人造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水方法

专利名称：人造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水方法
技术领域：
本技术方案涉及一套人工制造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法，属于海水资源、能源综合开发技术领域。该技术方案能够全天候大规模利用海水循环发电，并以风电促进海水发电和海水综合利用。
背景技术：
2011年3月11日，日本大地震及引发的海啸导致日本福岛核电站发生严重核泄漏事故，至今一个多月过去了核危机仍然没有处理好，使世界各国更加关注清洁能源的开发利用。水力发电是公认的清洁能源，在当今世界能源供应中占有非常重要的地位，人们讲的水电绝大部分是利用陆地上河流的落差来发电，而覆盖地球三分之二以上面积可以说是源源不断的海水，却很少被利用发电。目前关于应用海水发电的成果，只有少数地区利用潮汐和海浪来发电，发电效果相对来说不稳定，发电量偏小。因为潮汐和海浪有涨有落、时大时小，仍然存在自然条件的诸多制约，难以大规模利用。如果使用传统的"抽水蓄能" 技术来抽取海水发电，需要在陆地高处建设水库蓄水，通常是夜间用富余的电力把位置较低的海水，抽到高处的水库内，等到白天用电高峰时，再从高位水库放水发电，这种方法不能连续发电，而且由于高位水库距离海平面相对较远，落差相对较大，抽水时要消耗大量电力，成本过高而不合算。海水和人们生产生活息息相关，它一望无际时刻都在流动，蕴藏着巨大的能量。随着人们认识的深入、生产消费活动的拓展，海水的应用越来越广泛，人们抽取海水上岸利用的规模迅速扩大。另一方面，我国南水北调工程经过几十年运行，开发了先进的节能抽水技术和装备；高性能的防水渗漏材料近年来在水电、水利建设中发挥了显著的作用，且不断改良升级。这种资源、技术背景、需求现状和发展趋势，为人们实施人造海面落差引导海水发电方法，以较低的成本驯服海水使它源源不断为人类发电并提供其他有益的服务，提供了坚实的基础。

发明内容
本方案提出解决利用海水发电成本过高、不稳定的问题，提供人工制造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法。该方法充分利用潜力巨大的海水和海风资源， 选取适宜负挖地面的海岸交界地带筑拦海大坝，使海平面和人工负挖的地下水库形成海拔差异，一边引控海水冲击地下水库的机组发电，一边抽取海水上岸综合利用，同时还借助风力发电支持抽水和海水开发项目，使海水循环发电、风力发电和海水综合利用有机结合、相互促进，开创一套新能源开发利用的良性产业链。本方法的实施以符合环保要求、综合效益显著为前提，包括主体结构元素和辅助结构元素。主体结构元素由拦海大坝、地下水库，升降海水发电系统，防护网及水闸，节能抽水系统，风力发电装置，机房，地上蓄水净化池，地上排水管，集雨防水顶盖，海水综合利用项目、海岸线等组成；辅助结构元素由地下排水管，梯度地下水库，高地蓄水池，梯度水力发电装置等组成。上述拦海大坝，设有进水口、进水通道、器材运输通道、网线输送通道和工作人员走道等配套设施，它的主要功能是阻挡、分隔、引进天然海水，为有关设施提供连接海陆和地下、高于海岸线的建筑基础。大坝的高度和宽度有严格的指标，能够防御超过当地记录最大台风海浪的袭击，防止海水和陆地水源进入，为地下水库提供牢固的保护屏障。上述地下水库，建在大坝的内部，为负海拔的凹陷形状，建有引水隧洞、输水管道、 分隔提等设施，是容纳升降海水发电系统、抽水系统的重要设施，是海水引进、抽走的中转站，采取严密防水材料和防渗漏技术，防止海水、陆地上的水源和地下水渗入，地下集水库的深度、容积根据引进海水的容量而建设，库区分出A区、B区等区域，便于不同区域的发电机组、抽水机组分组运行、维护、检修。