人造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水方法
2023-12-01 23:18:11 2
專利名稱：人造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水方法
技術領域：
本技術方案涉及一套人工製造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法，屬於海水資源、能源綜合開發技術領域。該技術方案能夠全天候大規模利用海水循環發電，並以風電促進海水發電和海水綜合利用。
背景技術：
2011年3月11日，日本大地震及引發的海嘯導致日本福島核電站發生嚴重核洩漏事故，至今一個多月過去了核危機仍然沒有處理好，使世界各國更加關注清潔能源的開發利用。水力發電是公認的清潔能源，在當今世界能源供應中佔有非常重要的地位，人們講的水電絕大部分是利用陸地上河流的落差來發電，而覆蓋地球三分之二以上面積可以說是源源不斷的海水，卻很少被利用發電。目前關於應用海水發電的成果，只有少數地區利用潮汐和海浪來發電，發電效果相對來說不穩定，發電量偏小。因為潮汐和海浪有漲有落、時大時小，仍然存在自然條件的諸多制約，難以大規模利用。如果使用傳統的"抽水蓄能" 技術來抽取海水發電，需要在陸地高處建設水庫蓄水，通常是夜間用富餘的電力把位置較低的海水，抽到高處的水庫內，等到白天用電高峰時，再從高位水庫放水發電，這種方法不能連續發電，而且由於高位水庫距離海平面相對較遠，落差相對較大，抽水時要消耗大量電力，成本過高而不合算。海水和人們生產生活息息相關，它一望無際時刻都在流動，蘊藏著巨大的能量。隨著人們認識的深入、生產消費活動的拓展，海水的應用越來越廣泛，人們抽取海水上岸利用的規模迅速擴大。另一方面，我國南水北調工程經過幾十年運行，開發了先進的節能抽水技術和裝備；高性能的防水滲漏材料近年來在水電、水利建設中發揮了顯著的作用，且不斷改良升級。這種資源、技術背景、需求現狀和發展趨勢，為人們實施人造海面落差引導海水發電方法，以較低的成本馴服海水使它源源不斷為人類發電並提供其他有益的服務，提供了堅實的基礎。
發明內容
本方案提出解決利用海水發電成本過高、不穩定的問題，提供人工製造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法。該方法充分利用潛力巨大的海水和海風資源， 選取適宜負挖地面的海岸交界地帶築攔海大壩，使海平面和人工負挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引控海水衝擊地下水庫的機組發電，一邊抽取海水上岸綜合利用，同時還藉助風力發電支持抽水和海水開發項目，使海水循環發電、風力發電和海水綜合利用有機結合、相互促進，開創一套新能源開發利用的良性產業鏈。本方法的實施以符合環保要求、綜合效益顯著為前提，包括主體結構元素和輔助結構元素。主體結構元素由攔海大壩、地下水庫，升降海水發電系統，防護網及水閘，節能抽水系統，風力發電裝置，機房，地上蓄水淨化池，地上排水管，集雨防水頂蓋，海水綜合利用項目、海岸線等組成；輔助結構元素由地下排水管，梯度地下水庫，高地蓄水池，梯度水力發電裝置等組成。上述攔海大壩，設有進水口、進水通道、器材運輸通道、網線輸送通道和工作人員走道等配套設施，它的主要功能是阻擋、分隔、引進天然海水，為有關設施提供連接海陸和地下、高於海岸線的建築基礎。大壩的高度和寬度有嚴格的指標，能夠防禦超過當地記錄最大颱風海浪的襲擊，防止海水和陸地水源進入，為地下水庫提供牢固的保護屏障。上述地下水庫，建在大壩的內部，為負海拔的凹陷形狀，建有引水隧洞、輸水管道、 分隔提等設施，是容納升降海水發電系統、抽水系統的重要設施，是海水引進、抽走的中轉站，採取嚴密防水材料和防滲漏技術，防止海水、陸地上的水源和地下水滲入，地下集水庫的深度、容積根據引進海水的容量而建設，庫區分出A區、B區等區域，便於不同區域的發電機組、抽水機組分組運行、維護、檢修。