專利名稱：人造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)電及綜合利用海水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)方案涉及一套人工制造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)電及綜合利用海水的方法，屬于海水資源、能源綜合開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。該技術(shù)方案能夠全天候大規(guī)模利用海水循環(huán)發(fā)電，并以風(fēng)電促進(jìn)海水發(fā)電和海水綜合利用。
背景技術(shù)：
2011年3月11日，日本大地震及引發(fā)的海嘯導(dǎo)致日本福島核電站發(fā)生嚴(yán)重核泄漏事故，至今一個(gè)多月過去了核危機(jī)仍然沒有處理好，使世界各國更加關(guān)注清潔能源的開發(fā)利用。水力發(fā)電是公認(rèn)的清潔能源，在當(dāng)今世界能源供應(yīng)中占有非常重要的地位，人們講的水電絕大部分是利用陸地上河流的落差來發(fā)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(fā)電。目前關(guān)于應(yīng)用海水發(fā)電的成果，只有少數(shù)地區(qū)利用潮汐和海浪來發(fā)電，發(fā)電效果相對(duì)來說不穩(wěn)定，發(fā)電量偏小。因?yàn)槌毕秃＠擞袧q有落、時(shí)大時(shí)小，仍然存在自然條件的諸多制約，難以大規(guī)模利用。如果使用傳統(tǒng)的"抽水蓄能" 技術(shù)來抽取海水發(fā)電，需要在陸地高處建設(shè)水庫蓄水，通常是夜間用富余的電力把位置較低的海水，抽到高處的水庫內(nèi)，等到白天用電高峰時(shí)，再從高位水庫放水發(fā)電，這種方法不能連續(xù)發(fā)電，而且由于高位水庫距離海平面相對(duì)較遠(yuǎn)，落差相對(duì)較大，抽水時(shí)要消耗大量電力，成本過高而不合算。海水和人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)，它一望無際時(shí)刻都在流動(dòng)，蘊(yùn)藏著巨大的能量。隨著人們認(rèn)識(shí)的深入、生產(chǎn)消費(fèi)活動(dòng)的拓展，海水的應(yīng)用越來越廣泛，人們抽取海水上岸利用的規(guī)模迅速擴(kuò)大。另一方面，我國南水北調(diào)工程經(jīng)過幾十年運(yùn)行，開發(fā)了先進(jìn)的節(jié)能抽水技術(shù)和裝備；高性能的防水滲漏材料近年來在水電、水利建設(shè)中發(fā)揮了顯著的作用，且不斷改良升級(jí)。這種資源、技術(shù)背景、需求現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為人們實(shí)施人造海面落差引導(dǎo)海水發(fā)電方法，以較低的成本馴服海水使它源源不斷為人類發(fā)電并提供其他有益的服務(wù)，提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本方案提出解決利用海水發(fā)電成本過高、不穩(wěn)定的問題，提供人工制造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)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(fēng)資源， 選取適宜負(fù)挖地面的海岸交界地帶筑攔海大壩，使海平面和人工負(fù)挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引控海水沖擊地下水庫的機(jī)組發(fā)電，一邊抽取海水上岸綜合利用，同時(shí)還借助風(fēng)力發(fā)電支持抽水和海水開發(fā)項(xiàng)目，使海水循環(huán)發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和海水綜合利用有機(jī)結(jié)合、相互促進(jìn)，開創(chuàng)一套新能源開發(fā)利用的良性產(chǎn)業(yè)鏈。本方法的實(shí)施以符合環(huán)保要求、綜合效益顯著為前提，包括主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素。主體結(jié)構(gòu)元素由攔海大壩、地下水庫，升降海水發(fā)電系統(tǒng)，防護(hù)網(wǎng)及水閘，節(jié)能抽水系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電裝置，機(jī)房，地上蓄水凈化池，地上排水管，集雨防水頂蓋，海水綜合利用項(xiàng)目、海岸線等組成；輔助結(jié)構(gòu)元素由地下排水管，梯度地下水庫，高地蓄水池，梯度水力發(fā)電裝置等組成。