CN109889102A - 一种波浪驱动式海洋温差发电综合平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪驱动式海洋温差发电平台，通过阵列并联的浮子式活塞吸收上下运动的海洋波浪，以此驱动海洋浅、深层海水在平台内实现循环流动；由海洋浅、深层海水流经温差发电系统的冷海水扩散室、热海水散热室内，分别作为其温差发电冷、热源，并触发串联形成的半导体温差发电片阵发电，最终实现发电过程。所述半导体温差发电片阵由多组P，N型半导体首、尾依次通过上、下连接铜片串联而成，所述上、下连接铜片分别与上、下两块散热支撑板连接。本发明能有效利用海洋波浪能作为发电平台动力源，以热、冷海水作为热冷源且结合温差半导体阵进行发电，能有效避免传统透平式温差发电过程中自身能量的损耗，提高了发电效率。

Description

一种波浪驱动式海洋温差发电综合平台

技术领域

本发明涉及一种结合波浪、温差及太阳能的海洋发电综合平台，属于海洋发电技术领域。

背景技术

海洋蕴含着丰富的可再生能源，开发利用海洋可再生能源已经成为当前人们寻求清洁能源的第一途径。海洋波浪能丰富，具有动能和纵向往复的势能。

海洋温差能发电是利用浅层与深层的海水温差进行发电。资料显示，一般温海水与冷海水的温差在20摄氏度以上，即可产生纯净电力。地球热带和亚热带表层海水温度可达65摄氏度，冷海水从深海提取，温度一般在4～5摄氏度，因此海水温差发电前景极为可观。目前传统的海洋温差发电形式是以浅层海水，作为热源，将封闭循环系统的低沸点工质蒸发成气体，推动涡轮机旋转发电；深层海水作为冷源，将沸腾的蒸汽工质冷凝成液体，并通过工质泵的推动，实现系统内工质的循环流动。此种形式的温差发电需要低沸点的工质，难免因长久使用而造成工质的损耗；且抽取深、浅海水以及推动工质循环流动的泵的使用，本身就消耗了系统内的电能，降低了系统的发电效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种波浪驱动式海洋温差发电平台，能够采用海洋波浪能作为平台发电系统所需海水循环的动力源，实现海洋浅层和深层海水的自循环，避免传统透平式温差发电过程中自身能量的损耗。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种波浪驱动式海洋温差发电平台，包括平台支撑结构、热水循环系统、冷水循环系统、温差发电系统以及电源控制系统，

所述平台支撑结构包括平台主体、平台上盖、固接在所述平台主体下端的数根立柱和固接在所有立柱底部间并固定于海底的平台基座，

所述热、冷水循环系统分别位于平台主体内，热、冷水循环系统各包括数个并列的浮子式活塞缸、环绕在所有浮子式活塞缸外的气囊，所述浮子式活塞缸的上端两侧分别与热、冷源供水管和热、冷源进水管相连接，每个浮子式活塞缸的进、出水端各安装有止回阀，所述热、冷源供水管的底端分别位于海洋浅水区和海洋深水区，浮子式活塞缸的活塞杆下端安装有浮子，每个浮子式活塞缸的下端分别通过活塞支路与气囊连接贯通，活塞底端和缸体之间连接有弹簧，每个气囊上各安装有气压单向阀，

所述温差发电系统包括壳体，所述壳体内被水平设置的两块散热支撑板由上而下分隔为热海水散热室、发电室和冷海水扩散室，所述发电室内安装有半导体温差发电片阵，所述热海水散热室内盘绕有散热管道，所述冷海水扩散室内盘绕有冷源水管，所述散热管道的两端及冷源水管的两端分别伸出壳体外，散热管道、冷源水管各自的其中一端与热、冷源进水管相连接，

所述电源控制系统包括电源控制器和蓄电池，所述电源控制器分别与温差发电系统及蓄电池电性连接，所述蓄电池与用电设备连接。

上述波浪驱动式海洋温差发电平台的工作原理是，波浪推动浮子上下运动，，海水分别从热、冷源供水管流入活塞缸活塞上方的腔体内，然后又在活塞的推动下经热、冷源进水管分别流入温差发电系统的热海水散热室内的散热管道或冷海水扩散室中的冷源水管，接着从散热管道或冷源水管的另一端流出。

