專(zhuān)利名稱(chēng)：潮汐能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從海洋潮汐、海洋波浪、和陸風(fēng)產(chǎn)生電力，及氫技術(shù)與潮汐能的綜合。
背景技術(shù)：
從潮汐產(chǎn)生電力根據(jù)的一般原理，是簡(jiǎn)單明了的。常規(guī)的潮汐發(fā)電站，把攔水壩建在港灣的入?？?。攔水壩起水壩的作用，把港灣的水與海洋的水分開(kāi)。攔水壩利用潮汐的漲潮與退潮，建立海洋與港灣之間的水位差。讓水通過(guò)渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)組進(jìn)入攔水壩，從而產(chǎn)生電力。
攔水壩包括三個(gè)組成部分(1)在低水位以下的渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)組，(2)控制海洋與港灣之間水流的有閘水道，和(3)不活動(dòng)的段，不活動(dòng)段的唯一功能，是把海洋與港灣分開(kāi)。電力的產(chǎn)生有兩種模式(1)單向有效和(2)雙向有效。在單向有效發(fā)電的第一階段，海洋中上升潮汐的水，通過(guò)有閘水道，灌進(jìn)港灣。當(dāng)潮汐在最高時(shí)開(kāi)始第二或等待階段。關(guān)閉通向有閘水道的閘門(mén)和渦輪機(jī)，并保持該狀態(tài)，直到海洋潮汐接近最低高度。第三階段是發(fā)電階段。當(dāng)海洋水位接近最低時(shí)，海洋和港灣之間水位差最大，從而產(chǎn)生最大的壓頭。此時(shí)打開(kāi)通向渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)組的閘門(mén)，使水流過(guò)并推動(dòng)渦輪機(jī)，渦輪機(jī)又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電力。因此，在單向有效發(fā)電中，電力是因水從港灣流向海洋產(chǎn)生的，永遠(yuǎn)不會(huì)沿相反方向產(chǎn)生電力。單向有效發(fā)電需要單向的渦輪機(jī)。每天產(chǎn)生兩次電力脈沖。雙向有效發(fā)電是雙向的。當(dāng)海洋水位高和港灣水位低時(shí)，產(chǎn)生一次電力脈沖，當(dāng)水位相反時(shí)，產(chǎn)生另一次電力脈沖。雙向有效發(fā)電因此是雙向的，通過(guò)從海洋流向港灣和從港灣流向海洋而產(chǎn)生電力。雙向有效發(fā)電產(chǎn)生四次電力脈沖。對(duì)單向和雙向有效兩種模式，使渦輪機(jī)作為水泵工作，以進(jìn)一步增加海洋與港灣的水位差，可以產(chǎn)生附加的能量。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)使用水泵儲(chǔ)存時(shí)，雙向有效發(fā)電產(chǎn)生的能量，只比單向有效發(fā)電多出約10％(而非人們預(yù)期的兩倍)[Clark，Robert H.，Tidal Power in Energy，Technology，and the Environment，Wiley Encyclopedia Series inEnvironment Science，pp.2467-2673]。
雖然潮汐發(fā)電的基本原理是簡(jiǎn)單明了的，且儲(chǔ)存在潮汐中的能量足以滿(mǎn)足全世界能量需求的許多倍以上，但有若干因素阻止全世界開(kāi)發(fā)潮汐電力(a)費(fèi)用建筑常規(guī)的潮汐發(fā)電站是昂貴的，且經(jīng)濟(jì)上少有合算的，(b)合適的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地有限全世界只有非常少的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地，具有建造經(jīng)濟(jì)上合算的潮汐發(fā)電站要求的全部特性，(c)對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂(yōu)，和(d)潮汐電力的脈沖本性。
(a)造成常規(guī)潮汐發(fā)電廠高費(fèi)用的因素潮汐攔水壩建設(shè)的費(fèi)用是非常高的，總數(shù)的三分之二給予土木工程。潮汐攔水壩是由被稱(chēng)為沉箱的預(yù)制件組裝的。沉箱是不透水的箱子，由鋼筋水泥或鋼制成。它們?cè)诎渡现圃?，飄浮到開(kāi)發(fā)場(chǎng)地，并排地放置，構(gòu)建成攔水壩的長(zhǎng)度。典型的沉箱長(zhǎng)80m，寬50m。使用三種沉箱(i)裝有控制港灣和海洋之間水流的閘門(mén)的水閘沉箱，(ii)內(nèi)裝渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)單元的電力沉箱，(iii)為其他兩個(gè)沉箱提供連接的空的沉箱。
下面說(shuō)明的建筑方法，是根據(jù)用于Severn Barrage Project[TheSevern Barrage Project，General Report by the Severn Tidal PowerGroup，Energy Paper 57，Department of Energy，UK，pp.vii-x]的那些方法。該項(xiàng)目將用8280百萬(wàn)英鎊，在Wales的Severn River港灣，建筑15.9km的攔水壩。它8640MW的發(fā)電能力(單向有效)，將每年生產(chǎn)17,000TWh，即1981年完成的英國(guó)計(jì)劃總電力消耗的7％。然而，由于高費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂(yōu)，該Severn Barrage永遠(yuǎn)不會(huì)建成。設(shè)計(jì)中采用了最先進(jìn)和最經(jīng)濟(jì)的建筑方法。這些方法目前仍是領(lǐng)先的。有賴(lài)于Severn Barrage Project，使潮汐能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)變得最明顯。建造諸如建議的Severn Barrage，按三步進(jìn)行[The Severn BarrageProject，第2章，pp.16-25]。
