一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺及其工作方法技術

本發明專利技術公開了一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺及其工作方法。海上種植平臺包括漂浮平臺、汽輪機發電構件、海水淡化循環系統和錨泊系統，其中：漂浮平臺從上到下依次分為指示燈層、植物生長層、土壤層、設備層和空氣室層；植物生長層外壁有通氣孔與大氣連通，為植物供應光合作用所需的原料；土壤層中預埋了帶有透水孔的蒸汽通道，對土壤種植作物進行灌溉；設備層中固定了水泵、加熱器和控制模塊等設施；當波浪入射到空氣室層中時，利用波浪起伏產生的氣流沖擊汽輪機，從而將振蕩水柱的能量轉換成汽輪機的機械能，進而驅動發電機發電。本發明專利技術提出了一種成本較低、方便快捷的海上種植平臺的海水淡化方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新型可再生能源技術和海洋裝備領域，特別是一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺。
技術介紹
隨著全球能源危機、溫室效應和開采傳統能源所帶來的環境污染問題的加劇，海洋可再生能源的開發越來越受到重視。其中，波浪能由于其儲量巨大受到廣泛關注，目前已有大量形式各異的波浪能裝置被研發出來，按照原理和結構可以分為擺式、浮力擺式、振蕩水柱式、越浪式、鴨式、筏式、點吸收式、磁流體波浪能發電裝置。其中漂浮式振蕩水柱波浪能發電裝置研制技術的應用較為廣泛，在波浪入射波的作用下，氣室內的水柱受激振蕩，推動其上方的空氣往復地通過渦輪機，將渦輪機的機械能轉換為電能，但是此裝置轉換效率低，波浪能轉換為電能的總效率為10%~30%，且建造費用昂貴。另一方面，海洋受太陽照射，把太陽輻射能轉化為海洋熱能。在熱帶和亞熱帶地區，表層海水保持在25~28攝氏度，幾百米以下的深層海水溫度穩定在4~7攝氏度，用上下兩層不同溫度的海水作熱源和冷源，就可以利用它們的溫度差發電。位于北回歸線以南的中國南海是典型的熱帶海洋，太陽輻射強烈。南海的表層水溫常年維持在25℃以上，而500~800米以下的深層水溫則在5℃以下，兩者間的水溫差在20℃~24℃之間，溫差能資源非常豐富。此外，傳統的波浪能發電裝置功能單一，在海面風平浪靜的時候，這些波浪能轉換裝置的發電效率較低，有的甚至不能夠產生電力，大部分的裝置閑置在海面上，增加了經濟成本和維護費用。由此可見，波浪能裝置的發展趨勢應該是多種經營、綜合利用，在滿足發電需求的基礎之上，可以研發出諸如具有植物培育等多重功能的新型裝置，為人們的生產生活提供更加便捷的服務。近幾年來，對于近岸區波能裝置的優化設計和多功能開發利用的研究還不是特別的成熟，如何設計出高效、穩定并且成本較低的波能轉換器成為了各國科研工作者的研究難題。有的學者提出了將種植平臺和波能轉換器結合在一起的設計想法，在島礁或是沿海偏遠地區安置波能發電的種植平臺，可以有效解決附近居民的飲食需要，并且也在一定程度上促進了當地農業的發展，有著顯著的經濟效益。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：克服傳統發電裝置能量轉換效率不穩定、維護困難以及功能單一、波浪和海水資源得不到充分利用等不足，提供一種利用波浪能的海上種植平臺，它能夠同時具有發光指示和培育農作物的雙重功能，不僅能夠將波浪能轉化為照明用的電能，而且創新性地設計出了一種利用不同深度的海水溫差淡化海水，灌溉農作物的方法。為了實現上述技術目的，本專利技術采取的具體技術方案是：一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，它包括漂浮平臺，漂浮平臺內設置汽輪機發電機構、海水循環淡化系統、蓄電池以及控制模塊，漂浮平臺底部連接錨泊系統，其中，漂浮平臺為多層結構，多層結構的漂浮平臺從上到下依次分為指示燈層、植物生長層、土壤層、設備層和空氣室層；所述指示燈層上設有指示燈、照明燈以及亮度感應器；植物生長層的側壁上設有與大氣連通的通氣孔，設備層中設有與空氣室層相連通的氣道，所述氣道末端通過所述通氣孔與大氣保持空氣流通；所述汽輪機發電機構設置在所述設備層中的氣道內，包括：發電機和連接在發電機軸上的葉片；所述海水循環淡化系統包括預埋在土壤層內下部的蒸汽管道，蒸汽管道上設有汽孔；設置在設備層中與所述蒸汽管道連通的的汽化室，汽化室內設有加熱器；還包括第一取水設備，用于將溫度