上述升降海水发电系统，是吸纳海水发电的重要设施，具有较高的抗海水腐蚀性能，由地下厂房及压力钢管、发电机组、出水口、输电线路、调压器材、升降装置等配套设施组成，发电机组低于海平面，与海平面形成落差，地下厂房内安装压力钢管、发电机组，通过地下水库引水隧洞的海水进入压力钢管，冲击发电机组发电，水位超警戒线时海水发电系统能够从地下厂房升起至安全高度。上述水闸设施，包括防护网、闸门、消能防冲设施、起降装置等，建在拦海大坝的进水口之前，消能防冲设施连接拦海大坝，减少海浪对大坝的冲击力，闸门工作时升起高于海面使海水进来，关闭时封锁拦海大坝的进水口，把海水挡在大坝之外，防护网设在间门外围，主要是防止避免障碍物或失足落水人员冲进拦海大坝导致安全事故的发生。上述节能抽水装置，包括取水口、大功率水泵、抽水管道、泵房等部件，是决定地下水库的水位与海面有多少落差的重要设施，采取大功率抽水机，运用节能抽水、分级抽水等技术，及时抽取流入地下水库发电的海水上岸利用，为了节能，抽水机组取水口比发电系统的出水口略低，抽水管道尽量直线密封对接地下水库的输水管道，形成平缓的斜坡走向，利用势能减少阻力抽水上岸，抽水量的指标安排比进水量大。上述风力发电装置，有的建在海面上，有的建在陆地山坡上，主要为抽水和海水综合利用项目提供电力，在海上建设风力发电机组要尽量靠近拦海大坝依托其建筑基础，以减少施工成本。上述机房，主要功能是接纳海水发电进行处理送入电网，并为有关设施和技术人员提供安全的室内环境。上述地上蓄水净化池，采用防漏材料及技术，建在地下水库相连的岸上，主要是接纳净化从地下水库抽取上来的海水，而地上排水管则输送海水到综合利用的场所和项目。上述防雨集水顶盖，建在地下水库之上高于海岸线，功能是地下水库上面的集水棚、防护罩，遮挡和收集雨水，防止雨水或不明物体掉下地下水库。上述海水综合利用项目，包括海水养殖区、海水游乐场、游泳池、海鲜酒店、晒盐场、港口航道、海边造林、海水化工厂、海洋生物馆，水上运动训练场等，是结合当地实际而发展的项目，使抽上岸的海水创造了社会效益、经济效益、生态效益等综合效益之后再流入大海。上述海岸线，为本技术方案陆地和海面的界线。
上述地下排水管，一头连接地下水库另一头连接梯度地下水库，海水通过地下管道排到更深的梯度地下水库。上述梯度地下水库，是吸纳更多海水提高发电量的辅助设施，通过地下排水管连通地下水库，比地下水库的深度更深，也作为备用抽水、排水的应急设施。上述高地蓄水池，是在高处建造一个大水池，把海水抽上去，高地蓄水池能为有关项目输送具有较高水压的海水，它的势能可用来发电。上述梯度水力发电装置，安装在综合利用海水存在落差的地带，功能是充分利用地下水库与梯度地下水库之间形成的落差、高地蓄水池与洼地的落差、地上排水管与海平面的落差，实现海水梯度发电。实施本技术方案，海水迅速流入拦海大坝会影响周边海水流向，并带动空气流动影响风向，要根据新的风向数据安排风力发动机组等设施的最佳位置，提高发电效率和安全系数。


图1为本发明实例一整体效果平面2为本发明实例二主体结构元素平面图
具体实施例方式下面结合附图对发明作进一步详细描述。如图所示，图中的数字1是拦海大坝，2 是地下水库，3是升降海水发电系统，4为水闸设施，5为节能抽水装置，6为风力发电系统， 7为机房，8为地上蓄水净化池，9为地上排水管，10为防雨集水顶盖，11为海水综合利用项目，12为海岸线，13为地下排水管，14为梯度地下水库，15为高地蓄水池，16为梯度水力发
