CN214930475U - 一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，平台主体包括上部甲板及平面视角与其仿形的浮箱，上部甲板包括一中心区域及由中心区域向四周延伸的三个等角度设置的延展部位，延展部位的下部与浮箱通过角立柱固定连接；平台主体位于上部甲板与浮箱之间的中心部位设置一用于存储深层海水和增大水线面积的中心立柱；上部甲板上方的中心区域设置深层海水利用设施；深层海水利用设施与若干深层海水取水管、表层海水取水管以及混合海水排水管相连接，深层海水取水管、表层海水取水管、混合海水排水管穿过上部甲板向下延伸至海水内。

Description

一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台

技术领域

本实用新型涉及一种海洋平台，尤其涉及一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，属于海洋平台技术领域。

背景技术

深层海水具有清洁、富营养、低温稳定等区别于表层海水以及其他水资源的优良特性。随着人们对深层海水研究的深入，深层海水在医疗保健、农业种植和水产养殖等领域的重要价值和应用前景逐渐为世人所熟知。南海海域平均水深1212m，是我国四大海域中唯一具备开发深层海水条件的海域。但即使在南海，依然没有靠近陆地的深层海水资源，因此想要开发南海深层海水资源，较好的方式是依托浮式海洋平台进行规模化生产。

现有的浮式海洋平台存在以下问题：

1)消耗大量能源且有污染：常规浮式海洋平台日常生产、生活所需电能一般由大型柴油发电机提供，会消耗大量不可再生的化石能源，且会对海洋环境造成污染。

2)淡水获取成本高昂：浮式海洋平台的工作海域往往在远离大陆的深远海海域，附近没有可以获得的淡水资源，平台日常生产生活所需淡水往往需要运输船定期补给，淡水运输成本高昂。

3)不利于深层海水的贮存：我国目前技术较为成熟的浮式海洋平台是半潜式平台，常规半潜式平台多为四立柱或六立柱式，在一根或几根立柱中贮存深层海水时容易引起平台浮态的改变，对平台的稳性有不利影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，通过设计一种新型的浮式海洋平台结构，通过深层海水取水装置，解决500-1000米水深的深层海水大规模汲取的难题；同时平台上布置有温差能发电装置和小型光伏电站，利用取之不尽用之不竭的温差能和太阳能发电为平台提供清洁的电能；整个平台采用海水空调系统，利用深层海水的低温特性，为平台提供绿色、低能耗的空调制冷；平台上布置的大型海水淡化设施在满足平台日常淡水需求的基础上，还能将生产出的多余淡水贮存在中心立柱中，定期通过船运的方式输运到陆地进行商业化开发。

本实用新型采取以下技术方案：

一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，包括平台主体，所述平台主体包括上部甲板1及平面视角与其仿形的浮箱4，所述上部甲板1包括一中心区域及由中心区域向四周延伸的三个等角度设置的延展部位，所述延展部位的下部与所述浮箱4通过角立柱2固定连接；所述平台主体位于所述上部甲板1与浮箱4之间的中心部位设置一用于存储液态海洋资源和增大水线面积的中心立柱3；所述上部甲板1上方各延展部位的端部分别设置起重机6、柴油发电机组5、人员生活住所7；所述上部甲板1上方的所述中心区域设置深层海水利用设施8；所述深层海水利用设施8与若干深层海水取水管9、表层海水取水管10以及混合海水排水管11相连接，所述深层海水取水管9、表层海水取水管10、混合海水排水管11穿过上部甲板1 向下延伸至海水内；所述深层海水利用设施8内布置有温差能发电装置和海水空调热交换器，其下的中心立柱3中布置有大型海水淡化设施和深层海水储水舱14；所述平台主体的各延展部位的端部固定设置锚链13，所述锚链13延伸至海底。

优选的，三个小型光伏电站15均匀布置于深层海水利用设施8的周围；每个由五个太阳能发电单元并排布置组成，每个太阳能发电单元由角度可调支座16和太阳能电池板17组成；小型光伏电站15可根据每日的太阳所处方位和太阳高度进行自适应调节，使接收太阳辐射功率最大；人员生活处所7之上设有直升机停机坪21。

