TWI510710B

TWI510710B - Marine power generation system

Info

Publication number: TWI510710B
Application number: TW102127910A
Authority: TW
Inventors: Kuo Hua Hsu
Original assignee: Kuo Hua Hsu
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-12-01
Also published as: US20150033717A1; JP2015031288A; TW201413112A

Description

海洋發電系統

本發明涉及一種發電系統，特別涉及一種將深層海水帶至海平面上方而產生電能的海洋發電系統。

現有的水力發電系統，常見於發電廠及水壩等大型發電廠所使用，通常是利用水的高低位落差，配合水輪轉動產生機械動能，再將該機械動能透過發電機轉換成電能的步驟。然而建壩儲水的方式，容易造成水壩以下的水流侵蝕加劇，因而對生態造成破壞，且於降雨量變化大的地方，經常會有久旱不雨導致水量不足無法帶動發電機發電的情況。

有鑒於上述問題，TW公告第500874號專利係揭露了一種唧蓄浮力發電的方法，其構造大略包含有一壓力缸、複數個收集氣體的氣室格、一連結該複數氣室格的履帶、二穿套於該履帶的上傳動軸及下傳動軸，以及一連動於該上傳動軸的發電機。前述結構係藉由一連通於該壓力缸的出氣口對該氣室格隔水進氣，然而，該氣室格於履帶輸送至頂部時隨即急轉直下，於下沉時氣體若未能及時排氣，將會對履帶產生一逆向阻力，使履帶有停頓的現象，進而造成電能的轉換不連續，而於電能轉換不連續的情況下則容易導致蓄電裝置或供電系統不穩定甚至損壞等情形。

因此，便有TW公告第M428995號專利，其為一種連續帶動式浮力發電設備，包含有一發電裝置、一浮力傳動裝置、一高壓蓄氣裝置以及一控制單元。該發電裝置包含有一轉軸以及一由該轉軸帶動以產生電能的電磁轉換器。該浮力傳動裝置係包含有複數個傳動組設於該轉軸上，該傳動組包含限制該轉軸軸旋行程的連動桿，以及一結合於該連動桿的浮力部。該高壓蓄氣裝置包含有一存蓄高壓氣體的壓力缸，以及複數個將氣體由該壓力缸輸送至該浮力部的出氣管線。該控制單元係決定該浮力部進出氣體，藉以使該連動桿上下擺動帶動該轉軸軸旋，使發電過程得以持續進行不間斷。

但上述結構利用該連動桿連動該轉軸軸旋，以產生動力進行發電，需要較大的空間供該浮力部以該轉軸為軸心，並以該連動桿為支臂進行一旋轉行程，而導致成本提升。又該案利用出氣管線連通該壓力缸與該浮力部，以輸出氣體至該浮力部產生浮力，其中該出氣管線隨著該浮力部往復地進行旋轉行程，會不斷的受到彎折而容易毀損而導致該氣體外漏，甚至無法輸出氣體至該浮力部，嚴重時導致浮力部無法浮起，而不能再利用該浮力部的位移連動該轉軸驅動該發電裝置產生電能。

本發明之主要目的，在於改善現有技術缺失與問題，本發明不但不會消耗任何燃料、無廢料產生、不會製造空氣污染、水污染、噪音污染，且整個發電過程幾乎不排放任何溫室氣體(例如二氧化碳)，以及在每天中的所有時段皆可穩定地發電；另外，所產生的副產品更是可供使用的淡水。

為達上述目的，本發明提供一種海洋發電系統，包含有：一位於海平面以下至少500公尺深海處之進水管，該進水管具有一入水口；一連接該進水管且直立延伸出海平面以上的汲水管；一平行設置於該進水管與該汲水管旁的導引管；複數循環位移於該進水管、該汲水管與該導引管內的汲水器，該汲水器為一推昇隔板；一與該進水管相連通並持續填充氣體至該汲水器令該汲水器承受該氣體上昇帶動該汲水管內海水向上位移的充氣單元，該充氣單元為一水電解製氫設備，且該充氣單元藉由一進氣管與該進水管相連通；一透過該汲水管內海水向上位移動能來轉換成電能的海水動力發電暨集電設備；一將該汲水器由該汲水管上方挪移至該導引管上方的第一移動設備；以及一將該汲水器由該導引管下方挪移至該進水管內的第二移動設備；藉由該充氣單元填充氣體至該汲水器令該汲水器承受該氣體所產生的上升推力帶動該汲水管內海水向上位移，該第一移動設備再將該汲水器由該汲水管上方挪移至該導引管上方後釋放，該汲水器即可經由該導引管下沈至該第二移動設備，該第二移動設備再將該汲水器由該導引管下方挪移至該進水管內，再由該充氣單元對該汲水器提供氣體，即達成持續帶動該汲水管內海水向上位移發電的目的。

