一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场 专利技术说明

农业,林业,园林,畜牧业,肥料饲料的机械,工具制造及其应用技术1.本发明属于海洋水产养殖技术领域，涉及一种离岸牧场，尤其涉及一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场。背景技术：[0002]“海洋牧场”是指在一定海域内，采用规模化渔业设施和系统化管理体制，利用自然的海洋生态环境，将人工放流的经济海洋生物聚集起来，像在陆地放牧牛羊一样，对鱼、虾、贝、藻等海洋资源进行有计划和有目的的海上放养。海洋牧场是促进海洋经济发展和海洋生态文明建设的重要举措。通过发展海洋牧场，能够有效养护海洋生物资源、改善海洋生态环境，推动海洋经济可持续发展。深海牧场通常采用网箱养殖，网箱有浮式和升降式两种。传统的升降式网箱一定程度上规避了浮式网箱易受海浪冲击的问题，但对海面以下几十米内的海流防护作用不明显。此外，现有的升降式网箱养殖模式为了获得网箱升降所需的电能，通常需要通过海底排布电缆的方式从陆上输电站获取电能，增加了布线难度，对牧场的深远海布置造成一定的限制。技术实现要素：[0003]本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，以克服现有技术的缺陷。[0004]为实现上述目的，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，包括养殖装置，养殖装置包括单桩升降轴和套在单桩升降轴上的养殖网箱，养殖网箱上的电动机驱动养殖网箱在单桩升降轴上升降，具有这样的特征：还包括保护网、风力发电模块、若干弹性抗冲击-吸能发电模块和若干摆臂浮子式波浪能发电模块；所述保护网由若干立柱和桁架交替连接围绕构成；保护网套在养殖网箱的外侧，立柱的端部固定海底土层中；所述风力发电模块设置在单桩升降轴的顶部，伸出海平面；风力发电模块将风能转化为电能；所述弹性抗冲击-吸能发电模块设置在保护网的桁架外侧；弹性抗冲击-吸能发电模块包括至少一组抗冲击线圈发电组件和至少一组摩擦发电组件；抗冲击线圈发电组件包括抗冲击发电磁柱和抗冲击发电线圈，抗冲击发电线圈套在抗冲击发电磁柱外侧；摩擦发电组件包括摩擦发电柱和摩擦发电桶，摩擦发电桶套在摩擦发电柱外并与摩擦发电柱接触，摩擦发电柱外壁和摩擦发电桶内壁均具有可摩擦发电的材料；冲击保护网的海浪带动抗冲击发电线圈与抗冲击发电磁柱、摩擦发电柱与摩擦发电桶发生相对移动产生电能；所述摆臂浮子式波浪能发电模块包括悬臂和摆臂发电组件；悬臂的一端铰接在保护网的立柱顶端；摆臂发电组件包括摆臂发电磁柱和摆臂发电线圈；悬臂在海浪的作用下上下浮动，带动摆臂发电磁柱与摆臂发电线圈发生相对移动产生电能；风力发电模块、弹性抗冲击-吸能发电模块和摆臂浮子式波浪能发电模块产生的电能为养殖装置的电动机供电。[0005]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述保护网的立柱的顶端固定有卷扬机，卷扬机缆绳的端部与养殖网箱的底部连接，配合电动机共同驱动养殖网箱升降。[0006]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述弹性抗冲击-吸能发电模块还包括抗冲击发电壳体、抗冲击头和传力杆；抗冲击发电壳体为具有底盘、保护套和顶盘的外壳结构；抗冲击发电壳体的底盘固定在所述保护网的桁架外表面；所述抗冲击线圈发电组件的数量为一组，设置在抗冲击发电壳体内；所述抗冲击发电磁柱固定在底盘上；抗冲击线圈发电组件还包括抗冲击线圈桶，所述抗冲击发电线圈固定在抗冲击线圈桶的内壁上；传力杆穿过抗冲击发电壳体的顶盘，内端与抗冲击线圈桶的顶部固定，外端与抗冲击头固定。[0007]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述弹性抗冲击-吸能发电模块中，摩擦发电组件的数量为若干组，设置在抗冲击发电壳体内，位于抗冲击线圈发电组件的周围；所述摩擦发电桶固定在抗冲击发电壳体的底盘上；摩擦发电柱通过连接件与抗冲击线圈桶固定；摩擦发电组件还包括缓冲弹簧；缓冲弹簧位于摩擦发电桶内，一端与摩擦发电柱连接，另一端与底盘连接；海浪冲击抗冲击头，抗冲击头通过传力杆带动抗冲击线圈桶向抗冲击发电壳体的底盘移动，抗冲击发电线圈和摩擦发电柱随之移动，分别与抗冲击发电磁柱和摩擦发电桶与发生相对移动产生电能。