第一步是沿要放置沉箱的海底，提供水平的表面。工作開(kāi)始時(shí)，用鏟刀式抽吸挖泥機(jī)挖泥。一旦在攔水壩的整個(gè)長(zhǎng)度上，已經(jīng)準(zhǔn)備好較好的水平表面，準(zhǔn)確地鋪下一層碎巖石，為放置每一沉箱提供水平的表面。與常規(guī)的水電設(shè)施不同，在常規(guī)的水電設(shè)施中，水壩必須在河上橫跨短的距離，而潮汐攔水壩必須在港灣入?？跈M跨長(zhǎng)得多的距離。因此，潮汐攔水壩的地基準(zhǔn)備，必須在頗大的距離上建設(shè)。在Severn Barrage Project中，必須移去約18百萬(wàn)立方米的海床，以建造水平的表面。因此，在鋪筑沉箱的準(zhǔn)備工作中，使海底平整是工程主要的和非常昂貴的部分。
第二步是鋪筑沉箱。水平表面一旦已經(jīng)準(zhǔn)備好，便開(kāi)始鋪筑沉箱。這是個(gè)時(shí)間上集中又敏感的過(guò)程。沉箱是在岸上就近設(shè)施制造，然后用三或四艘海運(yùn)拖輪飄浮到應(yīng)有位置。一旦準(zhǔn)確定位后，以水和第一步中開(kāi)挖的材料鎮(zhèn)重，使沉箱下沉。如果沉箱沒(méi)有正確放置，必須重新浮起，重復(fù)該過(guò)程。因?yàn)槌料渚薮?通常為80m×50m)，所以精確鋪筑只能在良好的天氣下進(jìn)行。再有，潮汐流必須在最小的時(shí)候(通常小于1m/s)，便于操控巨大的沉箱，使之就位。因此，沉箱的鋪筑是在最低潮時(shí)進(jìn)行。(最低潮是指在給定地區(qū)有最小潮汐高度。它們每月出現(xiàn)兩次。)Severn Barrage Project計(jì)劃每月鋪筑兩個(gè)沉箱。沉箱必須如此慢的放置速率，使建設(shè)時(shí)間非常長(zhǎng)。就Severn BarrageProject而言，要求橫跨港灣鋪筑370個(gè)沉箱，將消耗84個(gè)月的建設(shè)時(shí)間的大部分。長(zhǎng)的建設(shè)時(shí)間增加資金的費(fèi)用。事實(shí)上，時(shí)間因素能夠成為潮汐攔水壩資金的主要費(fèi)用。
第三步是安裝電器系統(tǒng)，和把電器系統(tǒng)接入電網(wǎng)。
我們將以按照上述建筑方法建設(shè)的設(shè)施，作為常規(guī)潮汐攔水壩或常規(guī)潮汐發(fā)電站的參考●建設(shè)潮汐攔水壩需要大量材料-大量材料的原因有兩方面。首先，沉箱必須是巨大的，以便在潮汐和其他環(huán)境負(fù)載作用下保持不動(dòng)。其次，常規(guī)的潮汐攔水壩必須在港灣的入?？谏蠙M跨大的距離。需要的大量鋼筋水泥是常規(guī)潮汐攔水壩高費(fèi)用的主要成因。
●要求為鋪筑沉箱所作的主要地基準(zhǔn)備-沉箱需要放在水平的表面上。地基準(zhǔn)備是復(fù)雜的操作，需要從海床除去大量的材料并使海底平整。這項(xiàng)操作是在困難的海洋條件下和在攔水壩橫跨的長(zhǎng)距離上進(jìn)行的。
●長(zhǎng)的建筑時(shí)間-因?yàn)槌料涞木薮?，只能在?yōu)良的潮汐和天氣條件下放置。常規(guī)潮汐攔水壩的建設(shè)時(shí)間也因此非常長(zhǎng)。時(shí)間因素顯著增加資金的費(fèi)用并能成為主要的費(fèi)用。
為使潮汐電力成為商業(yè)上有生命力的，土木工程的費(fèi)用(考慮到占總費(fèi)用的三分之二)必須降下來(lái)[Clark，p.2663]。
(b)適合常規(guī)潮汐發(fā)電廠的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地?cái)?shù)量有限的因素雖然潮汐能的可用量巨大，但用當(dāng)前技術(shù)能夠吸取的百分比非常小。要以商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的費(fèi)率生產(chǎn)電，潮汐發(fā)電站必須從長(zhǎng)度比較短的攔水壩上生產(chǎn)大量電力。這些要求把潛在開(kāi)發(fā)場(chǎng)地?cái)?shù)量限制在有非常特殊特征的港灣。首先，潮汐差必須非常高，使可用能量是大的。其次，要求大的港灣，因?yàn)榭捎玫哪芰颗c攔水壩圍起來(lái)的盆地面積成正比。第三，因?yàn)閿r水壩的費(fèi)用與它的長(zhǎng)度成正比，只當(dāng)攔水壩建筑在有窄入?？诘母蹫成蠒r(shí)，該潮汐攔水壩才變得經(jīng)濟(jì)。在全世界，有足夠高的潮汐、大的面積、和窄的入海口的港灣，數(shù)量非常少。全世界的目錄表一般包括少于30個(gè)開(kāi)發(fā)場(chǎng)地。此外，開(kāi)發(fā)場(chǎng)地趨于在高緯度和遙遠(yuǎn)的地區(qū)。受這些限制，常規(guī)潮汐電力永遠(yuǎn)不會(huì)成為全世界能量的主要來(lái)源。顯然，需要新的途徑開(kāi)發(fā)巨大的潛在的潮汐能。
(c)常規(guī)潮汐發(fā)電廠對(duì)環(huán)境的負(fù)面沖擊常規(guī)潮汐攔水壩建在港灣的入?？冢瑥亩钄嗤顺焙统毕牧鲃?dòng)，而退潮和潮汐流動(dòng)，對(duì)港灣的生態(tài)有實(shí)質(zhì)的作用。由于港灣是脆弱的和維持環(huán)境必不可少的，對(duì)潮汐攔水壩生態(tài)沖擊的擔(dān)憂(yōu)，已經(jīng)成為攔水壩建設(shè)的阻力。一種解決問(wèn)題的方案，是建筑完全離岸的封閉的潮汐瀉湖。Tidal Electric Ltd.已經(jīng)建議這樣的一種離岸瀉湖，以毛石堤蓄水墻圍起來(lái)[www.tidalelectric.com]。然而，這樣的一種建筑也有它自己的問(wèn)題。毛石堤墻必然是大而重的，一旦建立，必須考慮它的永久性。大而重的、永久性的、近岸的建筑的建設(shè)，引起新的一組生態(tài)問(wèn)題。此外，不清楚的是，這種建筑是否經(jīng)濟(jì)上合算。
(d)潮汐電力的脈沖本性-潮汐渦輪機(jī)要求攔水壩兩側(cè)有大的水位差。當(dāng)這一高差足夠時(shí)，據(jù)此在短的時(shí)間周期上產(chǎn)生電力。潮汐電力因此是脈沖地作用的，因而需要用即時(shí)電源，例如熱發(fā)電廠或核發(fā)電廠補(bǔ)充。

發(fā)明內(nèi)容
本潮汐能系統(tǒng)與組合式堤壩構(gòu)造為了使潮汐電力變得更普及，必須克服上述的阻力(a)潮汐發(fā)電廠的費(fèi)用必須降下來(lái)。具體說(shuō)，必須降低土木工程的費(fèi)用。(b)設(shè)計(jì)的潮汐發(fā)電廠，必須能增加適合建筑它們的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的數(shù)量。(c)設(shè)計(jì)的潮汐發(fā)電廠，必須使它們對(duì)環(huán)境的沖擊最小。(d)理想的是，找到一種解決潮汐電力脈沖本性的方案。本潮汐能系統(tǒng)，是一種能同時(shí)滿(mǎn)足頭三個(gè)要求的潮汐發(fā)電廠。它用組合式堤壩構(gòu)造建筑，這是一種顯著降低土木工程費(fèi)用的方法。本潮汐能系統(tǒng)能夠在廣大范圍的地區(qū)上建筑。此外，它解決了潮汐電力對(duì)環(huán)境的沖擊。