当浮子随波浪向下运动时，引导冷、热海水循环系统中的活塞推杆在活塞缸内由上向下运动，因活塞上方腔体内的压力变化，海水经活塞缸进水一侧的单向阀而进入缸体内，此时，深水区、浅水区的海水进入供水管流入活塞上方的腔体内；与此同时，活塞下方腔体中的气体进入气囊内，下方腔体内弹簧被压缩，以承载上腔体内液压重量，稳定活塞的运动。

相反，当浮子随着波浪向上运动时，引导冷、热海水循环系统中的活塞推杆在活塞缸内由下向上运动，由于活塞缸进水端一侧单向阀关闭，海水流经出水端一侧的单向阀而流出，冷、热海水分别流入温差发电系统的冷源水管和散热管道，流经热海水散热室或冷海水扩散室后流出；与此同时，因活塞下方腔体中的压力变化，气囊中的气体进入活塞缸中，因弹簧拉伸，保持活塞的稳定推动；如若大气压大于气囊气压，则气压单向阀打开，气体进入气囊，以保持下腔体气压恒定。

在浮子不间断的吸收波浪的往复运动的过程中，推动了温差发电系统中散热管道、冷源水管内海水的循环流动，此时温差发电系统的两个散热支撑板分别吸收冷、热海水的温度，在串联的半导体温差发电片板的上、下端形成明显的温度差，促使半导体发电片进行发电，系统所发电能经过导线流入电源管理器中。

进一步，海洋温差发电平台还包括太阳能发电系统，作为对温差平台电能的补充，所述太阳能发电系统包括安装在平台上盖上的太阳能电池板和与之连接的光电转换器，所述光电转换器与电源控制器电性连接。太阳能电池板所收集的能量经过光电转换器转变为稳定电能，并接入电源控制器内。

进一步，所述散热管道的另一端与热源供水管之间连接有热源出水管，所述冷源水管的另一端与冷源供水管之间连接有冷源出水管，所述热源出水管与冷源出水管上分别安装有止回阀。由于热源出水管与冷源出水管的设置，使供水管、进水管与出水管之间形成海水循环的回路。

进一步，所述散热管道及冷源水管分别由毛细管道组成，散热管道及冷源水管的两端分别通过分管器与热、冷水循环系统进水管相连接。分管器能够将热、冷水循环系统进水管的海水分流到毛细管道内。

进一步，为了便于散热管道、冷源水管与散热支撑板之间的热交换，所述散热支撑板上并排固定数个长条形散热片，所述散热管道或冷源水管沿着相邻长条形散热片之间的通道呈S形迂回盘绕。

进一步，所述热源供水管及冷源供水管在进水端分别安装有海水过滤器，冷源供水管的进水端放置于海平面以下1000米处。

进一步，所述平台主体为壳体结构，内设热循环腔、发电腔和冷循环腔，所述热水循环系统、冷水循环系统分别位于热循环腔和冷循环腔内，所述温差发电系统与电源控制系统位于发电腔内。

进一步，环绕所述平台主体的外侧安装有防撞体，平台主体的形状为四边形。

进一步，为了方便热/冷源供水管的安装，所述立柱为空心结构，所述热/冷源供水管分别从立柱中心穿过进入平台主体内。

进一步，为了防止中的漂浮物碰到浮子，影响浮子上下运动，所述平台主体的下方固设有浮子防护架，所述浮子架位于浮子的外围。

综上，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明能有效利用海洋波浪能作为发电平台动力源，实现海洋浅层和深层海水的自循环；并能利用太阳能作为补充能源。

2、本发明以热、冷海水作为热冷源进行发电，能有效避免传统透平式温差发电过程中自身能量的损耗，提高了发电效率。

3、本发明为平台结构，可搭载各种海洋监测传感设备，可实现海洋实时监测以及平台内各设备自供电功能。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中的平台支撑结构的结构示意图。

图2为本发明一优选实施例中的平台支撑结构的立体结构图。

图3为本发明一优选实施例中冷、热水循环系统的主视图。

图4为本发明一优选实施例中冷、热水循环系统的轴侧视图。

图5为本发明一优选实施例中温差发电系统的结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为本发明一优选实施例中散热支撑板上固定长条形散热片的结构示意图。