上述升降海水發電系統，是吸納海水發電的重要設施，具有較高的抗海水腐蝕性能，由地下廠房及壓力鋼管、發電機組、出水口、輸電線路、調壓器材、升降裝置等配套設施組成，發電機組低於海平面，與海平面形成落差，地下廠房內安裝壓力鋼管、發電機組，通過地下水庫引水隧洞的海水進入壓力鋼管，衝擊發電機組發電，水位超警戒線時海水發電系統能夠從地下廠房升起至安全高度。上述水閘設施，包括防護網、閘門、消能防衝設施、起降裝置等，建在攔海大壩的進水口之前，消能防衝設施連接攔海大壩，減少海浪對大壩的衝擊力，閘門工作時升起高於海面使海水進來，關閉時封鎖攔海大壩的進水口，把海水擋在大壩之外，防護網設在間門外圍，主要是防止避免障礙物或失足落水人員衝進攔海大壩導致安全事故的發生。上述節能抽水裝置，包括取水口、大功率水泵、抽水管道、泵房等部件，是決定地下水庫的水位與海面有多少落差的重要設施，採取大功率抽水機，運用節能抽水、分級抽水等技術，及時抽取流入地下水庫發電的海水上岸利用，為了節能，抽水機組取水口比發電系統的出水口略低，抽水管道儘量直線密封對接地下水庫的輸水管道，形成平緩的斜坡走向，利用勢能減少阻力抽水上岸，抽水量的指標安排比進水量大。上述風力發電裝置，有的建在海面上，有的建在陸地山坡上，主要為抽水和海水綜合利用項目提供電力，在海上建設風力發電機組要儘量靠近攔海大壩依託其建築基礎，以減少施工成本。上述機房，主要功能是接納海水發電進行處理送入電網，並為有關設施和技術人員提供安全的室內環境。上述地上蓄水淨化池，採用防漏材料及技術，建在地下水庫相連的岸上，主要是接納淨化從地下水庫抽取上來的海水，而地上排水管則輸送海水到綜合利用的場所和項目。上述防雨集水頂蓋，建在地下水庫之上高於海岸線，功能是地下水庫上面的集水棚、防護罩，遮擋和收集雨水，防止雨水或不明物體掉下地下水庫。上述海水綜合利用項目，包括海水養殖區、海水遊樂場、遊泳池、海鮮酒店、曬鹽場、港口航道、海邊造林、海水化工廠、海洋生物館，水上運動訓練場等，是結合當地實際而發展的項目，使抽上岸的海水創造了社會效益、經濟效益、生態效益等綜合效益之後再流入大海。上述海岸線，為本技術方案陸地和海面的界線。
上述地下排水管，一頭連接地下水庫另一頭連接梯度地下水庫，海水通過地下管道排到更深的梯度地下水庫。上述梯度地下水庫，是吸納更多海水提高發電量的輔助設施，通過地下排水管連通地下水庫，比地下水庫的深度更深，也作為備用抽水、排水的應急設施。上述高地蓄水池，是在高處建造一個大水池，把海水抽上去，高地蓄水池能為有關項目輸送具有較高水壓的海水，它的勢能可用來發電。上述梯度水力發電裝置，安裝在綜合利用海水存在落差的地帶，功能是充分利用地下水庫與梯度地下水庫之間形成的落差、高地蓄水池與窪地的落差、地上排水管與海平面的落差，實現海水梯度發電。實施本技術方案，海水迅速流入攔海大壩會影響周邊海水流向，並帶動空氣流動影響風向，要根據新的風向數據安排風力發動機組等設施的最佳位置，提高發電效率和安全係數。
圖1為本發明實例一整體效果平面2為本發明實例二主體結構元素平面圖
具體實施例方式下面結合附圖對發明作進一步詳細描述。如圖所示，圖中的數字1是攔海大壩，2 是地下水庫，3是升降海水發電系統，4為水閘設施，5為節能抽水裝置，6為風力發電系統， 7為機房，8為地上蓄水淨化池，9為地上排水管，10為防雨集水頂蓋，11為海水綜合利用項目，12為海岸線，13為地下排水管，14為梯度地下水庫，15為高地蓄水池，16為梯度水力發