本潮汐能系統(tǒng)降低土木工程費(fèi)用使用組合式堤壩構(gòu)造的本潮汐能系統(tǒng)，以若干方式降低土木工程費(fèi)用，這些方式如下●使用組合式堤壩構(gòu)造的本潮汐能系統(tǒng)，把要求的材料量降低至常規(guī)潮汐攔水壩必需的幾分之一。
●使用組合式堤壩構(gòu)造的本潮汐能系統(tǒng)，消除了平整海底的需要。它因此消除了常規(guī)潮汐攔水壩要求的大范圍地基準(zhǔn)備。
●使用組合式堤壩構(gòu)造建設(shè)的本潮汐能系統(tǒng)，需要的是建筑常規(guī)潮汐攔水壩必需的建設(shè)時(shí)間的幾分之一。資金費(fèi)用因而成比例地降低。
為沉箱提供水平表面，需要大量的材料和長(zhǎng)的建設(shè)時(shí)間，這是常規(guī)潮汐攔水壩高費(fèi)用的主因。估算表明，本潮汐能系統(tǒng)的土木工程費(fèi)用，是按常規(guī)建筑有相等發(fā)電能力的攔水壩的一半。
本潮汐能系統(tǒng)增加了適合潮汐發(fā)電的合適開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的數(shù)量
●由于降低了建設(shè)費(fèi)用，組合式堤壩構(gòu)造使它能在經(jīng)濟(jì)上合算地建筑更長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。增加長(zhǎng)度使各種潮汐能系統(tǒng)的配置成為可能(見(jiàn)圖1A和1B)。它可以整個(gè)地在離岸建筑，它也可以部分地受海岸線約束。港灣的必要性完全被免除，所以幾乎在任何有足夠高的潮汐的地方，都能夠建筑本潮汐能系統(tǒng)。合適開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的數(shù)量因此大大地增加。
本潮汐能系統(tǒng)降低潮汐發(fā)電對(duì)環(huán)境的沖擊●因?yàn)楸境毕芟到y(tǒng)消除了必須建筑在港灣的入?？谏希圆挥绊懜蹫车乃膹亩蹫车纳鷳B(tài)。因此消除了因環(huán)境而對(duì)潮汐能的大部分反對(duì)。
●本潮汐能系統(tǒng)明顯優(yōu)于Tidal Electric Ltd.發(fā)明的毛石堤蓄水墻。毛石堤蓄水墻是巨大的結(jié)構(gòu)，它一旦建立，必須考慮它的永久性。使用組合式堤壩構(gòu)造建設(shè)的潮汐能系統(tǒng)，是小得多又輕得多的結(jié)構(gòu)。再有，在組合式堤壩構(gòu)造中使用的方法，使它能停止運(yùn)行和撤除發(fā)電廠。停止運(yùn)行的費(fèi)用可以立刻計(jì)算。本潮汐能系統(tǒng)因此對(duì)環(huán)境的干擾微乎其微。
除了解決了潮汐電力面對(duì)的三個(gè)主要問(wèn)題外，本潮汐能系統(tǒng)還有如下優(yōu)點(diǎn)本潮汐能系統(tǒng)從其他海洋能源產(chǎn)生電力●能夠配置本潮汐能系統(tǒng)，使它從潮汐流的動(dòng)能吸取能量(見(jiàn)圖9)。只要是可以應(yīng)用的地方，這種配置可以增加本潮汐能系統(tǒng)的發(fā)電能力。
●本潮汐能系統(tǒng)能夠用作波浪機(jī)的平臺(tái)。這些波浪機(jī)包括振蕩水柱(Oscillating Water Column，OWC)發(fā)電機(jī)，諸如Wavegen Ltd.的Limpets(見(jiàn)圖8)[www.wavegen.co.uk/what_we_offer_limpet.htm]。本潮汐能系統(tǒng)為OWC裝置提供天然的平臺(tái)。此外，因?yàn)椴ɡ四芰繖C(jī)吸收能量，可以發(fā)揮保護(hù)潮汐能系統(tǒng)的作用，免受波浪的破壞性作用，同時(shí)增加它的總能量輸出。
●風(fēng)力渦輪機(jī)也可以容易地添加到本潮汐能系統(tǒng)中，進(jìn)一步增加它的總能量產(chǎn)出。
本潮汐能系統(tǒng)解決了潮汐電力的脈沖本性潮汐電力的脈沖本性，常常成為它的缺點(diǎn)之一。本潮汐能系統(tǒng)降低該問(wèn)題的嚴(yán)重性。
與常規(guī)的攔水壩構(gòu)造不同，組合式堤壩構(gòu)造使雙向作用發(fā)電經(jīng)濟(jì)上合算。雙向作用發(fā)電，在使能量生產(chǎn)時(shí)間符合能量需求時(shí)間中，具有靈活性。因此●組合式堤壩構(gòu)造當(dāng)與雙向作用結(jié)合時(shí)，降低了潮汐電力產(chǎn)生的脈沖發(fā)電問(wèn)題的嚴(yán)重性。
誠(chéng)然，組合式堤壩構(gòu)造，對(duì)降低脈沖電力負(fù)面影響的電力生產(chǎn)模式有幫助，但能夠容易把氫技術(shù)加進(jìn)本潮汐能系統(tǒng)中，完全消除這個(gè)問(wèn)題。把潮汐能系統(tǒng)生產(chǎn)的一些電力，轉(zhuǎn)移到電解槽，用電解方法從水中提取氫。把氫儲(chǔ)存起來(lái)，然后在燃料電池中使用，以生產(chǎn)即時(shí)電力。組合式堤壩構(gòu)造經(jīng)濟(jì)上的合算性，以最低費(fèi)用得到最大輸出的潮汐能系統(tǒng)運(yùn)作的靈活性，連同預(yù)期的電解槽和燃料電池價(jià)格的下降，可以得到一種能生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)上合算的、即時(shí)的電力的系統(tǒng)。因此●本潮汐能系統(tǒng)因而能生產(chǎn)即時(shí)電力，該即時(shí)電力是經(jīng)濟(jì)上合算的、即時(shí)的、實(shí)際上不受限制的、和沒(méi)有溫室氣體的。
此外，潮汐能系統(tǒng)生產(chǎn)的過(guò)剩的能量，能夠向作為最終產(chǎn)物氫的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移。
●擴(kuò)大本潮汐能系統(tǒng)，使它包括電解槽和燃料電池，這樣的系統(tǒng)能夠?yàn)轭A(yù)期的氫經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)氫。