图8为本发明一优选实施例中散热管道或冷源水管沿着相邻长条形散热片迂回盘绕的结构示意图。

图9为图8的俯视图。

图10为图8的立体示意图。

图11为一优选实施例中半导体温差发电片阵的结构示意图。

图12为一优选实施例中半导体温差发电片阵的主视图。

图13为一优选实施例中半导体温差发电片阵的俯视图。

图14为本发明波浪驱动式海洋温差发电平台的发电原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。

一种波浪驱动式海洋温差发电平台，最佳适用于热带或亚热带海洋区域，最佳布放形式为近岸固定式；本发明通过阵列并联的浮子式活塞吸收上下运动的海洋波浪，以此驱动海洋浅、深层海水在平台内实现循环流动；由海洋浅、深层海水流经温差发电系统的冷海水扩散室、热海水散热室内，分别作为其温差发电冷、热源，并触发串联形成的半导体温差发电片阵发电，最终实现发电过程。

结合图1和图3所示，所述波浪驱动式海洋温差发电平台包括平台支撑结构1、热水循环系统2、冷水循环系统3、温差发电系统4以及电源控制系统5。

参考图1，所述平台支撑结构1包括平台主体11、平台上盖12、固接在平台主体11下端的数根立柱14和固接在所有立柱14底部间并固定于海底的平台基座15。优选的，所述立柱14、海底基座15均为高耐腐蚀材料，或进行表面防腐处理。参考图2，作为优选，环绕所述平台主体11的外侧环绕安装有一圈截面为半圆形的防撞体13，所述防撞体13优选高耐腐蚀性的弹性材料；平台主体11的形状为四边形。参考图2，所述平台主体11为壳体结构，内设热循环腔A、发电腔B和冷循环腔C，所述热水循环系统2、冷水循环系统3分别设置在热循环腔A和冷循环腔C内，所述温差发电系统4与电源控制系统5位于发电腔B内。所述立柱14为优选为空心结构，以便下述热/冷源供水管22、32分别从立柱中心穿过进入平台主体11内。值得说明的是：根据需求，可在上述立柱14上通过传感器固定支架61安装传感器设备63，实现平台搭载传感监测设备功能。

结合图3与图4，所述热、冷水循环系统分别位于平台主体11内，热、冷水循环系统各包括数个并列的浮子式活塞缸24、环绕在所有浮子式活塞缸24外的气囊27，所述浮子式活塞缸24在上端的一侧与热/冷源供水管22/32连接贯通，在另一侧与热/冷源进水管25/35连接贯通，每个浮子式活塞缸的进、出水端各安装有止回阀23。所述热源供水管的底端位于海洋浅水区，冷源供水管的底端位于海洋深水区。

每个浮子式活塞缸24的活塞杆下端安装有浮子210，所述浮子210伸出平台主体11底部外侧与波浪接触，每个浮子式活塞缸24的下端分别通过活塞支路241与截面为椭圆形的气囊27连接贯通，活塞底端和缸体之间连接有弹簧240，每个气囊27上各安装有气压单向阀28与外界大气相连，气囊内充空气等可压缩气体；所述气压单项阀28允许大气流向气囊，以保持下腔体气压恒定。为了防止与海水中的漂浮物碰到浮子，所述平台主体11的下方固接有圆柱形的浮子防护架16，所述浮子架16位于浮子210的外围，并与活塞缸活塞杆同心配合安装。

结合图5至图8所示，所述温差发电系统4包括壳体40，所述壳体40内被水平设置的两块散热支撑板44由上而下分隔为热海水散热室440、发电室441和冷海水扩散室442，所述发电室441内安装有如图11所示的半导体温差发电片阵46，所述热海水散热室440内在上方的散热支撑板44上盘绕有散热管道451，所述冷海水扩散室442内盘绕有冷源水管452，；冷源水管452与下方的散热支撑板44的底面接触，所述散热管道451的两端及冷源水管452的两端分别伸出壳体40外，散热管道、冷源水管各自的其中一端与热、冷源进水管25、35相连接。结合图7至图10所示，所述散热支撑板44上并排固定数个长条形散热片441，所述散热管道451或冷源水管452沿着相邻长条形散热片441之间的通道呈S形迂回盘绕。所述散热管道451内充满了浅水区温度稍高的海水，冷源水管452内则是深水区冷海水。

优选的，散热支撑板44、长条形散热片441、散热管道451等为高传导性材料。

继续参考图3和图4，作为优选方案，为了使供水管、进水管与出水管之间形成海水循环的回路，所述散热管道451的另一端与热源供水管22之间连接有热源出水管29，所述冷源水管452的另一端与冷源供水管32之间连接有冷源出水管39，所述热源出水管29与冷源出水管39上分别安装有止回阀23。

所述电源控制系统5包括电源控制器51和蓄电池53，所述电源控制器51分别与温差发电系统4及蓄电池53电性连接，所述蓄电池53与用电设备63连接，所述用电设备63优选为传感器设备。

