基本信息
- 項目名稱：
- 基于潮流能發(fā)電技術的海水淡化工程船
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目設計研究基于潮流能發(fā)電技術的海水淡化工程船，利用海洋中豐富的潮流能資源和海水生產(chǎn)并運輸?shù)Y源，滿足島嶼居民的生產(chǎn)和生活需要，發(fā)展島嶼經(jīng)濟。本設計研究所涉及的工程船先在潮流能豐富的海域拋錨固定，放下潮流能轉換裝置，利用潮流能發(fā)電，抽取海水進行海水淡化，最后將淡水運送至島嶼。項目研究成果將對解決海島淡水資源不足問題具有重要的現(xiàn)實意義。
- 詳細介紹：
- 21世紀是海洋的世紀，發(fā)展島嶼經(jīng)濟對我國經(jīng)濟發(fā)展尤為重要。但是，島嶼自身淡水和電力資源缺乏，嚴重制約了島嶼經(jīng)濟的發(fā)展。傳統(tǒng)的解決方式是采用船舶從大陸裝載淡水和電力運至島嶼。淡水和電力的生產(chǎn)、裝載和運輸過程能耗大，周期長，運量有限，生產(chǎn)、運輸成本高。潮流能作為一種新型綠色可再生能源，具有能量密度高、可預測性強、蘊藏量豐富等特點，科學地利用潮流能資源可以有效的解決島嶼淡水和電力資源缺乏的問題，滿足島嶼居民生產(chǎn)和生活需要，發(fā)展島嶼經(jīng)濟。 本項目研究的目的是概念設計研究一種裝置，利用海洋中豐富的潮流能資源和海水生產(chǎn)并運輸?shù)碗娏Y源，滿足島嶼居民的生產(chǎn)和生活需要，發(fā)展島嶼經(jīng)濟。本設計研究所涉及的淡水和電力的生產(chǎn)和運輸裝置為一種工程船，工程船先在潮流能豐富的海域拋錨固定，放下潮流能轉換裝置，利用潮流能發(fā)電，抽取海水進行海水淡化，最后將淡水和電力運送至島嶼。 水輪機是潮流能轉換的核心裝置，它的工作原理是通過葉片“吸收”潮流動能，并轉化為扭矩驅動發(fā)電機工作。它的結構形式和水動力性能的優(yōu)良程度在很大程度上決定著本項目的成本、效率及其運行的穩(wěn)定性和可靠性。 大部分潮流能獲取裝置為旋轉類水輪機，其中水平軸和垂直軸水輪機應用較多。垂直軸水輪機的旋轉軸與水平面垂直，不受水流方向的影響，不僅減少了偏航機械系統(tǒng)的設計,還可以直接通過旋轉軸將扭矩輸出,減小機械傳動損失。另外，由于漂浮式拋錨難免出現(xiàn)小幅的波動，并且海上潮流方向并不是標準規(guī)則方向的流向，故采用垂直軸潮流能水輪機有一定優(yōu)勢。本項目采用垂直軸直葉片升阻力型潮流能水輪機。 時至今日，潮流能發(fā)電并未商業(yè)化運營，其原因之一便是水輪機獲能效率需要進一步提高，水輪機在惡劣的海況中不能穩(wěn)定工作。發(fā)明出一種性能可靠、造價低廉的潮流能水輪機對于開發(fā)新型可再生資源—潮流能尤為關鍵。垂直軸水輪機利用葉片的升力和阻力做功，理論上能達到較高的獲能系數(shù)，不受潮流方向影響。 但葉片傾角的控制有一定難度,為關鍵技術，直接影響到水輪機的效率和啟動流速，且影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制葉片攻角的傳統(tǒng)方法有擺桿式、連桿式、彈簧式。擺桿式和連桿式造價高并且機構復雜，導致以后故障率高，維修成本高，實際應用并不理想。彈簧式結構簡單，省去了復雜的機械機構，但彈簧存在疲勞強度，長時間工作會損壞，必須定期更換。 針對以往葉片控制裝置中存在的各種弊端，本項目提出一種非接觸式控制裝置—磁鐵式控攻角裝置。經(jīng)試驗驗證利用磁鐵之間的排斥力控制葉片攻角性能優(yōu)于吸引力，只要適當調節(jié)磁鐵之間的距離就可以實現(xiàn)葉片的控制。利用磁場控制葉片攻角，而不是傳統(tǒng)復雜的機械結構，相比連桿式機構省去了復雜的結構，并且，磁鐵相比彈簧很好地克服了機構的疲勞問題，使用壽命長，從而保證了水輪機能穩(wěn)定的工作，維護和保養(yǎng)成本降低。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本項目研究的目的是設計研究出一種工程船來解決島嶼淡水和電力缺乏問題?；舅悸窞椋汗こ檀仍诔绷髂茇S富的海域拋錨固定，放下潮流能轉換裝置，利用潮流能發(fā)電，抽取海水進行海水淡化，最后將淡水和電力運送至島嶼。 本項目有以下創(chuàng)新點： （1）利用了海洋中豐富的綠色可再生能源—潮流能生產(chǎn)電能，對電能就地消耗，既省去了電力長距離輸送的高額成本，又解決了普通船舶運輸周期長的缺點。 （2）利用磁鐵控制水輪機葉片的攻角，相比連桿式機構省去了復雜的結構，并且磁鐵性能穩(wěn)定，提高了水輪機能量轉換效率和工作穩(wěn)定性，且加工制造成本低。 （3）工程船采用穿浪雙體結構，有利于設備布置，有利于提高潮流水輪機發(fā)電性能，有利于提高船舶航行性能，使得工程船在惡劣海況條件下快速、安全的返回島嶼或內陸，以及應急條件下安全、快速的運輸?shù)? （4）采用垂直軸水輪機作為潮流能轉換裝置，使得工程船利用潮流能發(fā)電時具有較好的流向適應性。 關鍵技術：潮流能發(fā)電技術，海水淡化技術，導流罩技術，錨拋系統(tǒng)穩(wěn)定性，雙體船技術。 技術指標：潮流能水輪機為新型磁鐵式垂直軸潮流能水輪機。船體指標如下： 型長：1,8m 型寬：70cm 型深：35cm 吃水：12cm 片體長:1.5m 片體寬:15cm