總結(jié)本潮汐能系統(tǒng)是一種能從潮汐的勢(shì)能和動(dòng)能，以及從海洋波浪和離岸風(fēng)吸取能量的結(jié)構(gòu)。與常規(guī)潮汐發(fā)電站不同，本潮汐能系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)上合算的，能在許多開(kāi)發(fā)場(chǎng)地建造，并解決了與潮汐電力有關(guān)的對(duì)環(huán)境的大部分擔(dān)憂(yōu)。本潮汐能系統(tǒng)能夠靈活地工作，使高能量需求的時(shí)間與能量生產(chǎn)的時(shí)間更符合。電解槽和燃料電池技術(shù)，容易加入本潮汐能系統(tǒng)中，以生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)上合算的、即時(shí)的電力。生產(chǎn)的能量是可靠的，不受限制的，和沒(méi)有室溫氣體的。此外，過(guò)剩的電力能夠向氫的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移，供預(yù)期的氫經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)使用。


圖1畫(huà)出兩種潮汐能系統(tǒng)的配置，表明它們的基本結(jié)構(gòu)。
圖2畫(huà)出一段潮汐受納墻段，表明潮汐受納墻的基本構(gòu)件。
圖3和3A畫(huà)出支撐柱的兩種視圖，表明框架的基本構(gòu)件，該框架基本構(gòu)件用于把整個(gè)潮汐能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)固定在應(yīng)有的位置。
圖3C畫(huà)出一種三腳架支撐柱。
圖4畫(huà)出正在穿過(guò)支撐柱導(dǎo)向筒打進(jìn)海底的樁。
圖5和5A畫(huà)出兩塊嵌板的兩個(gè)截面視圖。
圖6畫(huà)出在嵌板和支撐柱之間正在降下的鎖定桿。
圖6A是與砂漿通道和砂漿導(dǎo)管一并畫(huà)出的鎖定桿，砂漿被擠壓穿過(guò)這些通道和導(dǎo)管，提供抵御水滲漏的密封。
圖7畫(huà)出沉箱的鋪筑。
圖7A畫(huà)出沉箱平臺(tái)，表明電力沉箱將放置在其中的結(jié)構(gòu)。
圖7B畫(huà)出已經(jīng)放置在沉箱平臺(tái)嵌板上的渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱。
圖8畫(huà)出例如能夠安裝在潮汐受納墻上的振蕩水柱波浪機(jī)的一個(gè)例子，它可用于產(chǎn)生能量并保護(hù)受納墻的結(jié)構(gòu)。
圖9畫(huà)出其構(gòu)造能把潮汐流匯集進(jìn)渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)的潮汐受納墻，以此從潮汐流產(chǎn)生能量。
圖10畫(huà)出安裝在潮汐受納墻支撐柱上的風(fēng)力渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)。
圖11畫(huà)出產(chǎn)生氫和把氫再用于燃料電池以產(chǎn)生電力的流程圖。
附圖中的參考數(shù)字(10)支撐柱(11)三腳架支撐柱(12)鎖定桿(13)三腳架腿(14)鎖定桿插入通道(15)砂漿通道(16)嵌板支撐凸緣
(17)砂漿導(dǎo)管(18)支撐扣件(20)樁(22)樁導(dǎo)向筒(24)樁錘(30)嵌板(31)基礎(chǔ)嵌板(32)密封堤堰(34)沉箱平臺(tái)嵌板(35)沉箱平臺(tái)(36)潮汐受納墻段(37)沉箱段(40)波浪機(jī)(42)空氣室(44)波浪機(jī)渦輪機(jī)(46)波浪機(jī)發(fā)電機(jī)(48)空氣導(dǎo)管(50)潮汐受納墻(52)人工潮汐瀉湖(60)渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱(70)潮汐能系統(tǒng)(80)風(fēng)力渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)
(90)電解槽(92)氫儲(chǔ)存系統(tǒng)(94)燃料電池具體實(shí)施方式
圖1到圖7-優(yōu)選實(shí)施例本潮汐能系統(tǒng)各組成部分圖1畫(huà)出潮汐能系統(tǒng)(70)基本版本的兩種配置。潮汐受納墻(50)圍起內(nèi)部的水體，即人工潮汐瀉湖(52)。渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱(60)包含在潮汐受納墻(50)內(nèi)。潮汐受納墻是用潮汐受納墻段(36)組裝的(圖2)。
每一段潮汐受納墻段(圖2)，包括四個(gè)基本組成部分(i)支撐柱(10)，形成框架并把各潮汐受納墻段連在一起，(ii)樁(20)，它把支撐柱固定在海床上，(iii)嵌板(30)，它把人工潮汐瀉湖與周?chē)Ｑ蠓珠_(kāi)，和(iv)鎖定桿(12)，它把嵌板固定在支撐柱上。
支撐柱(10)構(gòu)成潮汐受納墻的框架(圖1A和1B)。圖3A和3B畫(huà)出支撐柱的基本特征，每一特征有特定的功能。沿每一支撐柱的長(zhǎng)度制作樁導(dǎo)向筒(22)。使柱停泊在海底的樁(20)，穿過(guò)樁導(dǎo)向筒滑動(dòng)。圖4畫(huà)出當(dāng)樁被打進(jìn)海底時(shí)，正在穿過(guò)樁導(dǎo)向筒(22)的樁(20)。支撐柱的第二個(gè)特征，是鎖定桿插入通道(14)，它沿柱(10)的長(zhǎng)度延伸。鎖定桿(12)插入鎖定桿插入通道(14)，牢固地把嵌板與支撐柱緊固在一起。第三個(gè)特征是嵌板支撐凸緣(16)，每一段潮汐受納墻段的基礎(chǔ)嵌板，?？吭谇栋逯瓮咕?16)上(圖1、3A、和3C)。最后，每一支撐柱有支撐扣件(18)，嵌板緊貼支撐扣件固定，同時(shí)插入鎖定桿。
這些特征可以變化。樁導(dǎo)向通道的一種變化(未畫(huà)出)，是所謂“裙樁”，其中的樁導(dǎo)向筒環(huán)繞支撐柱放置(因此形成“裙”)。再一種變化(圖3C)是三腳架支撐柱(11)，其中的三腳架腿(13)從支撐柱伸出。三腳架支撐柱(11)與支撐柱(10)共同具有所有基本特征。它由樁導(dǎo)向筒(22)、鎖定桿插入通道(14)、扣件(18)、和嵌板支撐凸緣(16)(圖3A)構(gòu)成。不是所有特征都出現(xiàn)在圖3C的透視圖上。
圖5和5A畫(huà)出嵌板(30)。這些嵌板構(gòu)成把人工瀉湖與周?chē)Ｑ蠓珠_(kāi)的墻。嵌板可以用鋼筋水泥預(yù)先澆筑。這些嵌板互相扣住，所以它們?nèi)菀装岩粔K放在另一塊的頂上，只需極少的調(diào)整。嵌板可以澆筑成略帶弓形(圖5A)，以便當(dāng)瀉湖或海洋更高水位造成的水壓作用時(shí)被壓縮。每一嵌板沿兩個(gè)豎直邊，澆筑出鎖定桿插入通道(14)。鎖定桿(12)將插入鎖定桿插入通道(14)，把嵌板與支撐柱緊固在一起。