结合图5所示并参考图3，所述散热管道451及冷源水管452分别由毛细管道组成，散热管道451及冷源水管452的两端分别通过分管器261与热、冷水循环系统进水管25、35相连接。

结合图11、图12和图13，半导体温差发电片阵46由多组P，N型半导体461,262首、尾依次通过上连接铜片4631,、下连接铜片4632串联而成；所述上连接铜片4631与上方的散热支撑板44连接，即此端与温海水热源接触；所述下连接铜片4632与下方的散热支撑板44连接，即此端与冷海水冷源接触；首P型半导体下端和末N型半导体下端分别引出正、负极导线47，连入电源控制系统5中的电源管理器51中。

参考图1、图3和图4，所述热源供水管22及冷源供水管32在进水端分别安装有海水过滤器21，防止海水中的污染物进入热冷海水循环系统，冷源供水管32的进水端放置于海平面以下1000米处。

作为优选方案，结合图1并参考图14，本发明还包括太阳能发电系统，作为对温差平台电能的补充，所述太阳能发电系统包括安装在平台上盖12上的太阳能电池板20和与之连接的光电转换器52，所述光电转换器52与电源控制器51电性连接。太阳能电池板20所收集的能量经过光电转换器52转变为稳定电能，并接入电源控制器51内。

值得说明的是：在本发明发电平台的工作过程中，各浮子式活塞缸的海水循环运动互不影响，更多数量的活塞系统阵列，将提高本发电系统的效率。

以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

包括平台支撑结构、热水循环系统、冷水循环系统、温差发电系统以及电源控制系统，

所述平台支撑结构包括平台主体、平台上盖、固接在平台主体下端的数根立柱和固接在所有立柱底部间并固定于海底的平台基座，

所述热、冷水循环系统分别位于平台主体内，热、冷水循环系统各包括数个并列的浮子式活塞缸、环绕在所有浮子式活塞缸外的气囊，所述浮子式活塞缸的上端两侧分别与热、冷源供水管和热、冷源进水管相连接，每个浮子式活塞缸的进、出水端各安装有止回阀，所述热、冷源供水管的底端分别位于海洋浅水区和海洋深水区，浮子式活塞缸的活塞杆下端安装有浮子，每个浮子式活塞缸的下端分别通过活塞支路与气囊连接贯通，活塞底端和缸体之间连接有弹簧，每个气囊上各安装有气压单向阀，

所述温差发电系统包括壳体，所述壳体内被水平设置的两块散热支撑板由上而下分隔为热海水散热室、发电室和冷海水扩散室，所述发电室内安装有半导体温差发电片阵，所述热海水散热室内盘绕有散热管道，所述冷海水扩散室内盘绕有冷源水管，所述散热管道的两端及冷源水管的两端分别伸出壳体外，散热管道、冷源水管各自的其中一端与热、冷源进水管相连接，

所述电源控制系统包括电源控制器和蓄电池，所述电源控制器分别与温差发电系统及蓄电池电性连接，所述蓄电池与用电设备连接。

2.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

它还包括太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括安装在平台上盖上的太阳能电池板和与之连接的光电转换器，所述光电转换器与电源控制器电性连接。

3.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述散热管道的另一端与热源供水管之间连接有热源出水管，所述冷源水管的另一端与冷源供水管之间连接有冷源出水管，所述热源出水管与冷源出水管上分别安装有止回阀。

4.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述散热管道及冷源水管分别由毛细管道组成，散热管道及冷源水管的两端分别通过分管器与热、冷水循环系统进水管相连接。

5.根据权利要求4所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述散热支撑板上并排固定数个长条形散热片，所述散热管道或冷源水管沿着相邻长条形散热片之间的通道呈S形迂回盘绕。

6.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述热源供水管及冷源供水管在进水端分别安装有海水过滤器，冷源供水管的进水端放置于海平面以下1000米处。

7.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述平台主体为壳体结构，内设热循环腔、发电腔和冷循环腔，所述热水循环系统、冷水循环系统分别位于热循环腔和冷循环腔内，所述温差发电系统与电源控制系统位于发电腔内。

8.根据权利要求7所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

环绕所述平台主体的外侧安装有防撞体，平台主体的形状为四边形。

9.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述立柱为空心结构，所述热/冷源供水管分别从立柱中心穿过进入平台主体内。

10.根据权利要求1所述的波浪驱动式海洋温差发电平台，其特征在于：

所述平台主体的下方固设有浮子架，所述浮子架位于浮子的外围。