主体两侧设置竖向高效低阻悬浮式涡轮机利用波浪、潮汐和洋流发电；但悬浮式涡轮机对波浪能的利用效率不高，潮汐和洋流又仅分布于特定海域，限制了平台的整体发电效率和应用范围；在专利号为“CN202110285236.4”的专利文件中公开了一种漂浮式多能互补可移动海洋牧场养殖平台，采用风能、太阳能、波浪能组合互补的方式进行发电，平台自身结构与养殖网箱结合，结构较大，整体性强，但不够机动灵活。
进一步的，在专利号为“CN201911066282.4”的专利文件中公开了一种海洋牧场智能精细化管理平台，平台可对牧场水质进行自动化监测及数据处理，但并未应用于设备检修与维护上；在专利号为“CN207894455U”的专利文件中公开了一种海洋牧场监测系统，该系统包括海上监测平台和岸基终端，可监测海洋牧场环境、海水和养殖生物状态信息，对牧场进行全面监控，但其仅有监测作用，不具有发电和自主运维功能。
为了规避上述专利文件和技术方案的缺陷、满足用户的实际需求，本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台采用模块化生产，形式灵活多样，可根据用户需求对功能模块进行任意组合，作为牧场的能源、控制和信息中枢，与牧场现有养殖网箱等设备配合使用；同时，还能够利用波浪能、海上风能和太阳能三种清洁可再生能源互补发电，可应用于任意海域，实现深远海海洋牧场设备的原位供电，解决海洋牧场电力供应难的问题。
在整体方案中，包括相配合设置的发电模块12、通讯模块15和监控模块14三个基础功能模块，在基础功能模块上通过基本模块灵活加装有多个辅助功能模块，辅助功能模块和基础功能模块之间通过海工栈桥13进行连接；基础功能模块通过线缆连接与养殖网箱，以同时实现对海洋牧场的供电、通讯和监测；辅助功能模块可以根据用户的实际需求进行定制安装，仅需使用海工栈桥13进行连接安装即可。
优选的，在本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台均能够任意加装其他功能组件。
优选的，在本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台中还可以加装居住旅游模块，由基本模块在甲板上建造豪华度假建筑构成，具有旅游开发的商业价值。
优选的，在水深较浅的区域，本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台也可采用固定式或者坐底式的形式。
对于基本模块，包括潜体3、立柱2和甲板1，所述潜体3和立柱2均为空心结构，以通过抽排压载海水使半潜式平台上升和下潜，并能够调节半潜式平台的稳性和重心。
对于海工栈桥13，海工栈桥13分为三段，所述海工栈桥13两端的栈桥连接段4分别固定连接两个功能模块，所述海工栈桥13中间一段搭载铰接扣式波浪能发电装置5，以通过两个功能模块之间的相对运动进行发电并将产生的电力传输至监控模块14。
对于发电模块12，包括设置在甲板1上的风力发电机6和太阳能电池板7，还包括每个立柱2上设置的摆臂浮子波浪能发电装置8，以综合收集风能、太阳能、波浪能三种可再生能源进行发电并将产生的电力传输至监控模块14。
对于监控模块14，包括在甲板1上安装的多能互补电力系统10和储电设备，所述储电设备用于将可再生能源产生的电力进行储存；所述监控模块14通过线缆与各个功能模块及养殖网箱进行连接，以供给养殖网箱运行用电；所述监控模块14还包括设置在甲板1上的监控室，在监控室内设有养殖环境监测系统和设备故障检测系统，在监控室内还设有人员休息室，可供运维人员工作休息。
对于通讯模块，包括5G通讯基站11，以实时与陆地进行信息联系，实现各项运行数据的远程传输，并接受陆地指令，也可为工作人员提供网络服务。
综上所述，本发明实施例中的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台基于多种功能模块的相互配合作用，能够综合利用波浪能、海上风能、太阳能等多种可再生能源进行深远海原位供电，避免铺设长距离海洋电缆，降低生产成本、减少柴油发电机造成的环境污染，搭载养殖环境监测和设备故障检测系统，进一步降低运行维护成本；同时搭载通讯基站，从而提高平台的信息化水平；并且平台采用模块化生产方式，能够根据用户实际需求来自由灵活组装。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：包括相配合设置的发电模块、通讯模块和监控模块三个基础功能模块，在基础功能模块上通过基本模块灵活加装有多个辅助功能模块，所述辅助功能模块和基础功能模块之间通过海工栈桥进行连接；所述基础功能模块通过线缆连接与养殖网箱，以同时实现对海洋牧场的供电、通讯和监测。
2.根据权利要求1所述的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：所述基本模块为半潜式平台，包括潜体、立柱和甲板，所述潜体和立柱均为空心结构，以通过抽排压载海水使半潜式平台上升和下潜，并能够调节半潜式平台的稳性和重心。
3.根据权利要求1所述的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：所述海工栈桥分为三段，所述海工栈桥两端的栈桥连接段分别固定连接两个功能模块，所述海工栈桥中间一段搭载铰接扣式波浪能发电装置，以通过两个功能模块之间的相对运动进行发电并将产生的电力传输至监控模块。
4.根据权利要求1所述的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：所述发电模块包括设置在甲板上的风力发电机和太阳能电池板，还包括每个立柱上设置的摆臂浮子波浪能发电装置，以综合收集风能、太阳能、波浪能三种可再生能源进行发电并将产生的电力传输至监控模块。
5.根据权利要求1所述的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：所述监控模块包括在甲板上安装的多能互补电力系统和储电设备，所述储电设备用于将可再生能源产生的电力进行储存；所述监控模块通过线缆与各个功能模块及养殖网箱进行连接，以供给养殖网箱运行用电；所述监控模块还包括设置在甲板上的监控室，在监控室内设有养殖环境监测系统和设备故障检测系统。
6.根据权利要求1所述的一种模块化的多能互补海洋牧场综合平台，其特征在于：所述通讯模块包括5G通讯基站，以实时与陆地进行信息联系，实现各项运行数据的远程传输，并接受陆地指令，也可为工作人员提供网络服务。
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