圖6A畫(huà)出鎖定桿(12)。圖3B畫(huà)出鎖定桿的作用。當(dāng)嵌板(30)與支撐柱聯(lián)接時(shí)，嵌板的鎖定插入通道和支撐柱的鎖定插入通道，形成單個(gè)聯(lián)合通道。對(duì)圖3B的觀察表明，一旦鎖定桿插入該通道，能阻止嵌板的任何橫向運(yùn)動(dòng)。嵌板于是被鎖定在應(yīng)有的位置上。圖6畫(huà)出在嵌板(30)和支撐柱(10)之間插入的鎖定桿(12)，用于把嵌板和支撐柱緊固在一起。每一鎖定桿可以制成帶有砂漿通道(15)的，該砂漿通道從上向下垂直地貫穿鎖定桿的長(zhǎng)度(圖6A)。砂漿通道與砂漿導(dǎo)管(17)連通。一旦鎖定桿插入嵌板和支撐柱之間，砂漿在壓力下沿砂漿通道被壓下并穿過(guò)砂漿導(dǎo)管提供密封，以防止海洋與瀉湖之間的水通過(guò)嵌板和支撐柱之間的空間流動(dòng)。
組合式堤壩構(gòu)造本潮汐能系統(tǒng)是用組合式構(gòu)造建筑的。組合式堤壩構(gòu)造一次建筑一段潮汐受納墻(圖2和3)。潮汐受納墻段(36)四個(gè)主要組成部分的每一部分(支撐柱(10)、樁(20)、嵌板(30)、和把嵌板緊固在支撐柱上的鎖定桿-見(jiàn)圖2)，是在岸上制造的，然后飄浮或用駁船運(yùn)送到開(kāi)發(fā)場(chǎng)地。
一旦到達(dá)開(kāi)發(fā)場(chǎng)地，組裝潮汐堤壩墻段(圖2)，一次一段。首先，豎起支撐柱。用受控的浮臺(tái)把支撐柱放在海底上需要的位置。其次，把支撐柱固定在海底。這一過(guò)程畫(huà)在圖4。把樁(20)穿過(guò)樁導(dǎo)向筒(22)打進(jìn)海底。在要求負(fù)重的地方，可以把幾根樁穿過(guò)制作在支撐柱中附加的樁導(dǎo)向筒打進(jìn)海底。樁是用樁錘(24)裝置打進(jìn)海床的，樁錘裝置一般由駁船操縱。對(duì)裙樁和三腳架支撐柱(圖3C)，也用類(lèi)似方法。樁打進(jìn)的深度，取決于海床的地層圖和預(yù)期的負(fù)重。曾經(jīng)打進(jìn)的樁的深度，超過(guò)120米。一旦把樁打進(jìn)需要的深度，把砂漿擠進(jìn)樁導(dǎo)向筒和樁之間的空間?，F(xiàn)在，支撐柱和樁被砂漿牢固地結(jié)合在一起，成為單一的構(gòu)件，以此防止支撐柱隨時(shí)間作任何垂直運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在支撐柱已牢固地與海底結(jié)合。
一旦一對(duì)支撐柱(10)固定在海床后，開(kāi)始插入嵌板(30)。圖2畫(huà)出最后的結(jié)果。用互相扣住的嵌板，組裝每一段潮汐堤壩墻段(圖5)。把嵌板(30)飄浮到開(kāi)發(fā)場(chǎng)地并安裝。首先，在兩個(gè)支撐柱之間插入基礎(chǔ)嵌板(31)。用受控的浮臺(tái)把基礎(chǔ)嵌板降到支撐凸緣(16)上。凸緣保證基礎(chǔ)嵌板是水平的?？奂到y(tǒng)(18)在安裝嵌板時(shí)有助于嵌板的控制(圖3A)。當(dāng)每一嵌板下降就位時(shí)，是緊貼在扣件上夾持的。一旦嵌板在兩根支撐柱之間準(zhǔn)確定位后，就被鎖定在應(yīng)有位置。圖6畫(huà)出這一過(guò)程。通過(guò)嵌板與支撐柱聯(lián)合的鎖定桿插入通道(14)，把鎖定桿(12)插入。一旦在每一端插入了鎖定桿，嵌板則被固定，不能橫向運(yùn)動(dòng)。然后，類(lèi)似地把其余的嵌板一塊放在另一塊的頂部，直到一段潮汐受納墻段完成。圖2畫(huà)出已完成的潮汐受納墻段?，F(xiàn)在可以進(jìn)行相鄰段的構(gòu)建，據(jù)此伸延潮汐受納墻1。1注意沒(méi)有水閘沉箱。這些沉箱通過(guò)雙向有效發(fā)電而消除。港灣與海洋之間的水流，完全通過(guò)渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱。如果使用單向有效發(fā)電，則需要水閘沉箱。它們的基本特征和它們的放置方法，與渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱相同。
因?yàn)楹５资遣灰?guī)則的，所以在基礎(chǔ)嵌板和海底之間將有間隙。間隙必須密封。圖2和6畫(huà)出如何完成密封。為封閉該間隙，可以建筑最低高度的、并由碎巖石和礫石適當(dāng)聚集組成的密封堤堰。之后，用水下混凝土(tremic concrete)使密封堤堰穩(wěn)定和進(jìn)一步密封(“tremicconcrete”是水下使用的水泥，能夠通過(guò)稱(chēng)為“tremic”的導(dǎo)管在水下灌注)。
最后，我們必須說(shuō)明渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱(60)在潮汐受納墻中的鋪筑。渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱的鋪筑，在圖7說(shuō)明。該過(guò)程基本上與建筑潮汐受納墻段的過(guò)程相同。首先，豎起三對(duì)支撐柱(10)(圖7A)。每一對(duì)支撐柱之間放置沉箱平臺(tái)嵌板(34)。環(huán)繞每一嵌板筑起密封堤堰(未畫(huà)出)。用水下混凝土使密封堤堰穩(wěn)定和密封。三個(gè)沉箱平臺(tái)嵌板(34)構(gòu)成沉箱平臺(tái)(35)，在其上安放渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱。沉箱是飄浮到開(kāi)發(fā)場(chǎng)地，然后下降到沉箱平臺(tái)嵌板(34)上的。沿每一渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱的側(cè)面，澆筑有三條鎖定桿插入通道(14)。一旦安放在沉箱平臺(tái)(35)上之后，在沉箱與柱之間插入鎖定桿(12)(圖7B)。一旦插入，鎖定桿將把渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱與支撐柱牢固地固定在一起。支撐柱(10)、沉箱平臺(tái)(35)、渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱(60)一起構(gòu)成沉箱段(37)。
現(xiàn)在安裝電器系統(tǒng)，并把潮汐能系統(tǒng)接入電網(wǎng)。安裝電器系統(tǒng)的過(guò)程與常規(guī)潮汐攔水壩過(guò)程相同。