[0008]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述摆臂浮子式波浪能发电模块还包括机械杆和摆臂发电壳体；摆臂发电壳体的底部铰接在所述保护网的立柱的上表面；所述摆臂发电线圈固定在摆臂发电壳体的内壁上；机械杆的一端与所述悬臂的中部铰接，另一端插入摆臂发电壳体并与摆臂发电磁柱的上端铰接；机械杆随悬臂上下浮动，带动摆臂发电磁柱与摆臂发电线圈发生相对移动产生电能。[0009]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述摆臂浮子式波浪能发电模块还包括饼状浮子；饼状浮子铰接在所述悬臂的外端，在海浪的作用下饼状浮子带动悬臂上下浮动。[0010]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述风力发电模块包括若干叶片、轮毂和水平轴；水平轴安装在单桩升降轴的顶部；若干叶片通过轮毂安装在水平轴上，叶片在风的作用下转动，带动水平轴转动。[0011]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述风力发电模块还包括齿轮箱和发电机；所述水平轴与齿轮箱传动连接，齿轮箱带动发电机发电。[0012]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述风力发电模块、弹性抗冲击-吸能发电模块和摆臂浮子式波浪能发电模块产生的电能通过电缆输送；所述保护网的立柱和桁架以及单桩升降轴均为中空结构，经过保护网和单桩升降轴的电缆布置于中空的立柱和桁架内。[0013]进一步，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，还可以具有这样的特征：其中，所述养殖装置还包括蓄电池，储存所述风力发电模块、弹性抗冲击-吸能发电模块和摆臂浮子式波浪能发电模块产生的电能，并为电动机供电。[0014]本发明的有益效果在于：[0015]一、本发明采用了内侧养殖和外围保护的形式。传统的海洋牧场仅仅只有内部的养殖装置，忽略了对于养殖装置的保护。虽然传统的升降式养殖网箱比浮式养殖网箱更加安全，但仍未考虑海面以下的海流冲击作用，可能会导致单桩升降轴结构的强度、稳定破坏，风浪大时也会对养殖网箱内被养殖物造成严重影响。本发明考虑了这一点，在养殖装置外围设置了保护网，能减轻养殖网箱受到海流的冲击，为被养殖物提供更加平静、适宜的生存环境。[0016]二、本发明的外围保护网兼具保护内侧养殖装置以及发电两个功能。保护网上布置有若干弹性抗冲击-吸能发电模块，其自身有阻尼作用，可减少海流作用效应向内部传递。同时，每个弹性抗冲击-吸能发电模块中都采用电磁-摩擦耦合发电的形式，在产生阻尼效应的同时进行发电，实现了阻尼-发电功能的统一。[0017]三、本发明提供了一种基于风-浪-流耦合发电的自供电式的深远海海洋牧场运行模式。通过风力发电模块、弹性抗冲击-吸能发电模块和摆臂浮子式波浪能发电模块所产生的电能，为养殖网箱底部的电动机，电动机将电能转化为机械能，控制养殖网箱的上下运动，实现了整个海洋牧场的自供电。本发明在减小甚至消除环境荷载对养殖区域的不利影响基础上，提高了了养殖模块的养殖效率，单位海域的能源利用率得到了有效的提高。降低了养殖区域内的养殖模块的抗风浪等级的要求。相比于现有的需从陆上发电站供电的海洋牧场的运行模式，本发明省去了海底布设电缆的不便，故海洋牧场可向深远海布置，大大增加了适用范围，节约了近海的空间资源以及陆上的电力资源，对海上的风能、波浪能及海流能进行充分的利用，经济性优势得到了极大体现，符合当前的发展趋势。