一种海洋可再生能源自航式无线充电平台的制作方法

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1.本发明涉及一种海洋可再生能源自航式无线充电平台。


背景技术：

2.海洋是地球上最广阔的水体的总称，地球表面被各大陆地分隔为彼此相通的广大水域称为海洋，海洋的中心部分称作洋，边缘部分称作海，彼此沟通组成统一的水体；地球上海洋总面积约为3.6亿平方千米，约占地球表面积的71％。
3.面对日益严峻的气候问题与能源危机，开发清洁可再生能源成为全球共识。蕴藏着巨量可再生能源的海洋受到了广泛关注；自21世纪以来，世界各国都愈发重视海洋资源的探测与开发，并为此在近远海域都投放了数量众多的auv、水下滑翔机、argo浮标、遥控无人机等海洋机电设备；设备运行自然需要电力，但实际的海洋环境复杂恶劣，传统的水密电缆供电成本高昂，容易损坏，且对海洋设备的探测范围有一定的限制。因此，如何安全高效的为分布在大洋中的众多机电设备供应电力，成为现阶段亟待解决的难题。
4.目前的解决方案主要包括在海底埋设电缆连接无线充电板、海上核能发电船和在海洋机电设备上加装风能太阳能等发电装置等；在海底安装无线充电板的方案效率较高，但成本昂贵且只能为水下的潜器进行充电；海上核能发电船电量充足，但体积庞大，移动不便，只能采取电缆接驳的方式为海面的设备进行充电，灵活性欠佳，且核电也存在安全隐患；太阳能风能本身的发电量有限，考虑到海洋机电设备往往体积较小，难以满足设备的实际用电需求。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种海洋可再生能源自航式无线充电平台，结构设计合理，基于平台上多个功能组件的相互配合作用，能够实现就地取能，降低了能量输送的成本和损耗，清洁无污染，真正实现海能海用；同时，采用半潜式的船体设计，内置压载水仓，可以通过抽排压载水实现平台上升下潜，在发电充电时使半潜式船体下潜，以提高稳定性和发电效率，平时航行时使半潜式船体上浮，以减少航行阻力；采用带有闸门的双开口横轴水轮机波浪能发电装置，克服了传统的横轴转子波浪能发电方案仅能吸收固定方向波浪的缺点，避免了平台在发电时频繁调整方位，提高了发电效率，开口上的闸门也对波浪能发电装置有一定保护作用；采用基于磁场共振的无线充电方案，可以在距离充电目标一定距离的情况下为目标充电，避免了海上接驳接触，提高了作业安全性，也提高了充电速度；本平台装有主推进器和动力定位螺旋桨，可像船舶一样在海上航行至海洋设备所在海域为其充电，并能在风浪中保持平台位置不发生漂移；本平台集发电、充电、自航等功能于一体，最大化利用了海洋能源，解决了现有技术中存在的问题。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种海洋可再生能源自航式无线充电平台，包括半潜式船体，在半潜式船体的侧面设有无线充电模块，所述无线充电模块基于磁场共振原理进行工作以实现远距离充电；
在半潜式船体的底部至少设有四个动力定位螺旋桨，所述动力定位螺旋桨用于调整船体的方向和位置；在半潜式船体的尾部设有多个主推进器，所述主推进器用于驱动半潜式船体航行；在半潜式船体内中上位置设有多套双开口横轴水轮机波浪能发电装置，所述双开口横轴水轮机波浪能发电装置用于吸收波浪以进行发电；在半潜式船体的甲板上还设有无人机停机坪、风力发电机和太阳能发电板；在半潜式船体上还设有通讯控制系统和电能处理系统，所述通讯控制系统用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，并即时做出最优路径规划；所述电能处理系统用于储存和释放电能。
8.在半潜式船体的内部设有压载水仓，所述压载水仓通过水泵抽排海水改变重量，以实现半潜式船体的上升与下潜。
9.所述半潜式船体的下部为流线形，所述半潜式船体的上部为平直形。