优选的，深层海水利用设施8与4根大型圆柱形水管相连，其中两根为深层海水取水管9，一根为表层海水取水管10，一根为混合海水排水管 11。

进一步的，所述上部甲板1的三个延展部位的端部设有系泊绞车12，系泊绞车12与所述锚链13连接。

进一步的，所述上部甲板1呈由正三角形演化而来的三边等长的Y字形；角立柱2、中心立柱3和浮箱4同时用于为平台提供所需的浮力，其中，角立柱2和其下的浮箱4中设有压载水舱，可调整平台浮态；深层海水利用设施8布置于平台上部甲板1中央，位于中心立柱3的正上方，其内布置有温差能发电装置和海水空调系统，温差能发电装置包括透平、泵和换热器，换热器包括冷凝器和蒸发器；温差能发电装置采用闭式循环方式，由深层海水取水管9抽取的深层海水和由表层海水取水管10抽取的表层海水分别在冷凝器和蒸发器中与工质流体进行热交换，使热力循环持续运行。

进一步的，所述起重机6由起重机立柱18、起重机吊臂19和起重机吊钩20组成。

进一步的，角立柱2为直四棱柱，中心立柱3为底面为正六边形的直六棱柱，且中心立柱3的体积大于角立柱2，为角立柱2的3-4倍。

进一步的，混合海水排水管11长度大于100米，通入海平面以下接近 100米处，以减小混合海水对海洋表层生态系统的影响。

再进一步的，经过温差能发电装置和海水空调系统的深层海水温度升高，但其化学性质没有改变，仍具有清洁性和富营养性，其中小部分进入中心立柱3中的海水淡化设施；多余的深层海水与在温差能发电装置中经过热交换的表层海水混合后从混合海水排水管11中排出。

更进一步的，中心立柱3中的海水淡化设施使用反渗透海水淡化设施或电渗析海水淡化设施，或将二者结合使用；通过中心立柱3中的海水淡化设施淡化得到的淡水，一部分用于满足平台的淡水需求，另一部分贮存于中心立柱3中的深层海水储水舱14中，定期通过集装箱船运输至陆地。

本实用新型的有益效果在于：

1)在浮式海洋平台上布置海水淡化设施，将深层海水抽取上来后在平台上便实现海水淡化等预处理操作，由于海水淡化产水率在30％-85％不等，相比于通过船运方式将原水运至陆地再进行海水淡化，本实用新型能有效节约深层海水从海上运往陆地进行进一步商业化开发的运输成本，能节约由于运输消耗的能源，减少污染。

2)在浮式海洋平台上布置小型光伏电站、温差能发电装置和海水淡化设备，使工作于深远海的浮式海洋平台减少化石能源的燃烧，达到节能减排、控制污染的目的；同时实现淡水自给，减少平台所需补给的物资，大大降低平台日常的运营成本。

3)将抽取的低温深层海水经温差能发电后用于平台空调制冷，在平台上实现低能耗、零污染的海水空调，这一过程不会降低深层海水的品质，后续深层海水可以被进一步开发利用。因此，本实用新型能够实现深层海水这一宝贵资源的综合利用，在保证不影响深层海水后续利用的同时，为平台提供足够制冷，降低平台运营成本，实现绿色可持续发展。

4)大底面积中心立柱的设计，使得在平台中贮存深层海水时不会引起平台浮态的改变，同时能够有效减小平台的垂荡运动响应。

5)平台的重心在布置有大型海水淡化设施和深层海水储水舱(14)的中心立柱的部位，提升了平台的稳性，同时将简化平台的结构与增大水线面积(以增大平台垂向粘性阻尼，从而有效减小平台的垂荡运动响应)进行了良好的兼顾。

附图说明

图1为海洋中水深和水温的关系图。从图中可以看出，随着深度的变化，水温有较大的变动范围。

图2为本实用新型深层海水取水开发与综合利用海洋平台的总体结构示意图。

图3是本实用新型深层海水取水开发与综合利用海洋平台的主要结构示意图。

图4是本实用新型深层海水取水开发与综合利用海洋平台在另一视角下的主要结构示意图。

图5为温差发电模块原理示意图。

图6为海水空调模块原理示意图。

图7为平台能量传递路线示意图。

图8为平台深层海水综合利用流程图。

图9为深层海水储水舱布置方式俯视示意图。

图中，1-上部甲板；2-角立柱；3-中心立柱；4-浮箱；5-柴油发电机组；6-起重机；7-人员生活处所；8-深层海水利用设施；9-深层海水取水管；10-表层海水取水管；11-混合海水排水管；12-系泊绞车；13-锚链； 14-深层海水储水舱；15-小型光伏电站；16-角度可调支座；17-太阳能电池板；18-起重机立柱；19-起重机吊臂；20-起重机吊钩；21-直升机停机坪；22-直升机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