电装置。实施本技术方案时，以对生态环境的影响降到最低或影响非常小为前提。最好选择一处长期以来潮汐落差比较明显、周边环境适宜大规模循环利用海水的海湾或海岸，在海岸线12旁边筑起拦海大坝1，负挖坝内的沙土制造凹陷的地下水库2，拦海大坝1和地下水库要坚固、防水、抗腐蚀，使坝外的海平面高于坝内的海拔，从而吸引拦海大坝1周边的海水，经过水闸设施4，进入冲入安装在地下水库2的引水隧洞，的升降海水发电系统3的压力钢管中，冲击发电机组循环发电，发电系统把发出的电力输送到机房7，由机房7处理送入电网。水力发电机组排出的海水，分别由节能抽水装置5，从地下水库2的A区、B区等区域抽到岸上的地上蓄水净化池8。海水经过净化工艺流入地上排水管9，再分别供应各个海水利用项目11使用。部分海水被抽上防雨集水顶盖10开发利用，汇同下雨天气被防雨集水顶盖10遮挡收集的雨水，流入地上排水管9综合利用，回归大海。风力发电系统6为抽水装置5和海水综合利用项目11提供电力。另一方面，为了提高发电量，注入地下水库2的海水更多，积累多余的海水，通过地下排水管13，排到深度更深的梯度地下水库14，梯度地下水库14接纳的海水，再抽上高地蓄水库15，从高处流下的海水冲击洼地的梯度水力发电装置16，发电之后再流入大海， 从而实现循环发电和综合利用。本技术方案提出的海水利用项目11包括海水养殖区、海水游乐场、游泳池、港口航道、海鲜酒店、晒盐场、海边造林、海水化工厂、海洋生物馆，水上运动训练场等项目，既可应用到主体结构中，也可应用到辅助结构中。由于大量海水被抽上岸，应用不好海水有可能损害环境，所以要结合当地实际科学规划，经过严格论证权衡好利弊而决定上马哪一个项目，不可盲目发展。为有效降低抽水的成本，本技术方案适宜在靠近沿海核电站附近的海岸实施，以充分利用核电站夜间的富余电力抽水。实施本发明时各地要根据当地的实际情况，对上述的技术元素进行组合运用，如图所示实例一是整体采用主体结构元素和辅助结构元素的模式，实例二是集中采用主体结构元素的模式，其中主体结构元素是本发明实施不可缺少的条件。本发明的有益之处，在于能够可持续大规模利用海水和风力稳定发电，为国民经济建设提供大量电力，促进海水发电、风力发电装备制造产业升级，创出一条清洁能源经济、循环经济相辅相成的新路子；直接在海边建造地下水库，零距离引用海水发电，能精减工程建设范围缩短电厂的工作路径，节省在陆地高处建设水库的用地，从而把对当地植被、 地形地貌的影响降到最低；把大量海水抽到岸上利用，能满足人们迅速增长的海水应用需求，拓展海水利用新领域，节约有关项目抽取海水要付出的电力成本。
权利要求
1.本发明涉及一种人造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法，该方法充分利用潜力巨大的海水和海风资源，选取适宜负挖地面的海岸交界或海边地带筑拦海大坝，使海平面和人工负挖的地下水库形成海拔差异，一边引导海水冲击地下水库的发电机组发电，一边抽取海水上岸综合利用，同时还借助风力发电支持抽水和海水开发项目；本方法的实施以符合环保要求、综合效益明显为前提，包括主体结构元素和辅助结构元素主体结构元素由拦海大坝1，地下水库2，防护网及水闸3，升降海水发电系统4，节能抽水装置5，风力发电系统6，机房7，地上蓄水净化池8，地上排水管9，防雨集水顶盖10，海水综合利用项目11，海岸线12等组成；辅助结构元素由地下排水管13，梯度地下水库14， 高地蓄水池15，梯度水力发电装置16等组成，本方法有整体采用主体结构元素和辅助结构元素、集中采用主体结构元素等多种模式。
2.根据根据权利要求1所述的人造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法，其特征在于上述拦海大坝，设有进水口、进水通道、器材运输通道、网线输送通道和工作人员走道等配套设施，它的主要功能是阻挡、分隔、引进天然海水，为有关设施提供连接海陆和地下的建筑基础，大坝的高度高于海岸线，坝顶宽3米以上，能够防御超过当地记录最大台风海浪的袭击，防止海水和陆地水源进入，为地下水库提供牢固的保护屏障。