附图说明[0018]图1是离岸牧场的养殖装置和风力发电模块的结构示意图；[0019]图2是离岸牧场的保护网、若干弹性抗冲击-吸能发电模块和若干摆臂浮子式波浪能发电模块的结构示意图；[0020]图3是离岸牧场的养殖网箱、保护网的立柱和卷扬机的结构示意图；[0021]图4是离岸牧场的风力发电模块的结构示意图；[0022]图5是离岸牧场的弹性抗冲击-吸能发电模块的外部结构示意图；[0023]图6是离岸牧场的弹性抗冲击-吸能发电模块的内部结构示意图；[0024]图7是离岸牧场的弹性抗冲击-吸能发电模块的内部部分结构示意图；[0025]图8是离岸牧场的摆臂浮子式波浪能发电模块的结构示意图；[0026]图9是离岸牧场的底部结构示意图。具体实施方式[0027]以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。[0028]如图1和2所示，本发明提供一种基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场，包括养殖装置1、保护网2、风力发电模块3、若干弹性抗冲击-吸能发电模块4和若干摆臂浮子式波浪能发电模块5。[0029]如图1所示，养殖装置1包括单桩升降轴11和套在单桩升降轴11上的养殖网箱12，养殖网箱12上的电动机驱动养殖网箱12在单桩升降轴11上升降。养殖网箱12在单桩升降轴11上的升降属于现有技术，例如通过啮合的齿条和齿轮等均可实现养殖网箱的升降，不再赘述。[0030]如图2所示，保护网2由若干立柱21和桁架22交替连接围绕构成。保护网2套在养殖网箱12的外侧，立柱21的端部固定海底土层中，起支撑作用。保护网2的形状与其内侧的养殖网箱12的形状一致，尺度略大于养殖网箱12。[0031]优选的，如图3所示，保护网的立柱21的顶端固定有卷扬机6，卷扬机6缆绳的端部与养殖网箱12的底部连接，配合电动机共同驱动养殖网箱12升降，起到辅助带动养殖网箱12升降的作用。[0032]如图1所示，风力发电模块3设置在单桩升降轴11的顶部，伸出海平面。风力发电模块3将风能转化为电能。[0033]如图4所示，在一具体的实施例中，风力发电模块3包括若干叶片31、轮毂32、水平轴33、齿轮箱和发电机。水平轴33安装在单桩升降轴11的顶部。若干叶片31通过轮毂32安装在水平轴33上，叶片31在风的作用下转动，带动水平轴33转动。水平轴33与齿轮箱传动连接，齿轮箱带动发电机发电。[0034]如图2所示，弹性抗冲击-吸能发电模块4设置在保护网2的桁架22外侧。如图5-7所示，弹性抗冲击-吸能发电模块4包括一组抗冲击线圈发电组件41和四组摩擦发电组件42。抗冲击线圈发电组件41包括抗冲击发电磁柱411和抗冲击发电线圈412，抗冲击发电线圈412套在抗冲击发电磁柱411外侧。摩擦发电组件42包括摩擦发电柱421和摩擦发电桶422，摩擦发电桶422套在摩擦发电柱421外、并与摩擦发电柱421接触，摩擦发电柱421外壁和摩擦发电桶422内壁均具有可摩擦发电的材料。冲击保护网2的海浪带动抗冲击发电线圈412与抗冲击发电磁柱411、摩擦发电柱421与摩擦发电桶422发生相对移动产生电能。[0035]具体的，如图5-7所示，弹性抗冲击-吸能发电模块4还包括抗冲击发电壳体43、抗冲击头44和传力杆45。抗冲击发电壳体43为具有底盘431、保护套432和顶盘433的外壳结构。抗冲击发电壳体43的底盘431固定在保护网2的桁架22外表面。抗冲击线圈发电组件41设置在抗冲击发电壳体43内：抗冲击发电磁柱411固定在底盘431上；抗冲击线圈发电组件41还包括抗冲击线圈桶413，抗冲击发电线圈412固定在抗冲击线圈桶413的内壁上。传力杆45穿过抗冲击发电壳体43的顶盘433，内端与抗冲击线圈桶413的顶部固定，外端与抗冲击头44固定。摩擦发电组件42也设置在抗冲击发电壳体43内，四组摩擦发电组件42设置在抗冲击线圈发电组件41的周围：摩擦发电桶422固定在抗冲击发电壳体43的底盘431上；摩擦发电柱421通过连接件与抗冲击线圈桶413固定。摩擦发电组件42还包括缓冲弹簧423。缓冲弹簧423位于摩擦发电桶422内，一端与摩擦发电柱421连接，另一端与底盘431连接。海浪冲击抗冲击头44，抗冲击头44通过传力杆45带动抗冲击线圈桶413向抗冲击发电壳体43的底盘431移动，抗冲击发电线圈412和摩擦发电柱421随之移动，分别与抗冲击发电磁柱411和摩擦发电桶422与发生相对移动产生电能。