較高的表層海水吸取至所述汽化室內，包括第一管道、設置在第一管道中的第一水泵、設置在第一管道上靠近第一管道管口處的浮子；預埋在土壤層中部的冷水排管以及第二取水設備，第二取水設備用于將溫度較低的深層海水吸取至所述冷水排管中，包括第二管道、設置在第二管道中的第二水泵以及設置在第二管道上靠近第二管道管口處的重塊；所述土壤層側壁上設有供冷水排管排水的排水口；所述汽化室內設有水量檢測器和水溫檢測器；所述指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵、亮度感應器、水量檢測器、溫度傳感器均與控制模塊連接；所述蓄電池與所述發電機電性連接，用于為指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵以及控制模塊供電。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述水量檢測器為安裝在汽化室底部的重量傳感器，所述水溫檢測器為設置在汽化室內側側壁上的溫度傳感器。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述冷水排管在土壤層中盤旋布置。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述氣道包括主氣道和至少兩個次級氣道，所述主氣道與空氣室層相連通，所述次級氣道的氣道末端與通氣孔之間保持空氣流通；每個次級氣道內均設有一組所述汽輪機發電機構。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述指示燈層包括設置在植物生長層上部的透明頂蓋，透明頂蓋上部外側設有指示燈，透明頂蓋內側設有照明燈。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述透明頂蓋為鋼化玻璃。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述浮子設置在距第一管道的進水口0.5米~1.5米之處；所述重塊設置于距第二管道的進水口0.5米~1.5米處。作為本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的進一步優選技術方案，所述控制模塊為單片機。本專利技術還公開了一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的工作方法，當波浪傳遞到漂浮平臺時，在錨泊系統的固定之下，漂浮平臺受到波浪的作用之后達到了平衡狀態，當波浪上升時將空氣室層中的空氣頂上去，被壓縮的空氣穿過主氣道進入次級氣道，并驅動與發電機軸相連的葉片旋轉，帶動發電機發電，當波浪落下時，空氣室層內形成負壓，使大氣中的空氣從通氣孔中吸入次級氣道，并驅動與發電機相連的葉片反向旋轉，使發電機發電，實現雙向發電；在裝置投入使用之前，控制模塊內預先設定好汽化室內水的重量，當汽化室內水的重量超過預設值，水量檢測器將信號輸入給控制模塊，此時控制模塊執行停止抽入熱水的命令，第一水泵關閉；當汽化室內水的重量小于預設值，控制模塊執行開啟抽入熱水的命令，第一水泵打開，當水溫檢測器測得水溫低于50℃時，水溫檢測器將信號輸入給控制模塊，控制模塊再將命令傳遞到輸出模塊，輸出模塊將命令輸出到逆變器，將蓄電池中的直流負載轉化為交流負載，為加熱器提供電力；當水溫高于50℃低于70℃時，蓄電池和發電機產生的交流負載同時提供電力；當水溫高于70℃時，蓄電池停止輸電，只有發電機產生的交流負載工作；控制模塊內預先設置第二水泵的抽水頻率和控制抽水量，抽上來的冷水進入冷水排管中后，由土壤層側壁上的排水口流入大海中；加熱器將水燒至沸騰變成水蒸汽上升進入蒸汽通道，由于蒸汽通道管壁上有散氣孔，當熱的蒸汽從散氣孔進入土壤并遇到溫度較低的冷水排管時，蒸汽在冷水管壁上液化為冷凝水，冷凝水流入土壤，實現了海水淡化和灌溉農作用的目的；在夜晚光照不足時，亮度感應器觸發控制模塊執行打開指示燈的命令，使得整套裝置在夜晚也能夠被來往的船只識別。作為本專利技術方法的進一步改進方案，當波浪能裝置出現異常情況時，報警模塊觸發報警器。