参见图1，从图1中可以看出：随着海水深度增加，水温逐渐下降。

参见图2-9，一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，包括平台主体，所述平台主体包括上部甲板1及平面视角与其仿形的浮箱4，所述上部甲板1包括一中心区域及由中心区域向四周延伸的三个等角度设置的延展部位，所述延展部位的下部与所述浮箱4通过角立柱2固定连接；所述平台主体位于所述上部甲板1与浮箱4之间的中心部位设置一用于存储液态海洋资源和增大水线面积的中心立柱3；所述上部甲板1上方各延展部位的端部分别设置起重机6、柴油发电机组5、人员生活住所7；所述上部甲板 1上方的所述中心区域设置深层海水利用设施8；所述深层海水利用设施8 与若干深层海水取水管9、表层海水取水管10以及混合海水排水管11相连接，所述深层海水取水管9、表层海水取水管10、混合海水排水管11穿过上部甲板1向下延伸至海水内；所述深层海水利用设施8内布置有温差能发电装置和海水空调热交换器，其下的中心立柱3中布置有大型海水淡化设施和深层海水储水舱14；所述平台主体的各延展部位的端部固定设置锚链13，所述锚链13延伸至海底。

参见图2-4，三个小型光伏电站15均匀布置于深层海水利用设施8的周围；每个由五个太阳能发电单元并排布置组成，每个太阳能发电单元由角度可调支座16和太阳能电池板17组成；小型光伏电站15可根据每日的太阳所处方位和太阳高度进行自适应调节，使接收太阳辐射功率最大；人员生活处所7之上设有直升机停机坪21。

在此实施例中，参见图3-4，深层海水利用设施8与四根大型圆柱形水管相连，其中两根为深层海水取水管9，一根为表层海水取水管10，一根为混合海水排水管11。

在此实施例中，参见图3，所述上部甲板1的三个延展部位的端部设有系泊绞车12，系泊绞车12与所述锚链13连接。

在此实施例中，参见图3，所述上部甲板1呈由正三角形演化而来的三边等长的Y字形；角立柱2、中心立柱3和浮箱4同时用于为平台提供所需的浮力，其中，角立柱2和其下的浮箱4中设有压载水舱，可调整平台浮态；深层海水利用设施8布置于平台上部甲板1中央，位于中心立柱3的正上方，其内布置有温差能发电装置和海水空调系统，温差能发电装置包括透平、泵和换热器，换热器包括冷凝器和蒸发器；温差能发电装置采用闭式循环方式，由深层海水取水管9抽取的深层海水和由表层海水取水管 10抽取的表层海水分别在冷凝器和蒸发器中与工质流体进行热交换，使热力循环持续运行。

在此实施例中，参见图3，所述起重机6由起重机立柱18、起重机吊臂19和起重机吊钩20组成。

在此实施例中，参见图3角立柱2为直四棱柱，中心立柱3为底面为正六边形的直六棱柱，且中心立柱3的体积大于角立柱2，为角立柱2的4 倍。

在此实施例中，混合海水排水管11长度大于100米，通入海平面以下接近100米处，以减小混合海水对海洋表层生态系统的影响。

在此实施例中，参见图3-4，经过温差能发电装置和海水空调系统的深层海水温度升高，但其化学性质没有改变，仍具有清洁性和富营养性，其中小部分进入中心立柱3中的海水淡化设施；多余的深层海水与在温差能发电装置中经过热交换的表层海水混合后从混合海水排水管11中排出。

在此实施例中，参见图3-4、图9，中心立柱3中的海水淡化设施使用反渗透海水淡化设施；通过中心立柱3中的海水淡化设施淡化得到的淡水，一部分用于满足平台的淡水需求，另一部分贮存于中心立柱3中的深层海水储水舱14中，定期通过集装箱船运输至陆地。

下面对本实用新型进一步说明。

如图2、4所示，深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其主体包括平台的上部甲板1，三根小水线面角立柱2，一根水线面面积较大的中心立柱3以及连接中心立柱和角立柱的浮箱4。

结合图2-6，可以看到，为保证深层海水取水开发与综合利用海洋平台的正常工作及功能实现，该浮式海洋平台主要包括柴油发电、生活办公、系泊定位、海水抽取、温差发电、海水空调、海水淡化、海水贮存、起重吊运、光伏发电等一系列功能模块。

柴油发电模块：该浮式海洋平台配置两台额定功率为500kW的柴油发电机和一台额定功率为300kW的备用柴油发电机，为平台生活与生产作业提供所需电能。温差能发电装置平稳运行后可作相应调整，减少柴油发电机组的输出功率。