3.根据权利要求1所述的人造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法， 其特征在于上述地下水库，建在大坝的内部，为负海拔的凹陷形状，是容纳海水发电系统、 抽水装置的重要设施，采取严密防水材料和反渗漏技术，防止海水、陆地上的水源和地下水渗入，地下集水库的深度、容积根据引进海水的容量而建设，水库下筑起分隔提分开不同区域，便于各区域的发电、抽水机组分组运行、维护、检修；上述防雨集水顶盖，高于海岸线罩住地下水库，防止雨水或不明物体掉下地下水库。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述升降海水发电系统，是接纳海水发电的重要设施，具有较高的抗海水腐蚀性能，由地下厂房及压力钢管、发电机组、输电线路、调压器材、升降装置等配套设施组成，发电系统的设施低于海平面，形成落差引海水发电，地下水位超警戒线时，海水发电系统能够从地下厂房升起至安全高度；上述机房，对海水发电系统发出的电进行技术处理送上电网。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述水间设施，建在每台海水发电机组对应的拦海大坝进水口之前的海面上，设有消能防冲设施减少海浪对大坝的冲击力，间门根据发电需要而打开或关闭，防护网设在闸门外围，主要是防止避免障碍物或失足落水人员冲进拦海大坝导致安全事故的发生。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述节能抽水系统是决定地下水库的水位与海平面有多少落差的重要设施，运用势能抽水、分级抽水等技术，减少抽水的成本，及时把海水抽到岸上利用，为了节能，抽水机组取水口比发电系统的出水口略低，抽水管道直线密封对接地下水库的输水管道，形成平缓的斜坡走向，减少阻力抽水上岸，抽水量的设计指标比进水量的指标大。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述地上蓄水净化池连接抽水机和地上排水管，主要作用是接纳净化从地下水库抽取上来的海水；上述地上排水管则输送海水到综合利用的项目和场所，同时把在岸上综合利用之后的海水送回海平面。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述风力发电装置，建在拦海大坝附近海面和山坡上的迎风处，主要功能是为抽水和海水综合利用项目提供电力。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述海水综合利用项目，其中海水是特指对抽上岸再利用的海水，项目包括海水养殖区、海水游乐场、游泳池、海鲜酒店、晒盐场、海边造林、海水化工厂、水上运动训练场、港口航道等，这些项目经过严格的论证结合当地实际而应用，严重影响环境、弊大于利的项目不能上马。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述的主体结构元素和辅助结构元素能够进行组合运用，上述地下排水管、梯度地下水库、高地蓄水池，梯度水力发电装置，是辅助地下水库抽水、排水，提高海水发电量和海水利用量的设施，也作为应急排走海水，或接纳海水利用的备用设施。
全文摘要
本发明提出解决利用海水发电成本过高、不稳定的问题，提供人工制造海面落差引导海水循环发电及综合利用海水的方法。该方法包括主体结构元素和辅助结构元素，选取适宜负挖地面的海岸交界地带筑拦海大坝，使海平面和人工负挖的地下水库形成海拔差异，一边引控海水冲击地下水库下的发电机组发电，一边抽取海水上岸利用，同时还借助风力发电支持抽水和海水综合利用项目。本发明能够节省海水开发的土地资源，全天候大规模利用海水和风力稳定发电，为国民经济建设提供大量电力，促进海水发电、风力发电装备制造产业升级，为海洋产业提供大量可支配利用的清洁海水，提高海洋产业增加值，创出一条清洁能源经济、循环经济相辅相成的新路子。
文档编号F03B13/06GK102277863SQ20111011369
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月24日 优先权日2011年4月24日
发明者邓其辉 申请人:邓其辉