按照優(yōu)選實(shí)施例的本潮汐能系統(tǒng)，運(yùn)行方式與常規(guī)潮汐攔水壩(圖1)相同。潮汐受納墻(50)圍起一個(gè)人工潮汐瀉湖(52)。渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱(60)建筑在潮汐受納墻(50)內(nèi)。當(dāng)潮汐漲潮時(shí)，海洋水位變得高于瀉湖水位。當(dāng)水位差足夠時(shí)，打開(kāi)水閘閘門(mén)，讓水從海洋通過(guò)渦輪機(jī)流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生電力。當(dāng)潮汐流出去時(shí)，過(guò)程則相反。
從以上討論可見(jiàn)，組合式堤壩構(gòu)造與常規(guī)堤壩結(jié)構(gòu)相比，給予潮汐能系統(tǒng)許多費(fèi)用上的優(yōu)點(diǎn)。
本潮汐能系統(tǒng)的費(fèi)用優(yōu)點(diǎn)分析●使用組合式堤壩構(gòu)造的本潮汐能系統(tǒng)，比相等發(fā)電能力的常規(guī)潮汐發(fā)電站，需要遠(yuǎn)少得多的鋼筋水泥。結(jié)果是顯著降低費(fèi)用。
組合式堤壩構(gòu)造用潮汐受納墻段(36)(圖1和2)代替空的和水閘沉箱，降低了鋼筋水泥量。常規(guī)潮汐攔水壩除了渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)沉箱外，需要大而重的空沉箱(80m×50m)。組合式堤壩構(gòu)造用大約1米厚的鋼筋水泥嵌板，代替這些大而重的沉箱。沉箱憑借它們的尺寸和質(zhì)量，能抵御靜水壓、潮汐流、及其他環(huán)境負(fù)荷而穩(wěn)定。組合式堤壩構(gòu)造則用支撐柱(圖1、2、4、6、和7)得到的強(qiáng)度代替尺寸和質(zhì)量。結(jié)果是大大降低建造潮汐發(fā)電廠所需的鋼筋水泥量。土木工程的費(fèi)用成正比地縮減。
由于使用雙向有效發(fā)電，使水閘沉箱成為不必要的。當(dāng)使用常規(guī)攔水壩構(gòu)造時(shí)，因?yàn)榫薮蟮乃l沉箱用同樣巨大的空沉箱代替，費(fèi)用沒(méi)有大的降低。此外，雙向有效的裝備比單向有效的更昂貴，抵消了不用水閘沉箱中的水控制裝備省下來(lái)的費(fèi)用。全部結(jié)果是以費(fèi)用的適度增加換來(lái)電力的適度收益。相反，組合式堤壩構(gòu)造通過(guò)使用雙向有效發(fā)電獲得大的節(jié)省，因?yàn)楸蝗∠乃l沉箱沒(méi)有用空沉箱代替。反之，巨大(50m×80m)的水閘沉箱，是用約1m厚的嵌板構(gòu)成的潮汐墻段代替。結(jié)果是費(fèi)用的顯著縮減。本潮汐能系統(tǒng)還獲得材料使用上的縮減。為了限制費(fèi)用，常規(guī)的潮汐攔水壩建在港灣的最窄部分，不管攔水壩后面圍起的盆地的大小。結(jié)果是，必須流經(jīng)攔水壩的水量，與系統(tǒng)的發(fā)電能力不匹配。因此需要水閘沉箱來(lái)控制進(jìn)出港灣的水流。組合式堤壩構(gòu)造調(diào)整人工潮汐瀉湖的大小，以便與發(fā)電能力匹配。結(jié)果是，本潮汐能系統(tǒng)基本上消除了水閘沉箱。
雙向有效模式的使用，有另外的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇鎲蜗蛴行Мa(chǎn)生的兩次能量脈沖，是產(chǎn)生四次能量脈沖。
●雙向有效發(fā)電比單向有效發(fā)電，對(duì)需求的反應(yīng)更靈敏。
雖然這樣不能消除潮汐電力的脈沖本性問(wèn)題，但增加的靈活性有助于把潮汐能納入電網(wǎng)。
●由于消除常規(guī)潮汐攔水壩要求的大范圍的地基準(zhǔn)備，組合式堤壩構(gòu)造降低了費(fèi)用。
地基準(zhǔn)備是建設(shè)常規(guī)潮汐攔水壩的主要部分。在常規(guī)的潮汐攔水壩中，沉箱要求水平的表面。海底因此必須整平并小心地用一層碎巖石覆蓋。組合式堤壩構(gòu)造一概消除了工程的這一主要部分。用更為簡(jiǎn)單得多的過(guò)程密封潮汐能系統(tǒng)?；A(chǔ)嵌板(31)放在支撐柱(10)的凸緣上(圖2)。基礎(chǔ)嵌板與海底中的不規(guī)則性及露頭之間的間隙，用密封堤堰(32)填充。不需要作地基準(zhǔn)備。消除了常規(guī)潮汐攔水壩建設(shè)中要求的地基準(zhǔn)備，導(dǎo)致費(fèi)用的進(jìn)一步和相當(dāng)大的縮減。
●組合式堤壩構(gòu)造，把建設(shè)時(shí)間縮減到常規(guī)潮汐發(fā)電站要求的建設(shè)時(shí)間的幾分之一。因?yàn)闀r(shí)間因素如果不是資金中占優(yōu)勢(shì)的成分，也是主要的成分，所以獲得實(shí)質(zhì)的費(fèi)用縮減。
造成常規(guī)潮汐攔水壩長(zhǎng)的建設(shè)時(shí)間，有兩個(gè)主要因素。第一是地基準(zhǔn)備。組合式堤壩構(gòu)造用短得多的過(guò)程建設(shè)低的堤堰，代替地基準(zhǔn)備步驟。第二是沉箱放置要求的時(shí)間。常規(guī)潮汐攔水壩的沉箱放置，要求特殊的潮汐和天氣條件。一般說(shuō)，沉箱可按每月兩個(gè)的速度安放。組合式堤壩構(gòu)造，以固定在支撐柱之間適當(dāng)位置的嵌板(圖2)，代替水閘沉箱和空沉箱2。2在Severn Barrage中，三分之二的沉箱是水閘沉箱和空沉箱[The Severn Barrage Project，p.viii]。嵌板的放置是以快速的步伐進(jìn)行的，且與潮汐條件無(wú)關(guān)。估計(jì)潮汐能系統(tǒng)需要的建設(shè)時(shí)間，是相等發(fā)電能力的常規(guī)潮汐發(fā)電站的三分之一。因?yàn)闀r(shí)間因素可以是資金中占優(yōu)勢(shì)的成分，建設(shè)時(shí)間的縮減，可以對(duì)潮汐電力的最后費(fèi)用產(chǎn)生相當(dāng)大的節(jié)省。
除了降低費(fèi)用外，潮汐能系統(tǒng)解決了兩個(gè)對(duì)潮汐電力發(fā)展更為主要的障礙。
本潮汐能系統(tǒng)增加了潮汐電力合適的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的數(shù)量因?yàn)榻ㄔO(shè)費(fèi)用高，常規(guī)潮汐攔水壩橫跨的距離必須保持最小。常規(guī)潮汐攔水壩要求大的潮汐差和大的但有窄出?？诘母蹫?。這種港灣的數(shù)量，全世界限于很少的一點(diǎn)。因?yàn)榻M合式堤壩構(gòu)造充分地降低了建設(shè)費(fèi)用，所以能夠建造更長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)并依然保持經(jīng)濟(jì)上是合算的。增加的靈活性使它能以各種方式構(gòu)建潮汐能系統(tǒng)。圖1畫(huà)出兩種配置。這些配置完全消除了必需的港灣，需要的只是經(jīng)濟(jì)上合算的大的潮汐。結(jié)果是，潮汐能系統(tǒng)幾乎能夠在任何有足夠高潮汐的地方建設(shè)，這是一個(gè)數(shù)量非常多的地區(qū)能夠滿(mǎn)足的條件。滿(mǎn)足該要求的這類(lèi)地區(qū)的數(shù)量，是非常大的。對(duì)適合潮汐能開(kāi)發(fā)場(chǎng)地的數(shù)量的嚴(yán)格限制，因此被消除。