生活办公模块：该模块包括一栋6层的生活办公楼以及其上的直升机停机坪，楼内设有员工宿舍、办公室、餐厅、健身房等处所，可容纳至少 40人生活工作。

系泊定位模块：该模块包括6台系泊绞车以及相应的锚链，用于平台的系泊定位。

海水抽取模块：该模块主要包括两条深层海水取水管、一条表层海水取水管、一条混合海水排水管以及安装在平台上的4台大功率离心水泵。深层海水取水管抽取水深800-1000米的深层海水用于温差能发电、海水空调以及淡化后贮存在中心立柱中，表层海水取水管抽取表层海水作为热源用于温差能发电，混合海水排水管伸入海平面100米以下，以防止排放的深层表层混合海水改变浅层海水环境，对海洋生态系统产生不利影响。

温差发电模块：该模块主要包括工质泵、透平和两个热交换器，热交换器分为蒸发器和冷凝器，蒸发器利用表层海水使低沸点工质受热汽化膨胀，推动透平做功发电，冷凝器利用低温深层海水使工质冷凝液化，工质泵推动工质如此循环往复。

海水空调模块：该模块主要包括闭环冷却水分配系统和集中式的热交换器，抽取上来的低温深层海水或经过温差发电利用仍具有较低温度的海水通过集中式的大型热交换器，将闭环冷却水分配系统中的循环冷却水冷却，经冷却的低温冷却水流经人员生活处所、配电间等平台场所，达到使相应空间温度降低、提供空调制冷的效果。

海水淡化模块：该模块将抽取上来经温差发电和海水空调制冷后的小部分深层海水进行海水淡化，除去海水中绝大部分的氯化钠以及一些杂质，达到饮用水的标准，淡化后得到的水一部分用于满足平台日常的淡水需求，另一部分贮存于中心立柱中的深层海水储水舱中。

海水贮存模块：主要包括十二个深层海水储水舱以及相应的管路系统，储水舱位于平台的中心立柱中，设计总容量3000立方米，用于贮存海水淡化模块生产的多余的深层海水淡化水，定期通过集装箱船运输至陆地进行商业开发。

起重吊运模块：该平台配置起重机一台，主要结构由起重机立柱、起重机吊臂和起重机吊钩组成，最大起重量为150吨，用于装卸货物，可从补给船上将生活物资吊运至平台上，也可在将平台贮存的淡化后的深层海水装入特质集装箱后，将集装箱吊运至运输船上。

光伏发电模块：该模块包括三个小型光伏电站，围绕平台中心等间距圆周阵列布置，每个由五个太阳能发电单元组成，每个太阳能发电单元由角度可调的支座和太阳能电池板组成。小型光伏电站可根据每日的太阳所处方位和太阳高度进行自适应调节，使接收太阳辐射功率最大。

本实施例主要创新之处在于：

创新点1：运动响应小、可储水式新型浮式海洋平台结构设计：

与传统浮式海洋平台不同，采用“一根中心立柱+三根角立柱”的方式将立柱分别布置于正三角形的中心和三个顶点处。在中心立柱中布置深层海水储水舱，能够在大量贮存深层海水的同时，不会改变平台正浮的状态。而且由于中心立柱的底面积较大，增加了水线面面积，能有效减小平台的垂荡运动响应。

创新点2：深层海水海上淡化处理模块设计：

现有模式有从深海取深层海水并将原水直接运至陆地。考虑到海水淡化时会有不少的原水损失，不同方法的产水率在30％-85％不等，如果直接将汲取的深层海水运至陆地进行海水淡化则会大大增加运输和运营成本，因此设计在平台上布置大型海水淡化设施，将淡化后的深层海水运往陆地进行进一步的加工和商业化开发。

创新点3：利用海水空调实现平台制冷：

平台上设有的人员生活处所，以及平台的其他处所如海水淡化车间、控制室等，均需要较大规模的空调制冷，传统空调能耗较高且会在使用过程中产生氟氯烃等破坏大气臭氧层。将抽取的低温深层海水用于空调制冷，在平台上实现低能耗、零污染的海水空调，在为平台提供足够制冷的同时，提高深层海水的利用率，降低平台运营成本，实现绿色可持续发展。

创新点4：能源综合利用、节能减排：

本平台上布置有常规的柴油发电机组。考虑到浮式海洋平台作业生产所需电能较多，仅由大型柴油发电机发电提供电能会消耗大量不可再生的化石能源，且在运营期间会对海洋环境造成污染，本实用新型因地制宜，在平台上布置温差能发电装置和小型光伏电站，利用清洁能源为平台提供部分所需电能，预计可节约30％-40％的化石能源，将大幅降低平台碳排放。同时，由于平台上布置了海水淡化设施，淡化得到的淡水正好解决了远离陆地的深远海平台日常淡水供给成本过高的问题。