本專利技術利用波浪能和溫差能的海上種植平臺的有益效果是：本專利技術適用于波浪能資源相對豐富的海域，采用帶有空腔的漂浮平臺和錨固系統設計，使得波浪能裝置能夠適應較深的水深本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，它包括漂浮平臺，漂浮平臺內設置汽輪機發電機構、海水循環淡化系統、蓄電池以及控制模塊，漂浮平臺底部連接錨泊系統，其中，漂浮平臺為多層結構，多層結構的漂浮平臺從上到下依次分為指示燈層、植物生長層、土壤層、設備層和空氣室層；所述指示燈層上設有指示燈、照明燈以及亮度感應器；植物生長層的側壁上設有與大氣連通的通氣孔，設備層中設有與空氣室層相連通的氣道，所述氣道末端通過所述通氣孔與大氣保持空氣流通；所述汽輪機發電機構設置在所述設備層中的氣道內，包括：發電機和連接在發電機軸上的葉片；所述海水循環淡化系統包括預埋在土壤層內下部的蒸汽管道，蒸汽管道上設有汽孔；設置在設備層中與所述蒸汽管道連通的的汽化室，汽化室內設有加熱器；還包括第一取水設備，用于將溫度較高的表層海水吸取至所述汽化室內，包括第一管道、設置在第一管道中的第一水泵、設置在第一管道上靠近第一管道管口處的浮子；預埋在土壤層中部的冷水排管以及第二取水設備，第二取水設備用于將溫度較低的深層海水吸取至所述冷水排管中，包括第二管道、設置在第二管道中的第二水泵以及設置在第二管道上靠近第二管道管口處的重塊；所述土壤層側壁上設有供冷水排管排水的排水口；所述汽化室內設有水量檢測器和水溫檢測器；所述指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵、亮度感應器、水量檢測器、溫度傳感器均與控制模塊連接；所述蓄電池與所述發電機電性連接，用于為指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵以及控制模塊供電。...

【技術特征摘要】
1.一種利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，它包括漂浮平臺，漂浮平臺內設置汽輪機發電機構、海水循環淡化系統、蓄電池以及控制模塊，漂浮平臺底部連接錨泊系統，其中，漂浮平臺為多層結構，多層結構的漂浮平臺從上到下依次分為指示燈層、植物生長層、土壤層、設備層和空氣室層；所述指示燈層上設有指示燈、照明燈以及亮度感應器；植物生長層的側壁上設有與大氣連通的通氣孔，設備層中設有與空氣室層相連通的氣道，所述氣道末端通過所述通氣孔與大氣保持空氣流通；所述汽輪機發電機構設置在所述設備層中的氣道內，包括：發電機和連接在發電機軸上的葉片；所述海水循環淡化系統包括預埋在土壤層內下部的蒸汽管道，蒸汽管道上設有汽孔；設置在設備層中與所述蒸汽管道連通的的汽化室，汽化室內設有加熱器；還包括第一取水設備，用于將溫度較高的表層海水吸取至所述汽化室內，包括第一管道、設置在第一管道中的第一水泵、設置在第一管道上靠近第一管道管口處的浮子；預埋在土壤層中部的冷水排管以及第二取水設備，第二取水設備用于將溫度較低的深層海水吸取至所述冷水排管中，包括第二管道、設置在第二管道中的第二水泵以及設置在第二管道上靠近第二管道管口處的重塊；所述土壤層側壁上設有供冷水排管排水的排水口；所述汽化室內設有水量檢測器和水溫檢測器；所述指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵、亮度感應器、水量檢測器、溫度傳感器均與控制模塊連接；所述蓄電池與所述發電機電性連接，用于為指示燈、照明燈、加熱器、第一水泵、第二水泵以及控制模塊供電。2.根據權利要求1所述的利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，所述水量檢測器為安裝在汽化室底部的重量傳感器，所述水溫檢測器為設置在汽化室內側側壁上的溫度傳感器。3.根據權利要求1所述的利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，所述冷水排管在土壤層中盤旋布置。4.根據權利要求1所述的利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，所述氣道包括主氣道和至少兩個次級氣道，所述主氣道與空氣室層相連通，所述次級氣道的氣道末端與通氣孔之間保持空氣流通；每個次級氣道內均設有一組所述汽輪機發電機構。5.根據權利要求1所述的利用波浪能和溫差能的海上種植平臺，其特征在于，所述指示燈層包括設置在植物生長層上部的透明頂蓋，透明頂蓋上部外側設有指示燈，透...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭偉，范亞寧，張繼生，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32