本潮汐能系統(tǒng)降低了潮汐電力對(duì)環(huán)境的沖擊因?yàn)槌毕芟到y(tǒng)不要求阻斷港灣的入?？?，所以消除了因環(huán)境而對(duì)潮汐電力的大部分反對(duì)。同樣明顯的是，組合式堤壩構(gòu)造使停止運(yùn)行完全可行。嵌板和沉箱可以迅速撤除。撤除支撐柱的方法，已經(jīng)由離岸的石油及油氣工業(yè)研發(fā)出來(lái)。與Tidal Electric的毛石蓄水墻不同，本潮汐能系統(tǒng)不是永恒的結(jié)構(gòu)。
概而言之，使用組合式堤壩構(gòu)造的本潮汐能系統(tǒng)，解決了阻礙潮汐電力發(fā)展的三個(gè)主要困難。(a)它降低潮汐電力的費(fèi)用，從而使它在經(jīng)濟(jì)上更合算，(b)它使在大量地區(qū)建設(shè)潮汐發(fā)電站成為可能，(c)它避免了阻斷港灣，從而消除因環(huán)境而對(duì)潮汐電力的反對(duì)。
圖8-替代的實(shí)施例在潮汐能系統(tǒng)本替代的實(shí)施例中，把波浪能量機(jī)添加到潮汐能系統(tǒng)中，以保護(hù)潮汐能系統(tǒng)，避免波浪的破壞性力量并發(fā)電。
隨著波浪的一起一落，波浪可以施加相當(dāng)大的載荷。潮汐能系統(tǒng)借助波浪機(jī)，能夠防止波浪的破壞作用。圖8畫(huà)出這樣機(jī)器，即一種振蕩水柱機(jī)(OWC)，類(lèi)似于Wavegen Ltd.制造的那些機(jī)器[www.wavegen.co.uk/what_we_offer_limpet.htm]。OWC波浪機(jī)從進(jìn)入的波浪吸收能量，并把它轉(zhuǎn)換為電能。一種OWC包括封閉的空氣室(42)，通過(guò)空氣導(dǎo)管(48)與渦輪機(jī)(44)/發(fā)電機(jī)(46)連通。進(jìn)入的波浪在空氣室(42)中使水位不斷地升起和落下。因?yàn)樵撌沂欠忾]的，又因?yàn)樵撌业目谠谒€以下，水柱的向上和向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)管(48)驅(qū)動(dòng)空氣?？諝怛?qū)動(dòng)渦輪機(jī)(44)，渦輪機(jī)又驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(46)，從而產(chǎn)生電力。從圖8可見(jiàn)，OWC的幾何形狀，使它容易安裝在潮汐受納墻上，也因此在經(jīng)濟(jì)上非常合算。結(jié)合波浪能量機(jī)來(lái)保護(hù)潮汐能系統(tǒng)，避免波浪的破壞性力量，同時(shí)增加它的總發(fā)電能力。
圖9-替代的實(shí)施例在本替代的實(shí)施例中，改變潮汐受納墻的形狀，使潮汐能系統(tǒng)能夠從潮汐流的動(dòng)能吸取能量。
改變潮汐受納墻那些面對(duì)潮汐流的段的形狀(50)，使潮汐流匯集，進(jìn)入渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)(60)中包含的渦輪機(jī)(未畫(huà)出)，能夠產(chǎn)生能量(圖9)。這樣做，要求適度增加潮汐受納墻的長(zhǎng)度，在具有急流潮汐流的開(kāi)發(fā)場(chǎng)地，這樣做在經(jīng)濟(jì)上是非常合算的。同時(shí)從潮汐流的動(dòng)能及從潮汐的勢(shì)能提取，是本系統(tǒng)完全新的特征。迄今的技術(shù)都是提取一種能量而排除提取另一種。計(jì)算表明，在優(yōu)化的條件下，潮汐流對(duì)系統(tǒng)的總電力輸出有顯著增加。
圖10-替代的實(shí)施例在本替代的實(shí)施例中，把風(fēng)力渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)(80)安裝在潮汐能系統(tǒng)的支撐柱(10)上。
塔是離岸風(fēng)力渦輪機(jī)總費(fèi)用的主要部分。塔一般是兩種之一。第一種是單樁式，大體上是把單根巨大的樁打進(jìn)海底。潮汐能系統(tǒng)的支撐柱容易擴(kuò)建成單樁式風(fēng)力渦輪機(jī)塔。第二種是三腳架式。它的基本結(jié)構(gòu)與圖3C所示支撐三腳架(11)類(lèi)似。把風(fēng)力添加到潮汐能系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)上是合算的。潮汐能系統(tǒng)的支撐柱，提供風(fēng)力渦輪機(jī)現(xiàn)成的支撐。此外，風(fēng)力渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)(未畫(huà)出)可與潮汐能系統(tǒng)的電器系統(tǒng)組成一體。風(fēng)力以少量額外費(fèi)用，增加總的能力。
沒(méi)有圖11-替代的實(shí)施例在本實(shí)施例中，在潮汐能系統(tǒng)(70)中添加大尺度的電解槽(90)、氫儲(chǔ)存系統(tǒng)(92)、和燃料電池(94)(圖12)。在大尺度的電解槽(90)中，使用潮汐能系統(tǒng)(70)產(chǎn)生的電從水中提取氫。然后用管道把氫送至儲(chǔ)存系統(tǒng)(92)。氫從儲(chǔ)存系統(tǒng)送至高容量電池(94)，根據(jù)要求產(chǎn)生電。應(yīng)當(dāng)指出，因?yàn)殡娊獠刍旧鲜欠捶较蜻\(yùn)行的燃料電池，所以有可能作成單一的電解槽/燃料電池系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氫的提取和把它用作燃料產(chǎn)生電。應(yīng)有可觀的節(jié)省結(jié)果。