10.所述双开口横轴水轮机波浪能发电装置包括竖直回流流道，所述竖直回流流道呈倒t形，所述竖直回流流道的顶部与半潜式船体的甲板相连并在竖直回流流道的顶部与半潜式船体的甲板之间设有空气阀，在竖直回流流道底部两端分别设有横向入口流道，所述竖直回流流道和横向入口流道的两个连接处分别设有横轴水轮机，所述横轴水轮机与发电机相连接通过波浪能进行发电；在竖直回流流道底部的两个转弯处分别设有内闸门，在半潜式船体左右两侧分别设有与横向入口流道相对应的开口，每个开口处分别设有外闸门，所述内闸门和外闸门均可独立开关。
11.所述主推进器为电动式推进器，在主推进器上设有螺旋桨和舵机。
12.所述动力定位螺旋桨为伸缩式螺旋桨，并能360
°
旋转。
13.所述通讯控制系统至少包括无线通讯器、gprs通讯器和集成控制器，所述无线通讯器和gprs通讯器用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，所述集成控制器用于即时做出最优路径规划。
14.所述电能处理系统包括超级电容器组和蓄电池组，以过滤双开口横轴水轮机波浪能发电装置、风力发电机和太阳能发电板在发电过程中的波动，并存储产生的电能，同时在驱动航行、动力定位、无线充电和交互通讯时释放电能供给使用。
15.本发明采用上述结构，采用风能、太阳能、波浪能等海洋可再生能源作为电能来源，方便直接且清洁无污染；通过基于磁场共振的无线充电方案为设备充电，操作简单，安全性高；通过半潜式船体，设有压载水仓，能通过抽排压载水实现船体升潜，兼顾发电效率和航行性能；通过主推进器和动力定位螺旋桨，可自行航至机电设备所在海域为其充电，并能在风流中保持位置固定；通过双开口横轴水轮机波浪能发电装置，可选择合适的开口吸收波浪进行发电，无需频繁调整平台方位，更加能够适应复杂的海况，具有成本低廉、安全高效的优点。
附图说明：
16.图1为本发明的结构示意图。
17.图2为图1的正视图。
18.图3为图2的纵向剖视图。
19.图4为图1的后视图。
20.图5为图1的俯视图。
21.图6为图1的侧视图。
22.图7为本发明的工作流程图。
23.图中，1、无线充电模块，2、动力定位螺旋桨，3、半潜式船体，4、双开口横轴水轮机波浪能发电装置，5、主推进器，6、无人机停机坪，7、风力发电机，8、太阳能发电板，9、通讯控制系统，10、压载水仓，11、内闸门，12、外闸门，13、横轴水轮机，14、竖直回流流道，15、横向入口流道。
具体实施方式：
24.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
25.如图1
‑
7中所示，一种海洋可再生能源自航式无线充电平台，包括半潜式船体3，在半潜式船体3的侧面设有无线充电模块1，所述无线充电模块1基于磁场共振原理进行工作以实现远距离充电；在半潜式船体3的底部至少设有四个动力定位螺旋桨2，所述动力定位螺旋桨2用于调整船体的方向和位置；在半潜式船体3的尾部设有多个主推进器5，所述主推进器5用于驱动半潜式船体3航行；在半潜式船体3内中上位置设有多套双开口横轴水轮机波浪能发电装置4，所述双开口横轴水轮机波浪能发电装置4用于吸收波浪以进行发电；在半潜式船体3的甲板上还设有无人机停机坪6、风力发电机7和太阳能发电板8；在半潜式船体3上还设有通讯控制系统9和电能处理系统，所述通讯控制系统9用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，并即时做出最优路径规划；所述电能处理系统用于储存和释放电能。
26.在半潜式船体3的内部设有压载水仓10，所述压载水仓10通过水泵抽排海水改变重量，以实现半潜式船体3的上升与下潜。
27.所述半潜式船体3的下部为流线形，所述半潜式船体3的上部为平直形。