科學性、先進性
- 傳統(tǒng)的向島嶼輸送淡水和電力方式是采用船舶從大陸裝載淡水和電力運至島嶼。淡水和電力的生產(chǎn)、裝載和運輸過程能耗大，周期長，運量有限，生產(chǎn)、運輸成本高。 根據(jù)資料統(tǒng)計計算，島嶼居民基本生活用水可取為110 L／人?d。如果一個島嶼按1000人算，則島嶼每年需要的淡水約為40150噸。如果讓普通運輸船為距離大陸港口約60海里的島嶼運送淡水，則運輸船一年的耗油量至少需要消耗約100噸石油，并且淡水的生產(chǎn)和裝載還會消耗的大量的能量。本作品如果設計為單機發(fā)電容量100Kw（現(xiàn)有技術可以實現(xiàn)）,一天工作10小時，投入實際工程中年發(fā)電量可達到365000 kW，其中，用于千人海島海水淡化的耗電量約為160600 kW，生產(chǎn)和運輸?shù)碾娏考s為110420kW。所以一年可以節(jié)約石油100噸以上，同時向島輸電93980kW。 本作品設計充分利用了潮流能這一綠色可再生資源，進行海水淡化、運輸及電力生產(chǎn)，既減少了傳統(tǒng)化石燃料的燃燒，又利用了新型綠色能源—潮流能。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年5月 大連理工大學舉辦的“東北五校（哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱工程大學、大連理工大學、大連海事大學、大連海洋大學）船海文化節(jié)”中獲得“概念組”第一名。 2010年12月 哈爾濱工程大學舉辦的省級比賽“TRIZ”杯大學生科創(chuàng)比賽中獲得第7名。 2011年5月 哈爾濱工程大學舉辦的校級比賽“五四杯”中獲得“二等獎”。 20011年4月 哈爾濱工程大學舉辦的校級比賽“節(jié)能減排大賽”中獲得“三等獎”。 2011年4月 哈爾濱工程大學舉辦的校級比賽“水利大賽”獲得前五名。
作品所處階段
- 已經(jīng)制作完成并做完了相關的實驗。
技術轉讓方式
- 專利轉讓。
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片、視頻。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 我國是世界上人口最多的沿海國家，岸線漫長，海域遼闊，島嶼眾多。發(fā)展島嶼經(jīng)濟尤為重要，如何向島嶼輸送淡水和電力資源，滿足島嶼居民生產(chǎn)和生活需要，成為發(fā)展島嶼經(jīng)濟的關鍵。本作品設計目的就是解決當前向島嶼輸送淡水和電力資源，環(huán)境污染重、成本高、效率低的問題。作品可廣泛應用于島嶼及沿海地區(qū)，為島嶼及沿海地區(qū)提供淡水補給，滿足島嶼居民生產(chǎn)和生活用水的同時，降低運輸船對能源的消耗，減小對環(huán)境的污染。 另外，潮流能蘊藏著巨大的能量，并且屬于清潔無污染的可再生能源，我國又是潮流能資源豐富的國家，開發(fā)潮流能尤為重要。本作品中的一種新型的磁鐵式控攻角升阻力型垂直軸水輪機設計新穎，結構簡單、機構運行穩(wěn)定，解決了當前垂直軸水輪機葉片攻角控制問題，可廣泛應用于潮流能發(fā)電，為潮流能發(fā)電的商業(yè)化運營提供了切實可行的辦法。
同類課題研究水平概述
- 目前，潮流能發(fā)電技術主要基于垂直軸水輪機發(fā)電和水平軸水輪機發(fā)電?？紤]垂直軸水輪機的特點，本研究采用垂直軸水輪機發(fā)電。垂直軸水輪機利用翼型葉片的升力和阻力提取流體動能，并通過機械傳動機構將流體動能轉化成機械能，帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)展到現(xiàn)在主要有直葉片和螺旋形葉片兩種形式。意大利的PDA公司對直葉垂直軸潮流發(fā)電水輪機進行了實驗研究，并于2005年建立實驗電站并網(wǎng)發(fā)電。美國Gorlov Helical Turbine對螺旋形葉片垂直軸潮流發(fā)電水輪機進行了實驗研究。我國從上世紀九十年代末開始垂直軸直葉潮流發(fā)電水輪機的研究，目前在垂直軸潮流發(fā)電裝置研發(fā)上取得如下進展： （1）70kW潮流實驗電站“萬向I”，由哈爾濱工程大學研制，于2002年1月完成，“萬向I”和意大利的Kobold電站于同一時期建成，是世界上第一個漂浮式潮流能試驗電站； （2）40kW潮流實驗電站“萬向II”，為哈爾濱工程大學研制的海底固定式垂直軸潮流能裝置。裝置研制得到國家科技部“十五”863計劃的支持，2005年12月完成。 我國潮流能資源豐富，開展潮流能發(fā)電研究多年，并在哈爾濱工程大學、浙江大學、東北師范大學等高校取得一些研究成果。 目前，我國潮流能應用尚處在試驗階段，與國外準商業(yè)化階段差距很大。