上述攔海大壩，設(shè)有進(jìn)水口、進(jìn)水通道、器材運(yùn)輸通道、網(wǎng)線輸送通道和工作人員走道等配套設(shè)施，它的主要功能是阻擋、分隔、引進(jìn)天然海水，為有關(guān)設(shè)施提供連接海陸和地下、高于海岸線的建筑基礎(chǔ)。大壩的高度和寬度有嚴(yán)格的指標(biāo)，能夠防御超過當(dāng)?shù)赜涗涀畲笈_(tái)風(fēng)海浪的襲擊，防止海水和陸地水源進(jìn)入，為地下水庫提供牢固的保護(hù)屏障。上述地下水庫，建在大壩的內(nèi)部，為負(fù)海拔的凹陷形狀，建有引水隧洞、輸水管道、 分隔提等設(shè)施，是容納升降海水發(fā)電系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)的重要設(shè)施，是海水引進(jìn)、抽走的中轉(zhuǎn)站，采取嚴(yán)密防水材料和防滲漏技術(shù)，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(jù)引進(jìn)海水的容量而建設(shè)，庫區(qū)分出A區(qū)、B區(qū)等區(qū)域，便于不同區(qū)域的發(fā)電機(jī)組、抽水機(jī)組分組運(yùn)行、維護(hù)、檢修。上述升降海水發(fā)電系統(tǒng)，是吸納海水發(fā)電的重要設(shè)施，具有較高的抗海水腐蝕性能，由地下廠房及壓力鋼管、發(fā)電機(jī)組、出水口、輸電線路、調(diào)壓器材、升降裝置等配套設(shè)施組成，發(fā)電機(jī)組低于海平面，與海平面形成落差，地下廠房內(nèi)安裝壓力鋼管、發(fā)電機(jī)組，通過地下水庫引水隧洞的海水進(jìn)入壓力鋼管，沖擊發(fā)電機(jī)組發(fā)電，水位超警戒線時(shí)海水發(fā)電系統(tǒng)能夠從地下廠房升起至安全高度。上述水閘設(shè)施，包括防護(hù)網(wǎng)、閘門、消能防沖設(shè)施、起降裝置等，建在攔海大壩的進(jìn)水口之前，消能防沖設(shè)施連接攔海大壩，減少海浪對(duì)大壩的沖擊力，閘門工作時(shí)升起高于海面使海水進(jìn)來，關(guān)閉時(shí)封鎖攔海大壩的進(jìn)水口，把海水擋在大壩之外，防護(hù)網(wǎng)設(shè)在間門外圍，主要是防止避免障礙物或失足落水人員沖進(jìn)攔海大壩導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。上述節(jié)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(shè)施，采取大功率抽水機(jī)，運(yùn)用節(jié)能抽水、分級(jí)抽水等技術(shù)，及時(shí)抽取流入地下水庫發(fā)電的海水上岸利用，為了節(jié)能，抽水機(jī)組取水口比發(fā)電系統(tǒng)的出水口略低，抽水管道盡量直線密封對(duì)接地下水庫的輸水管道，形成平緩的斜坡走向，利用勢(shì)能減少阻力抽水上岸，抽水量的指標(biāo)安排比進(jìn)水量大。上述風(fēng)力發(fā)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(xiàng)目提供電力，在海上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要盡量靠近攔海大壩依托其建筑基礎(chǔ)，以減少施工成本。上述機(jī)房，主要功能是接納海水發(fā)電進(jìn)行處理送入電網(wǎng)，并為有關(guān)設(shè)施和技術(shù)人員提供安全的室內(nèi)環(huán)境。上述地上蓄水凈化池，采用防漏材料及技術(shù)，建在地下水庫相連的岸上，主要是接納凈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(xiàng)目。上述防雨集水頂蓋，建在地下水庫之上高于海岸線，功能是地下水庫上面的集水棚、防護(hù)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(xiàng)目，包括海水養(yǎng)殖區(qū)、海水游樂場、游泳池、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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場等，是結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際而發(fā)展的項(xiàng)目，使抽上岸的海水創(chuàng)造了社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益等綜合效益之后再流入大海。上述海岸線，為本技術(shù)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(fā)電量的輔助設(shè)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(yīng)急設(shè)施。