進一步地，該海洋深層浮力發電系統，還包含一位於該汲水管上方蒐集該汲水器釋出氣體的蒐集設備。

本發明的有益效果在於：1.本發明所述海洋發電系統不會消耗任何燃料、無廢料產生、不會製造空氣污染、水污染、噪音污染，且整個發電過程幾乎不排放任何溫室氣體(例如二氧化碳)；2.本發明所述海洋發電系統可在每天中的所有時段，皆可穩定地持續發電；3.本發明所述海洋發電系統可為移動式，因此非常適合在各個海域上作業而不受限制，亦不會有受到天候影響而無法作業的問題發生；4.本發明所述海洋發電系統發電後所產生的電能，較佳的儲存方法是將電能經由水電解製氫設備來產生氫氣後，再將該氫氣加壓成液態後儲存於瓶中，即可運送至陸地供轉換回電能被使用；5.本發明所述海洋發電系統所汲取出的深層海水可經由淡化處理，其淡化後所產生的副產品更是可供使用的淡水，其蘊含有非常豐富的礦物質與微量元素，具有相當高的經濟價值。

1‧‧‧海洋發電系統

10‧‧‧進水管

11‧‧‧入水口

20‧‧‧汲水管

30‧‧‧導引管

40‧‧‧汲水器

50‧‧‧充氣單元

51‧‧‧進氣管

60‧‧‧海水動力發電暨集電設備

70‧‧‧海水溫差發電暨集電設備

80‧‧‧蒐集設備

91‧‧‧第一移動設備

92‧‧‧第二移動設備

SL‧‧‧海平面

圖1，為本發明較佳實施例的系統示意圖。

圖2~9，為本發明「圖1」的連續動作示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱「圖1」，為本發明較佳實施例的系統示意圖；如圖所示，本發明為一種海洋發電系統1，包含有：一位於海平面SL以下至少500公尺深海處之進水管10，該進水管10具有一入水口11；一連接該進水管10且直立延伸出海平面SL以上的汲水管20；一平行設置於該進水管10與該汲水管20旁的導引管30；複數循環位移於該進水管10、該汲水管20與該導引管30內的汲水器40，本發明所述汲水器40，是以一推昇隔板為較佳實施例，因此本發明以下所述汲水器40，則將以推昇隔板來加以說明；一與該進水管10相連通並持續填充氣體至該汲水器40(推昇隔板)下方令該汲水器40(推昇隔板)承受該氣體所產生的上昇推力帶動該汲水管20內海水向上位移的充氣單元50；該充氣單元50係藉由一進氣管51與該進水管10相連通；然而，本發明所述充氣單元50，是以一水電解製氫設備產生的氫氣來持續填充該汲水器40(推昇隔板)下方以產生浮力為較佳實施例；因此，本發明以下所述充氣單元50，則皆將以填充氫氣來加以說明；但值得注意的是，本發明當然亦可使用空氣壓縮機持續填充空氣至該汲水器40(推昇隔板)下方來加以實施；另外，由於該汲水器40在海水所受浮力，等於所排開的海水的重量；也就是說，浮力=該汲水器40在海水中所減輕的重量=該汲水器40在空氣中重量-該汲水器40在海水中的重量=該汲水器40所排開海水的體積×海水密度×重力加速度=該汲水器40所排開的海水重量；顯然，當該汲水器40上浮時，浮力大於該汲水器40的重力，當該汲水器40飄浮或懸浮時，浮力等於重力；但當該汲水器40處於下沉狀態時，浮力小於重力。根據浮力定律，可以得出該汲水器40浮沉與密度的關係：當該汲水器40上浮時，浮力大於該汲水器40排開海水的重力；當該汲水器40飄浮或懸浮時，浮力等於該汲水器40排開海水的重力；當該汲水器40下沉時，浮力小於該汲水器40排開海水的重力；那麼，當海水密度大於該汲水器40密度時該汲水器40上浮；當海水密度等於該汲水器40密度時該汲水器40漂浮或懸浮；當海水密度小於該汲水器40密度時該汲水器40下沉；另外，關於水電解製氫的流程，係利用電將電解槽中的水(電解液)電解分離生成氫氣與氧氣的技術；電解液常用鹼性水，然後不斷循環輸入電解槽中；電解槽係由許多電解池串連相接，每個電解池分別裝有陽極與陰極反應片，中間有一層隔離膜，以免氧氣與氫氣相混；電解產生的氫氣純度可達到99.7%以上；該海洋發電系統1還包含一透過該汲水管20內海水向上位移動能來轉換成電能的海水動力發電暨集電設備60。值得一提的是，該海洋發電系統1更可包含一利用該汲水管20內海水向上位移之溫差變化來轉換成電能的海水溫差發電暨集電設備70；所謂「海水溫差發電」(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)是一種可再生能源，主要是利用表層海水與深層海水的溫度不同來進行發電。由於表層海水受到陽光照射，吸收能量而溫度較高；然而深入海平面SL以下200公尺之後的海水，陽光幾乎無法到達，因此溫度相對較低；故，海水深度越深，其溫度也就越低；海水溫差發電，是利用表層溫度較高的海水，使熱交換機內的低沸點液體(例如：氨)沸騰為蒸氣，然後推動發電機發電，再將其導入另一熱交換機，再使用深層海水將其冷卻，如此即可完成一個循環。該該海洋發電系統1還包含一將該汲水器40(推昇隔板)由該汲水管20上方挪移至該導引管30上方的第一移動設備91；以及一將該汲水器40(推昇隔板)由該導引管30下方挪移至該進水管10內的第二移動設備92；值得注意的是，該海洋發電系統1，還可以包含一位於該汲水管20上方蒐集該汲水器40(推昇隔板)釋出下方氫氣的蒐集設備80；也就是說，當帶動該汲水管20內海水向上位移的該汲水器40上昇至海平面SL高度時，該該汲水器40(推昇隔板)又會被下一個帶動該汲水管20內海水向上位移的汲水器40(推昇隔板)再向上推昇至該第一移動設備91，該第一移動設備91即可將該汲水器40(推昇隔板)挪移至該導引管30上方，此時位於該汲水器40(推昇隔板)下方的氫氣則立即會被釋出至該蒐集設備80，該蒐集設備80內的氫氣則可再次被利用轉換回電能供該充氣單元50使用，或直接將該氫氣加壓成液態後儲存於瓶中，再運送至陸地供轉換回電能被使用。