電裝置。實施本技術方案時，以對生態環境的影響降到最低或影響非常小為前提。最好選擇一處長期以來潮汐落差比較明顯、周邊環境適宜大規模循環利用海水的海灣或海岸，在海岸線12旁邊築起攔海大壩1，負挖壩內的沙土製造凹陷的地下水庫2，攔海大壩1和地下水庫要堅固、防水、抗腐蝕，使壩外的海平面高於壩內的海拔，從而吸引攔海大壩1周邊的海水，經過水閘設施4，進入衝入安裝在地下水庫2的引水隧洞，的升降海水發電系統3的壓力鋼管中，衝擊發電機組循環發電，發電系統把發出的電力輸送到機房7，由機房7處理送入電網。水力發電機組排出的海水，分別由節能抽水裝置5，從地下水庫2的A區、B區等區域抽到岸上的地上蓄水淨化池8。海水經過淨化工藝流入地上排水管9，再分別供應各個海水利用項目11使用。部分海水被抽上防雨集水頂蓋10開發利用，匯同下雨天氣被防雨集水頂蓋10遮擋收集的雨水，流入地上排水管9綜合利用，回歸大海。風力發電系統6為抽水裝置5和海水綜合利用項目11提供電力。另一方面，為了提高發電量，注入地下水庫2的海水更多，積累多餘的海水，通過地下排水管13，排到深度更深的梯度地下水庫14，梯度地下水庫14接納的海水，再抽上高地蓄水庫15，從高處流下的海水衝擊窪地的梯度水力發電裝置16，發電之後再流入大海， 從而實現循環發電和綜合利用。本技術方案提出的海水利用項目11包括海水養殖區、海水遊樂場、遊泳池、港口航道、海鮮酒店、曬鹽場、海邊造林、海水化工廠、海洋生物館，水上運動訓練場等項目，既可應用到主體結構中，也可應用到輔助結構中。由於大量海水被抽上岸，應用不好海水有可能損害環境，所以要結合當地實際科學規劃，經過嚴格論證權衡好利弊而決定上馬哪一個項目，不可盲目發展。為有效降低抽水的成本，本技術方案適宜在靠近沿海核電站附近的海岸實施，以充分利用核電站夜間的富餘電力抽水。實施本發明時各地要根據當地的實際情況，對上述的技術元素進行組合運用，如圖所示實例一是整體採用主體結構元素和輔助結構元素的模式，實例二是集中採用主體結構元素的模式，其中主體結構元素是本發明實施不可缺少的條件。本發明的有益之處，在於能夠可持續大規模利用海水和風力穩定發電，為國民經濟建設提供大量電力，促進海水發電、風力發電裝備製造產業升級，創出一條清潔能源經濟、循環經濟相輔相成的新路子；直接在海邊建造地下水庫，零距離引用海水發電，能精減工程建設範圍縮短電廠的工作路徑，節省在陸地高處建設水庫的用地，從而把對當地植被、 地形地貌的影響降到最低；把大量海水抽到岸上利用，能滿足人們迅速增長的海水應用需求，拓展海水利用新領域，節約有關項目抽取海水要付出的電力成本。
權利要求
1.本發明涉及一種人造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法，該方法充分利用潛力巨大的海水和海風資源，選取適宜負挖地面的海岸交界或海邊地帶築攔海大壩，使海平面和人工負挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引導海水衝擊地下水庫的發電機組發電，一邊抽取海水上岸綜合利用，同時還藉助風力發電支持抽水和海水開發項目；本方法的實施以符合環保要求、綜合效益明顯為前提，包括主體結構元素和輔助結構元素主體結構元素由攔海大壩1，地下水庫2，防護網及水閘3，升降海水發電系統4，節能抽水裝置5，風力發電系統6，機房7，地上蓄水淨化池8，地上排水管9，防雨集水頂蓋10，海水綜合利用項目11，海岸線12等組成；輔助結構元素由地下排水管13，梯度地下水庫14， 高地蓄水池15，梯度水力發電裝置16等組成，本方法有整體採用主體結構元素和輔助結構元素、集中採用主體結構元素等多種模式。
2.根據根據權利要求1所述的人造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法，其特徵在於上述攔海大壩，設有進水口、進水通道、器材運輸通道、網線輸送通道和工作人員走道等配套設施，它的主要功能是阻擋、分隔、引進天然海水，為有關設施提供連接海陸和地下的建築基礎，大壩的高度高於海岸線，壩頂寬3米以上，能夠防禦超過當地記錄最大颱風海浪的襲擊，防止海水和陸地水源進入，為地下水庫提供牢固的保護屏障。