上述高地蓄水池，是在高處建造一個(gè)大水池，把海水抽上去，高地蓄水池能為有關(guān)項(xiàng)目輸送具有較高水壓的海水，它的勢(shì)能可用來發(fā)電。上述梯度水力發(fā)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、高地蓄水池與洼地的落差、地上排水管與海平面的落差，實(shí)現(xiàn)海水梯度發(fā)電。實(shí)施本技術(shù)方案，海水迅速流入攔海大壩會(huì)影響周邊海水流向，并帶動(dòng)空氣流動(dòng)影響風(fēng)向，要根據(jù)新的風(fēng)向數(shù)據(jù)安排風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)組等設(shè)施的最佳位置，提高發(fā)電效率和安全系數(shù)。


圖1為本發(fā)明實(shí)例一整體效果平面2為本發(fā)明實(shí)例二主體結(jié)構(gòu)元素平面圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖所示，圖中的數(shù)字1是攔海大壩，2 是地下水庫，3是升降海水發(fā)電系統(tǒng)，4為水閘設(shè)施，5為節(jié)能抽水裝置，6為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)， 7為機(jī)房，8為地上蓄水凈化池，9為地上排水管，10為防雨集水頂蓋，11為海水綜合利用項(xiàng)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(fā)
電裝置。實(shí)施本技術(shù)方案時(shí)，以對(duì)生態(tài)環(huán)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(huán)境適宜大規(guī)模循環(huán)利用海水的海灣或海岸，在海岸線12旁邊筑起攔海大壩1，負(fù)挖壩內(nèi)的沙土制造凹陷的地下水庫2，攔海大壩1和地下水庫要堅(jiān)固、防水、抗腐蝕，使壩外的海平面高于壩內(nèi)的海拔，從而吸引攔海大壩1周邊的海水，經(jīng)過水閘設(shè)施4，進(jìn)入沖入安裝在地下水庫2的引水隧洞，的升降海水發(fā)電系統(tǒng)3的壓力鋼管中，沖擊發(fā)電機(jī)組循環(huán)發(fā)電，發(fā)電系統(tǒng)把發(fā)出的電力輸送到機(jī)房7，由機(jī)房7處理送入電網(wǎng)。水力發(fā)電機(jī)組排出的海水，分別由節(jié)能抽水裝置5，從地下水庫2的A區(qū)、B區(qū)等區(qū)域抽到岸上的地上蓄水凈化池8。海水經(jīng)過凈化工藝流入地上排水管9，再分別供應(yīng)各個(gè)海水利用項(xiàng)目11使用。部分海水被抽上防雨集水頂蓋10開發(fā)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)6為抽水裝置5和海水綜合利用項(xiàng)目11提供電力。另一方面，為了提高發(fā)電量，注入地下水庫2的海水更多，積累多余的海水，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，從高處流下的海水沖擊洼地的梯度水力發(fā)電裝置16，發(fā)電之后再流入大海， 從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)電和綜合利用。本技術(shù)方案提出的海水利用項(xiàng)目11包括海水養(yǎng)殖區(qū)、海水游樂場、游泳池、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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場等項(xiàng)目，既可應(yīng)用到主體結(jié)構(gòu)中，也可應(yīng)用到輔助結(jié)構(gòu)中。由于大量海水被抽上岸，應(yīng)用不好海水有可能損害環(huán)境，所以要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際科學(xué)規(guī)劃，經(jīng)過嚴(yán)格論證權(quán)衡好利弊而決定上馬哪一個(gè)項(xiàng)目，不可盲目發(fā)展。為有效降低抽水的成本，本技術(shù)方案適宜在靠近沿海核電站附近的海岸實(shí)施，以充分利用核電站夜間的富余電力抽水。實(shí)施本發(fā)明時(shí)各地要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對(duì)上述的技術(shù)元素進(jìn)行組合運(yùn)用，如圖所示實(shí)例一是整體采用主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素的模式，實(shí)例二是集中采用主體結(jié)構(gòu)元素的模式，其中主體結(jié)構(gòu)元素是本發(fā)明實(shí)施不可缺少的條件。