28.所述双开口横轴水轮机波浪能发电装置4包括竖直回流流道14，所述竖直回流流道14呈倒t形，所述竖直回流流道14的顶部与半潜式船体3的甲板相连并在竖直回流流道14的顶部与半潜式船体3的甲板之间设有空气阀，在竖直回流流道14底部两端分别设有横向入口流道15，所述竖直回流流道14和横向入口流道15的两个连接处分别设有横轴水轮机13，所述横轴水轮机13与发电机相连接通过波浪能进行发电；在竖直回流流道14底部的两个转弯处分别设有内闸门11，在半潜式船体3左右两侧分别设有与横向入口流道15相对应的开口，每个开口处分别设有外闸门12，所述内闸门11和外闸门12均可独立开关。
29.所述主推进器5为电动式推进器，在主推进器5上设有螺旋桨和舵机。
30.所述动力定位螺旋桨2为伸缩式螺旋桨，并能360
°
旋转。
31.所述通讯控制系统9至少包括无线通讯器、gprs通讯器和集成控制器，所述无线通讯器和gprs通讯器用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，所述集成控制器用于即时做出最优路径规划。
32.所述电能处理系统包括超级电容器组和蓄电池组，以过滤双开口横轴水轮机波浪能发电装置4、风力发电机7和太阳能发电板8在发电过程中的波动，并存储产生的电能，同时在驱动航行、动力定位、无线充电和交互通讯时释放电能供给使用。
33.本发明实施例中的一种海洋可再生能源自航式无线充电平台的工作原理为：基于
平台上多个功能组件的相互配合作用，能够实现就地取能，降低了能量输送的成本和损耗，清洁无污染，真正实现海能海用；同时，采用半潜式的船体设计，内置压载水仓10，可以通过抽排压载水实现平台上升下潜，在发电充电时使半潜式船体3下潜，以提高稳定性和发电效率，平时航行时使半潜式船体3上浮，以减少航行阻力；采用带有闸门的双开口横轴水轮机波浪能发电装置4，克服了传统的横轴转子波浪能发电方案仅能吸收固定方向波浪的缺点，避免了平台在发电时频繁调整方位，提高了发电效率，开口上的闸门也对波浪能发电装置有一定保护作用；采用基于磁场共振的无线充电方案，可以在距离充电目标一定距离的情况下为目标充电，避免了海上接驳接触，提高了作业安全性，也提高了充电速度；本平台装有主推进器和动力定位螺旋桨，可像船舶一样在海上航行至海洋设备所在海域为其充电，并能在风浪中保持平台位置不发生漂移；本平台集发电、充电、自航等功能于一体，最大化利用了海洋能源，可针对不同水域均可进行使用。
34.同时，本发明实施例中的一种海洋可再生能源自航式无线充电平台能够有效利用风能、太阳能、波浪能等海洋可再生能源作为电能来源，方便直接且清洁无污染；采用基于磁场共振的无线充电模块1为设备充电，操作简单，安全性高。
35.在整体方案中，多个不同种类的功能组件相互配合才能根据工作人员的控制指令完成相应的操作，具体的，包括半潜式船体3，在半潜式船体3的侧面设有无线充电模块1，无线充电模块1基于磁场共振原理进行工作以实现远距离充电；在半潜式船体3的底部至少设有四个动力定位螺旋桨2，动力定位螺旋桨2用于调整船体的方向和位置；在半潜式船体3的尾部设有多个主推进器5，主推进器5用于驱动半潜式船体3航行；在半潜式船体3内中上位置设有多套双开口横轴水轮机波浪能发电装置4，双开口横轴水轮机波浪能发电装置4用于吸收波浪以进行发电；在半潜式船体3的甲板上还设有无人机停机坪6、风力发电机7和太阳能发电板8；在半潜式船体3上还设有通讯控制系统9和电能处理系统，通讯控制系统9用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，并即时做出最优路径规划；电能处理系统用于储存和释放电能。
36.优选的，在半潜式船体3的内部设有压载水仓10，压载水仓10通过水泵抽排海水改变重量，以实现半潜式船体3的上升与下潜，控制简便、易于调节。
37.优选的，半潜式船体3的下部为流线形，半潜式船体3的上部为平直形，既能够适合航行，又能方便接靠。