潮汐電力的脈沖本性常常被認(rèn)為潮汐能的缺點(diǎn)。潮汐發(fā)電站以脈沖的形式產(chǎn)生電力，而電力的需求是連續(xù)的。此外，峰值需求的時(shí)間一般與潮汐發(fā)電的峰值時(shí)間不相符。因此，已經(jīng)建設(shè)的少量潮汐發(fā)電廠，都用于補(bǔ)充其他電源的電力。為了使潮汐電力作為主要的電源獨(dú)立運(yùn)行，必須能即時(shí)產(chǎn)生電力。在一個(gè)建議的解決方案中(雙潮汐盆地)，是建設(shè)另外的一個(gè)潮汐盆地，用作儲(chǔ)存器，可以從它提取能量。也考慮過(guò)天然出現(xiàn)的雙盆地。迄今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有一個(gè)是經(jīng)濟(jì)上合算的[Clark，p.2653]。已經(jīng)考慮用壓縮空氣作為能量?jī)?chǔ)存[Clark，p.2654]。
本構(gòu)造建議使用氫技術(shù)作為產(chǎn)生即時(shí)電力的手段。當(dāng)產(chǎn)生最大能量時(shí)，本潮汐能系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的廉價(jià)能量脈沖。借助水的釋放，當(dāng)人工潮汐瀉湖與周?chē)Ｑ笾g有最大水位差時(shí)，吸取的能量達(dá)到最大。電力生產(chǎn)的費(fèi)用，按此方式是非常低的。這部分是由于潮汐能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的合算，部分是由于運(yùn)行的模式。因?yàn)樗窃诙坛掷m(xù)時(shí)間的脈沖中產(chǎn)生的，這種運(yùn)行模式，對(duì)直接消費(fèi)是沒(méi)有用處的，因?yàn)榻K端用戶(hù)需要的是在持久時(shí)間段上的能量。但是，對(duì)從水電解提取氫而言，低價(jià)電正好是需要的價(jià)格。產(chǎn)生氫的量，主要取決于總的可用的電能。The National Academy of Engineering的報(bào)告預(yù)測(cè)，“電解產(chǎn)生的氫的價(jià)格，將受電的價(jià)格支配”[Committee on Alternatives and Strategiesfor Future Hydrogen Production and Use.The National Academy ofEngineering，The Hydrogen EconomyOpportunities，Cost，Barriers，and R&D Need，The National Academies Press，Washington，DC.www.nap.edu.p.10-9.該文獻(xiàn)在National Academy網(wǎng)頁(yè)上有電子版，并將在2004年某些時(shí)候出版]。該預(yù)測(cè)的根據(jù)，是電解槽和燃料電池價(jià)格預(yù)期的下跌。
●結(jié)合氫、燃料電池、及電解槽技術(shù)，本潮汐能系統(tǒng)可以產(chǎn)生即時(shí)電力，并解決潮汐發(fā)電的脈沖問(wèn)題。
圖11-替代的實(shí)施例在本實(shí)施例中，在潮汐能系統(tǒng)(70)中添加大尺度的電解槽(90)、氫儲(chǔ)存系統(tǒng)(92)、和燃料電池(94)(圖12)。在本實(shí)施例中，最終產(chǎn)品是氫。
權(quán)利要求
1.一種圍欄，用于從包含在海洋潮汐中的勢(shì)能吸取能量，本圍欄包括如下組成部分(a)在海洋中沿確定所述圍欄的周邊線，按規(guī)則的間隔設(shè)置的支撐柱陣列(b)把所述支撐柱固定在海底的裝置(c)預(yù)定數(shù)量的嵌板，其中，所述嵌板接連地一塊放在一塊上，直至接近所述支撐柱的高度，并精確地裝配在所述支撐柱的相鄰對(duì)之間(d)牢固地把所述嵌板固定在所述支撐柱的相鄰對(duì)之間的裝置(e)密封每一所述嵌板和其間插入所述嵌板的支撐柱之間任何空間的裝置(e)預(yù)定數(shù)量的沉箱(f)前述陣列內(nèi)，安放在預(yù)定相鄰支撐柱兩側(cè)的支撐柱對(duì)，用于形成垂直于所述周邊的兩行支撐柱(此后稱(chēng)為沉箱支撐柱)，兩行所述行之間的距離，要使所述沉箱精確地裝配在它們之間(g)在所述兩行直接相對(duì)的每一對(duì)支撐柱之間插入的支撐嵌板，使所述沉箱靠在所述嵌板上，從而使所述支撐嵌板在所述兩行之間構(gòu)成沉箱的平臺(tái)(h)渦輪機(jī)，預(yù)定數(shù)量的所述渦輪機(jī)被封閉在每一所述沉箱內(nèi)(i)能使水按人類(lèi)操作員的意愿，通過(guò)所述渦輪機(jī)的裝置(j)發(fā)電機(jī)，每一所述發(fā)電機(jī)與一個(gè)或多個(gè)所述渦輪機(jī)連接，據(jù)此，所述組成部分使所述圍欄沒(méi)有間隙，并以此把海洋隔離在所述圍欄外面，除非當(dāng)所述人類(lèi)操作員讓水通過(guò)所述渦輪機(jī)并使所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力的時(shí)候。
2.按照權(quán)利要求1的圍欄，還包括從海洋波浪吸取能量的裝置，所述裝置納入所述圍欄內(nèi)，從而保護(hù)圍欄免受波浪的破壞性力量，同時(shí)產(chǎn)生能量。
3.按照權(quán)利要求1的圍欄，其中一些所述沉箱兩側(cè)上所述圍欄預(yù)定長(zhǎng)度的各段，構(gòu)成字母“V”，使所述沉箱在所述各段的交點(diǎn)，從而把潮汐流匯集進(jìn)所述沉箱內(nèi)的渦輪機(jī)，據(jù)此激勵(lì)與所述渦輪機(jī)連接的發(fā)電機(jī)，又據(jù)此把潮汐流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br> 4.按照權(quán)利要求1的圍欄，還包括安裝在所述圍欄上的風(fēng)力渦輪機(jī)。
5.按照權(quán)利要求1的圍欄，還包括(a)能用電解方法從水產(chǎn)生氫的裝置(b)能儲(chǔ)存氫的裝置。
6.按照權(quán)利要求5的圍欄，還包括能用氫作燃料產(chǎn)生電力的裝置。
全文摘要
本潮汐能系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)，能從潮汐的勢(shì)能和動(dòng)能中吸取能量，也能從海洋波浪和陸風(fēng)中吸取能量。它的各組成部分以多種能力協(xié)同地運(yùn)行，從這些能源吸取能量，使潮汐能系統(tǒng)作為一個(gè)整體運(yùn)行。潮汐能系統(tǒng)的構(gòu)造，使它能與電解槽及燃料電池技術(shù)綜合地運(yùn)行，生產(chǎn)即時(shí)電力，從而消除潮汐電力的脈沖本性。本潮汐能系統(tǒng)還能產(chǎn)生作為最終產(chǎn)品的氫。
文檔編號(hào)F03B13/10GK1868112SQ200480029972
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者拉米茲·阿提亞 申請(qǐng)人:拉米茲·阿提亞