本發(fā)明的有益之處，在于能夠可持續(xù)大規(guī)模利用海水和風(fēng)力穩(wěn)定發(fā)電，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供大量電力，促進(jìn)海水發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電裝備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，創(chuàng)出一條清潔能源經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(fā)電，能精減工程建設(shè)范圍縮短電廠的工作路徑，節(jié)省在陸地高處建設(shè)水庫的用地，從而把對(duì)當(dāng)?shù)刂脖弧?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(yīng)用需求，拓展海水利用新領(lǐng)域，節(jié)約有關(guān)項(xiàng)目抽取海水要付出的電力成本。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種人造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)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(fēng)資源，選取適宜負(fù)挖地面的海岸交界或海邊地帶筑攔海大壩，使海平面和人工負(fù)挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引導(dǎo)海水沖擊地下水庫的發(fā)電機(jī)組發(fā)電，一邊抽取海水上岸綜合利用，同時(shí)還借助風(fēng)力發(fā)電支持抽水和海水開發(fā)項(xiàng)目；本方法的實(shí)施以符合環(huán)保要求、綜合效益明顯為前提，包括主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素主體結(jié)構(gòu)元素由攔海大壩1，地下水庫2，防護(hù)網(wǎng)及水閘3，升降海水發(fā)電系統(tǒng)4，節(jié)能抽水裝置5，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)6，機(jī)房7，地上蓄水凈化池8，地上排水管9，防雨集水頂蓋10，海水綜合利用項(xiàng)目11，海岸線12等組成；輔助結(jié)構(gòu)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(fā)電裝置16等組成，本方法有整體采用主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素、集中采用主體結(jié)構(gòu)元素等多種模式。
2.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)電及綜合利用海水的方法，其特征在于上述攔海大壩，設(shè)有進(jìn)水口、進(jìn)水通道、器材運(yùn)輸通道、網(wǎng)線輸送通道和工作人員走道等配套設(shè)施，它的主要功能是阻擋、分隔、引進(jìn)天然海水，為有關(guān)設(shè)施提供連接海陸和地下的建筑基礎(chǔ)，大壩的高度高于海岸線，壩頂寬3米以上，能夠防御超過當(dāng)?shù)赜涗涀畲笈_(tái)風(fēng)海浪的襲擊，防止海水和陸地水源進(jìn)入，為地下水庫提供牢固的保護(hù)屏障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)電及綜合利用海水的方法， 其特征在于上述地下水庫，建在大壩的內(nèi)部，為負(fù)海拔的凹陷形狀，是容納海水發(fā)電系統(tǒng)、 抽水裝置的重要設(shè)施，采取嚴(yán)密防水材料和反滲漏技術(shù)，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(jù)引進(jìn)海水的容量而建設(shè)，水庫下筑起分隔提分開不同區(qū)域，便于各區(qū)域的發(fā)電、抽水機(jī)組分組運(yùn)行、維護(hù)、檢修；上述防雨集水頂蓋，高于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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述升降海水發(fā)電系統(tǒng)，是接納海水發(fā)電的重要設(shè)施，具有較高的抗海水腐蝕性能，由地下廠房及壓力鋼管、發(fā)電機(jī)組、輸電線路、調(diào)壓器材、升降裝置等配套設(shè)施組成，發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)施低于海平面，形成落差引海水發(fā)電，地下水位超警戒線時(shí)，海水發(fā)電系統(tǒng)能夠從地下