一种利用海底热液能量的海底发电系统的制作方法

本发明涉及一种利用海底火山释放出的热能进行发电的方法，属于利用新能源范围。

背景技术：

洋底区域地质、地球物理信息的探测和控制等均离不开对相应设备的长期电能供给，以满足短距离航行、信息探测、通信的需要；在海底热液附近的地质裂缝区域，为在关键时刻通过小当量爆炸以激发局部海底火山喷发，长期潜伏在其附近的爆炸装置也需要长期稳定的电能供给，以满足通信、短距离航行、起爆等的需要。如何为这些装置实现长期的在位电能供应已经成为深海地质与物理环境探测、控制的关键。

海底热液是几千米深的海底火山释放出的热能加热海水形成的，热液喷口处的温度可达400℃，与周围数米范围内的海水形成较大的温差，而且长期稳定存在。利用这一能源、并将其转换为电能，有望实现上述海底装置的在位电能供应。传统的海洋温差发电沿用蒸汽轮机技术，先将海洋温差转换为机械能，然后机械能再驱动蒸汽轮机进行发电。整个系统能量转换效率低、体积庞大、控制复杂，难以在海底长期稳定工作，无法适应上述需求。

技术实现要素：

本发明技术的主要目的就是利用温度差来发电的温差电技术解决传统海洋温差发电沿用的蒸汽轮机技术由于体积庞大、控制复杂、难以在海底长期稳定工作与海底装置对长期稳定在位电能的需求之间的矛盾。

海底火山附近的温度梯度不是很大，距离火山数米范围内的温度依旧很高，因此在海底火山附近适当的平面上放置能量收集系统，如图1所示，密度比较大的冷水会迅速下降取代能量收集系统底部密度较小的热水，当热水被迫向上流动时就会进入温差发电模块，基于热电效应，利用这部分热能与周围海水的温差实现热-电转换，并储存在储能电池中。在距离储能电池较远的位置通过海底电缆连接自主水下航行器可以停靠的充电站(对接站)，自主水下航行器携带的可充电电池电能不足时，就会靠近充电站进行充电，然后重新投入工作状态。利于自主水下航行器携带的可充电电池便可以为海底矿石作业、海底区域地质探测等相应设备提供长期稳定的在位电能。

本发明技术方案为一种利用海底热液能量的海底发电系统，该系统包括：发电站，储能站，充电站；发电站包括：支架、发电站壁、温差发电模块；所述发电站壁为上下通透的沙漏型，包括上壁、腰部、下壁；温差发电模块设置于上壁靠近腰部的位置；发电站发出的电量通过海底电缆输送至储能站储存；储能站通过海底电缆连接充电站对充电对象进行海底充电。

进一步的，所述充电站包括：储电池、电感耦合器的主级侧、辐射台；输入电缆通过储电池连接电感耦合器的主级侧，所述电感耦合器的主级侧安装于辐射台内，辐射台形状为圆锥台形，台底为电能辐射出口。

进一步的，所述储能站与充电站之间设施变压设备，用于电能的远距离运输。

基于塞贝克效应的温差电技术具有没有工作介质和运动部件的优点，因而具有无噪声、维护周期长、寿命长，并且没有环境污染、可靠性高的特点，可有效解决洋底区域地质、地球物理信息的探测和控制等相应设备对长期稳定电能的需求。

附图说明

图1是深海热液温差发电总体方案的构思图；

1.温度较低(密度较大)的海水；2.被海底火山能量加热(密度较小)的热水；3.温差发电模块；4.海床；5.支架；6.深海热液喷口；7.海底电缆；8.升压变压器；9.降压变压器；10.充电站(对接站)；12.自主水下航行器。

图2是温差发电模块的原理图；

1.高温端；2.导体；3.低温端；4.储能单元；5.电子；6.空穴。

图3是电能传输系统的原理图；

10.充电站(对接站)；11.电感耦合器主级侧；12.自主水下航行器；13.可充电电池；14.电感耦合器副级侧。

具体实施方式

第一、能量收集系统

海底火山附近的温度梯度不是很大，距离火山数米范围内的温度依旧很高，如图1所示，在海底火山附近的平面(4)上放置能量收集系统，此时，在系统敞开的入口处密度比较大的冷水(1)会迅速下降取代系统底部密度较小的热水(2)。当热水被迫向上流动时就会进入温差发电模块(图2)，提供温差发电所需的热源(图2,1)，整个温差发电模块固定在海底设置的支架(5)上。基于热电效应，利用这部分热能与周围海水的温差实现热-电转换，并储存于储电单元(图2,4)里。温差发电模块的储电单元与海底的储能电池通过海底电缆(7)连接，将储电单元中的电能转移至储能电池。根据已经在深海得到成功应用的案例，有两种储能电池可供选择：铅酸电池和锂聚合物电池。铅酸电池具有最高的性价比，即存储相同容量的电能所需要的花费最少，但是相比于锂聚合物电池，铅酸电池具有较小的功率密度。锂聚合物电池唯一的缺点就是价格比较昂贵。储能电池具体的选取可根据自身的情况而定。另外，温差发电模块目前已经被广泛应用，这里就不再详细叙述其具体的工作原理。

第二、电能传输系统

如图3所示，电能传输系统主要包含以下三个环节：自主水下航行器(12)、充电站(对接站)(10)和充电方式。

首先，海底电池(13)的充电可以通过电磁感应来进行，因为锂离子电池的感应充电已经得到广泛应用。

另外，自主水下航行器(12)在深海充当为其他需要能量的设备提供电能的角色，因此必须配置可充电电池(13)。为了完成自主水下航行器携带电池(13)的感应充电，自主水下航行器(12)还必须配备电感耦合器(14)。

最后，自主水下航行器(12)与充电站(10)的对接通过耦合感应来完成，电感耦合器的主级侧(11)固定在充电站(10)上，电感耦合器副级侧(14)安装在自主水下航行器(12)上，当电池(13)需要充电时，声波定位仪或动态定位系统可以指引自主水下航行器(12)靠近充电站(10)，装有次级侧电感耦合器的自主水下航行器(12)与装有主级侧电感耦合器的充电站(10)相接触就会触发开关，系统准备充电，然后通过电磁效应自主水下航行器(12)所携带的可充电电池(13)就会充电。充电站(10)接口处设计成圆锥形状。