38.优选的，双开口横轴水轮机波浪能发电装置4包括竖直回流流道14，竖直回流流道14呈倒t形，竖直回流流道14的顶部与半潜式船体3的甲板相连并在竖直回流流道14的顶部与半潜式船体3的甲板之间设有空气阀，在竖直回流流道14底部两端分别设有横向入口流道15，竖直回流流道14和横向入口流道15的两个连接处分别设有横轴水轮机13，横轴水轮机13与发电机相连接通过波浪能进行发电；在竖直回流流道14底部的两个转弯处分别设有内闸门11，在半潜式船体3左右两侧分别设有与横向入口流道15相对应的开口，每个开口处分别设有外闸门12，内闸门11和外闸门12均可独立开关；内外闸门开启后，横轴水轮机13和发电机吸收波浪进行发电，同时通过电能处理系统将电能进行储存。
39.优选的，电能处理系统包括超级电容器组和蓄电池组，以过滤双开口横轴水轮机波浪能发电装置4、风力发电机7和太阳能发电板8在发电过程中的波动，并存储产生的电能，同时在驱动航行、动力定位、无线充电和交互通讯时释放电能供给使用。
40.优选的，主推进器5为电动式推进器，在主推进器5上设有螺旋桨和舵机，能够驱动半潜式船体3在海上自由航行。
41.优选的，动力定位螺旋桨2为伸缩式螺旋桨，能够伸出和缩回半潜式船体3，并且还能够360
°
旋转，来调整半潜式船体3的方向和位置。
42.优选的，通讯控制系统9至少包括无线通讯器、gprs通讯器和集成控制器，无线通讯器和gprs通讯器用于与陆地、卫星和海洋机电设备进行通讯，以传输人工指令、位置信息和充电请求，集成控制器用于即时做出最优路径规划。
43.实际工作时，首先压载水仓10排出海水，半潜式船体3上浮至航行吃水位，所有闸门关闭，动力定位螺旋桨2缩回半潜式船体3，主推进器5启动，半潜式船体3自行航行至指定海域；关闭主推进器5，动力定位螺旋桨2伸出半潜式船体3并启动，调整半潜式船体3方向至侧面对准来浪方向，之后保持半潜式船体3位置不变；压载水仓10抽入海水，半潜式船体3下潜至发电吃水位，迎浪侧的内外闸门开启，横轴水轮机13和发电机相配合吸收波浪进行发电，再通过电能处理系统将电能储存起来。
44.当有目标需要充电时，充电目标自行靠近半潜式船体3的对应充电位置并保持距离，启动无线充电模块1为充电目标进行充电。
45.充电完成后，充电目标驶离半潜式船体3，关闭无线充电模块1，压载水仓10排出海水，半潜式船体3上浮至航行吃水位，所有闸门关闭，动力定位螺旋桨2缩回半潜式船体3，主推进器5启动，半潜式船体3航行至下一海域，再重复上述步骤，为所有的充电目标进行无线充电。
46.综上所述，本发明实施例中的一种海洋可再生能源自航式无线充电平台基于平台上多个功能组件的相互配合作用，能够实现就地取能，降低了能量输送的成本和损耗，清洁无污染，真正实现海能海用；同时，采用半潜式的船体设计，内置压载水仓10，可以通过抽排压载水实现平台上升下潜，在发电充电时使半潜式船体3下潜，以提高稳定性和发电效率，平时航行时使半潜式船体3上浮，以减少航行阻力；采用带有闸门的双开口横轴水轮机波浪能发电装置4，克服了传统的横轴转子波浪能发电方案仅能吸收固定方向波浪的缺点，避免了平台在发电时频繁调整方位，提高了发电效率，开口上的闸门也对波浪能发电装置有一定保护作用；采用基于磁场共振的无线充电方案，可以在距离充电目标一定距离的情况下为目标充电，避免了海上接驳接触，提高了作业安全性，也提高了充电速度；本平台装有主推进器5和动力定位螺旋桨2，可像船舶一样在海上航行至海洋设备所在海域为其充电，并能在风浪中保持平台位置不发生漂移；本平台集发电、充电、自航等功能于一体，最大化利用了海洋能源。
47.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
48.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。