[0036]具体的，受到海流冲击时，抗冲击头44受到压力，带着抗冲击线圈桶413向着抗冲击发电壳体43的底盘431运动，由于抗冲击发电线圈412布置在抗冲击线圈桶413内壁上，并且抗冲击发电磁柱411固定在底盘431上不动，在抗冲击头44带着抗冲击线圈桶413运动的过程中，抗冲击发电线圈412与抗冲击发电磁柱411产生相对运动，切割磁感线发电。同时，在抗冲击头44带动抗冲击线圈桶413运动的过程中，也带动与抗冲击线圈桶413连接的摩擦发电柱421做往复运动，使得互相接触的摩擦发电柱421外壁与摩擦发电桶422内壁产生相对运动，利用摩擦材料的特性实现摩擦发电。缓冲弹簧423起缓冲复位作用。摩擦发电柱421的外壁和摩擦发电桶422的内壁中，一面采用高分子聚合物材料，如聚酰亚胺等电负性材料，相对的另一面贴附金属与相应金属氧化物，如铜、铝、银、金及各种合金与金属氧化物，以实现摩擦发电。摩擦发电与电磁发电互补，最终形成电磁-摩擦耦合的发电模式，提升了每个弹性抗冲击-吸能发电模块4的发电效率。[0037]如图2和8所示，摆臂浮子式波浪能发电模块5包括悬臂51和摆臂发电组件。悬臂51的一端铰接在保护网2的立柱21顶端。摆臂发电组件包括摆臂发电磁柱和摆臂发电线圈。悬臂51在海浪的作用下上下浮动，带动摆臂发电磁柱与摆臂发电线圈发生相对移动产生电能。[0038]具体的，摆臂浮子式波浪能发电模块5还包括机械杆52、摆臂发电壳体53和饼状浮子54。饼状浮子54铰接在悬臂51的外端，在海浪的作用下饼状浮子54带动悬臂51上下浮动。摆臂发电壳体53的底部铰接在保护网2的立柱21的上表面，摆臂发电线圈固定在摆臂发电壳体53的内壁上。机械杆52的一端与悬臂51的中部铰接，另一端插入摆臂发电壳体53并与摆臂发电磁柱的上端铰接。机械杆52随悬臂51上下浮动，带动摆臂发电磁柱与摆臂发电线圈发生相对移动产生电能。[0039]波浪作用时，饼状浮子54上下起伏，带动悬臂51绕铰接点旋转，从而拉动悬臂51中间的机械杆52并使其产生机械能，再通过摆臂发电组件将机械能转化为电能，即通过摆臂发电磁柱在摆臂发电线圈内的往复运动，切割磁感线，实现电磁发电，起到发电效果。[0040]风力发电模块3、弹性抗冲击-吸能发电模块4和摆臂浮子式波浪能发电模块5产生的电能为养殖装置1的电动机供电。[0041]具体的，风力发电模块3、弹性抗冲击-吸能发电模块4和摆臂浮子式波浪能发电模块5产生的电能通过电缆输送。保护网2的立柱21和桁架22以及单桩升降轴11均为中空结构，经过保护网2和单桩升降轴11的部分电缆布置于中空的立柱21和桁架22内。[0042]养殖装置1还包括蓄电池13，储存风力发电模块3、弹性抗冲击-吸能发电模块4和摆臂浮子式波浪能发电模块5产生的电能，并为电动机供电。[0043]如图9所示，电缆从立柱21靠下侧的缺口中穿出，通过整流器连接在养殖网箱底部的蓄电池13上，为电动机供电。[0044]本发明提供的基于风-浪-流联合发电体系的离岸牧场设有外围的、可抗冲击吸能的保护网，该保护网深入海面以下，不仅对内侧的养殖装置起到一定的海流防护作用，而且通过其外侧设置的弹性抗冲击-吸能发电模块的阻尼作用进行发电，为升降渔网提供电能，实现了保护网的多功能性。本离岸牧场提供了一种基于风-浪-流耦合发电的自供电式深远海海洋牧场运行模式，通过将海洋牧场与风浪流多能联合发电相结合，实现整个海洋牧场用电的自产自销，免去了海底布线的麻烦，且通过对于海洋能、风能的利用节省了陆上资源。[0045]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并非对其进行限制。对于本技术领域的普通技术人员而言，依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或是对其中的部分技术特征进行等同替换。而这些修改、替换或者在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。因而不能以此来限定本发明的权利范围，即属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。









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