另外，關於海水動力發電暨集電設備60或海水溫差發電暨集電設備70發電後所產生的電能，除了自給該第一移動設備91與該第二移動設備92使用外，多餘的電能還可以直接連接電纜線至陸地提供使用，但本發明較佳實施方式是，該海水動力發電暨集電設備60或該海水溫差發電暨集電設備70發電後所產生多餘的電能，可另以一水電解製氫設備來產生氫氣，然後將該氫氣加壓成液態後儲存於瓶中，再運送至陸地供轉換回電能被使用，或者可直接提供該充氣單元50使用，更由於本發明所述充氣單元50是以水電解製氫設備來產生氫氣，故該蒐集設備80所蒐集到的氫氣，即可直接加壓成液態後儲存於瓶中，再運送至陸地供轉換回電能被使用了；至於氫氣如何還原回電能，此還原技術為早已存在的現有技術，亦不在本發明的技術討論範圍內，故不為此加以詳述。當然，本發明為了安全起見，該氫氣被加壓儲存於瓶中以後，該些氫氣儲存瓶的置放區域，將會與本發明海洋發電系統1保持有一定的安全距離與隔離措施，此亦不在本發明技術的討論範圍以內。但值得一提的是，關於本發明該汲水器40(推昇隔板)產生浮力上昇帶動該汲水管20內海水向上位移，如此被汲取出的深層海水可經由淡化處理，其淡化後所產生的副產品更是可供使用的淡水，其蘊含有非常豐富的礦物質與微量元素，具有相當高的經濟價值。

為了能更清楚說明本發明技術內容，另請同時參閱「圖2」~「圖9」，為本發明「圖1」的連續動作示意圖；首先，如「圖2」所示，先將該汲水器40(推昇隔板)由該導引管30上方釋入，並先提供些許電能由該第二移動設備92將該汲水器40(推昇隔板)送至該進水管10上方，令該充氣單元50開始填充氫氣至該汲水器40(推昇隔板)下方；同時，再將其他的汲水器40(推昇隔板)一一由該導引管30上方釋入，並停留在該導引管30下方由該第二移動設備92控制等待送入該進水管10內的時機，直至該汲水器40(推昇隔板)下方填充氫氣到達如「圖3」所示，此時該汲水器40(推昇隔板)即可被下方氫氣產生的浮力推昇帶動該汲水管20內海水向上位移如「圖4」所示，該汲水管20內海水即可被推昇送至該海水動力發電暨集電設備60產生電能並加以蓄存，同時亦可由該海水溫差發電暨集電設備70來產生電能並加以蓄存；當該汲水器40(推昇隔板)到達海平面SL時，下一個汲水器40(推昇隔板)則已被該第二移動設備92送入該進水管10內如「圖5」所示，接著送至該進水管10上方並持續開始由該充氣單元50填充氫氣至該汲水器40(推昇隔板)下方如「圖6」所示，當該汲水器40(推昇隔板)下方填充氫氣到達如「圖7」所示時，此時該汲水器40(推昇隔板)又可被下方氫氣產生的浮力推昇帶動該汲水管20內海水向上位移如「圖8」所示，而上一個汲水器40(推昇隔板)則可被該第一移動設備91挪移至該導引管30上方置入該導引管30內，同時位於該汲水器40(推昇隔板)下方的氫氣則立即會被釋出至該蒐集設備80，該蒐集設備80內的氫氣則可再次被利用轉換回電能而加以蓄存，且該汲水管20內海水則可持續被推昇送至該海水動力發電暨集電設備60再次產生電能並加以蓄存，再加上由該海水溫差發電暨集電設備70所產生電能加以蓄存如「圖9」所示；如是，上述所產生的電能，即可重複提供「圖6」~「圖9」持續循環的動作，並且可以不斷產生出多餘電能加以蓄存被利用，因而達成持續帶動該汲水管20內海水向上位移發電的目的。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。