以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：

包括平台主体，所述平台主体包括上部甲板(1)及平面视角与其仿形的浮箱(4)，所述上部甲板(1)包括一中心区域及由中心区域向四周延伸的三个等角度设置的延展部位，所述延展部位的下部与所述浮箱(4)通过角立柱(2)固定连接；

所述平台主体位于所述上部甲板(1)与浮箱(4)之间的中心部位设置一用于存储深层海水和增大水线面积的中心立柱(3)；

所述上部甲板(1)上方各延展部位的端部分别设置起重机(6)、柴油发电机组(5)、人员生活处所(7)；

所述上部甲板(1)上方的所述中心区域设置深层海水利用设施(8)；所述深层海水利用设施(8)与若干深层海水取水管(9)、表层海水取水管(10)以及混合海水排水管(11)相连接，所述深层海水取水管(9)、表层海水取水管(10)、混合海水排水管(11)穿过上部甲板(1)向下延伸至海水内；

所述深层海水利用设施(8)内布置有温差能发电装置和海水空调热交换器，其下的中心立柱(3)中布置有大型海水淡化设施和深层海水储水舱(14)；

所述平台主体的各延展部位的端部固定设置锚链(13)，所述锚链(13)延伸至海底。

2.如权利要求1所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：三个小型光伏电站(15)均匀布置于深层海水利用设施(8)的周围；每个由五个太阳能发电单元并排布置组成，每个太阳能发电单元由角度可调支座(16)和太阳能电池板(17)组成；小型光伏电站(15)可根据每日的太阳所处方位和太阳高度进行自适应调节，使接收太阳辐射功率最大；人员生活处所(7)之上设有直升机停机坪(21)。

3.如权利要求1所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：深层海水利用设施(8)与4根大型圆柱形水管相连，其中两根为深层海水取水管(9)，一根为表层海水取水管(10)，一根为混合海水排水管(11)。

4.如权利要求2所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：所述上部甲板(1)的三个延展部位的端部设有系泊绞车(12)，系泊绞车(12)与所述锚链(13)连接。

5.如权利要求2所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：所述上部甲板(1)呈由正三角形演化而来的三边等长的Y字形；角立柱(2)、中心立柱(3)和浮箱(4)同时用于为平台提供所需的浮力，其中，角立柱(2)和其下的浮箱(4)中设有压载水舱，可调整平台浮态；深层海水利用设施(8)布置于平台上部甲板(1)中央，位于中心立柱(3)的正上方，其内布置有温差能发电装置和海水空调系统，温差能发电装置包括透平、泵和换热器，换热器包括冷凝器和蒸发器；温差能发电装置采用闭式循环方式，由深层海水取水管(9)抽取的深层海水和由表层海水取水管(10)抽取的表层海水分别在冷凝器和蒸发器中与工质流体进行热交换，使热力循环持续运行。

6.如权利要求2所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：所述起重机(6)由起重机立柱(18)、起重机吊臂(19)和起重机吊钩(20)组成。

7.如权利要求2所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：角立柱(2)为直四棱柱，中心立柱(3)为底面为正六边形的直六棱柱，且中心立柱(3)的体积大于角立柱(2)，为角立柱(2)的3-4倍；所述中心立柱(3)下部设有深层海水储水舱(14)，所述深层海水储水舱(14)等分为十二个相互隔绝、独立的小储水舱。

8.如权利要求2所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：混合海水排水管(11)长度大于100米，通入海平面以下接近100米处，以减小混合海水对海洋表层生态系统的影响。

9.如权利要求5所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：经过温差能发电装置和海水空调系统的深层海水温度升高，但其化学性质没有改变，仍具有清洁性和富营养性，其中小部分进入中心立柱(3)中的海水淡化设施；多余的深层海水与在温差能发电装置中经过热交换的表层海水混合后从混合海水排水管(11)中排出。

10.如权利要求9所述的深层海水取水开发与综合利用海洋平台，其特征在于：中心立柱(3)中的海水淡化设施使用反渗透海水淡化设施或电渗析海水淡化设施，或将二者结合使用；通过中心立柱(3)中的海水淡化设施淡化得到的淡水，一部分用于满足平台的淡水需求，另一部分贮存于中心立柱(3)中的深层海水储水舱(14)中，定期通过集装箱船运输至陆地。

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