廠房升起至安全高度；上述機(jī)房，對(duì)海水發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電進(jìn)行技術(shù)處理送上電網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述水間設(shè)施，建在每臺(tái)海水發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)的攔海大壩進(jìn)水口之前的海面上，設(shè)有消能防沖設(shè)施減少海浪對(duì)大壩的沖擊力，間門根據(jù)發(fā)電需要而打開或關(guān)閉，防護(hù)網(wǎng)設(shè)在閘門外圍，主要是防止避免障礙物或失足落水人員沖進(jìn)攔海大壩導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述節(jié)能抽水系統(tǒng)是決定地下水庫的水位與海平面有多少落差的重要設(shè)施，運(yùn)用勢(shì)能抽水、分級(jí)抽水等技術(shù)，減少抽水的成本，及時(shí)把海水抽到岸上利用，為了節(jié)能，抽水機(jī)組取水口比發(fā)電系統(tǒng)的出水口略低，抽水管道直線密封對(duì)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(shè)計(jì)指標(biāo)比進(jìn)水量的指標(biāo)大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述地上蓄水凈化池連接抽水機(jī)和地上排水管，主要作用是接納凈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(xiàng)目和場所，同時(shí)把在岸上綜合利用之后的海水送回海平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述風(fēng)力發(fā)電裝置，建在攔海大壩附近海面和山坡上的迎風(fēng)處，主要功能是為抽水和海水綜合利用項(xiàng)目提供電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述海水綜合利用項(xiàng)目，其中海水是特指對(duì)抽上岸再利用的海水，項(xiàng)目包括海水養(yǎng)殖區(qū)、海水游樂場、游泳池、海鮮酒店、曬鹽場、海邊造林、海水化工廠、水上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場、港口航道等，這些項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格的論證結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際而應(yīng)用，嚴(yán)重影響環(huán)境、弊大于利的項(xiàng)目不能上馬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素能夠進(jìn)行組合運(yùn)用，上述地下排水管、梯度地下水庫、高地蓄水池，梯度水力發(fā)電裝置，是輔助地下水庫抽水、排水，提高海水發(fā)電量和海水利用量的設(shè)施，也作為應(yīng)急排走海水，或接納海水利用的備用設(shè)施。
全文摘要
本發(fā)明提出解決利用海水發(fā)電成本過高、不穩(wěn)定的問題，提供人工制造海面落差引導(dǎo)海水循環(huán)發(fā)電及綜合利用海水的方法。該方法包括主體結(jié)構(gòu)元素和輔助結(jié)構(gòu)元素，選取適宜負(fù)挖地面的海岸交界地帶筑攔海大壩，使海平面和人工負(fù)挖的地下水庫形成海拔差異，一邊引控海水沖擊地下水庫下的發(fā)電機(jī)組發(fā)電，一邊抽取海水上岸利用，同時(shí)還借助風(fēng)力發(fā)電支持抽水和海水綜合利用項(xiàng)目。本發(fā)明能夠節(jié)省海水開發(fā)的土地資源，全天候大規(guī)模利用海水和風(fēng)力穩(wěn)定發(fā)電，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供大量電力，促進(jìn)海水發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電裝備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為海洋產(chǎn)業(yè)提供大量可支配利用的清潔海水，提高海洋產(chǎn)業(yè)增加值，創(chuàng)出一條清潔能源經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)相輔相成的新路子。
文檔編號(hào)F03B13/06GK102277863SQ20111011369
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月24日
發(fā)明者鄧其輝 申請(qǐng)人:鄧其輝