3.根據權利要求1所述的人造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法， 其特徵在於上述地下水庫，建在大壩的內部，為負海拔的凹陷形狀，是容納海水發電系統、 抽水裝置的重要設施，採取嚴密防水材料和反滲漏技術，防止海水、陸地上的水源和地下水滲入，地下集水庫的深度、容積根據引進海水的容量而建設，水庫下築起分隔提分開不同區域，便於各區域的發電、抽水機組分組運行、維護、檢修；上述防雨集水頂蓋，高於海岸線罩住地下水庫，防止雨水或不明物體掉下地下水庫。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述升降海水發電系統，是接納海水發電的重要設施，具有較高的抗海水腐蝕性能，由地下廠房及壓力鋼管、發電機組、輸電線路、調壓器材、升降裝置等配套設施組成，發電系統的設施低於海平面，形成落差引海水發電，地下水位超警戒線時，海水發電系統能夠從地下廠房升起至安全高度；上述機房，對海水發電系統發出的電進行技術處理送上電網。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述水間設施，建在每臺海水發電機組對應的攔海大壩進水口之前的海面上，設有消能防衝設施減少海浪對大壩的衝擊力，間門根據發電需要而打開或關閉，防護網設在閘門外圍，主要是防止避免障礙物或失足落水人員衝進攔海大壩導致安全事故的發生。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述節能抽水系統是決定地下水庫的水位與海平面有多少落差的重要設施，運用勢能抽水、分級抽水等技術，減少抽水的成本，及時把海水抽到岸上利用，為了節能，抽水機組取水口比發電系統的出水口略低，抽水管道直線密封對接地下水庫的輸水管道，形成平緩的斜坡走向，減少阻力抽水上岸，抽水量的設計指標比進水量的指標大。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述地上蓄水淨化池連接抽水機和地上排水管，主要作用是接納淨化從地下水庫抽取上來的海水；上述地上排水管則輸送海水到綜合利用的項目和場所，同時把在岸上綜合利用之後的海水送回海平面。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述風力發電裝置，建在攔海大壩附近海面和山坡上的迎風處，主要功能是為抽水和海水綜合利用項目提供電力。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述海水綜合利用項目，其中海水是特指對抽上岸再利用的海水，項目包括海水養殖區、海水遊樂場、遊泳池、海鮮酒店、曬鹽場、海邊造林、海水化工廠、水上運動訓練場、港口航道等，這些項目經過嚴格的論證結合當地實際而應用，嚴重影響環境、弊大於利的項目不能上馬。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述的主體結構元素和輔助結構元素能夠進行組合運用，上述地下排水管、梯度地下水庫、高地蓄水池，梯度水力發電裝置，是輔助地下水庫抽水、排水，提高海水發電量和海水利用量的設施，也作為應急排走海水，或接納海水利用的備用設施。
全文摘要
本發明提出解決利用海水發電成本過高、不穩定的問題，提供人工製造海面落差引導海水循環發電及綜合利用海水的方法。該方法包括主體結構元素和輔助結構元素，選取適宜負挖地面的海岸交界地帶築攔海大壩，使海平面和人工負挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引控海水衝擊地下水庫下的發電機組發電，一邊抽取海水上岸利用，同時還藉助風力發電支持抽水和海水綜合利用項目。本發明能夠節省海水開發的土地資源，全天候大規模利用海水和風力穩定發電，為國民經濟建設提供大量電力，促進海水發電、風力發電裝備製造產業升級，為海洋產業提供大量可支配利用的清潔海水，提高海洋產業增加值，創出一條清潔能源經濟、循環經濟相輔相成的新路子。
文檔編號F03B13/06GK102277863SQ20111011369
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月24日 優先權日2011年4月24日
發明者鄧其輝 申請人:鄧其輝