一种具有多能互补供电及深海矿物冲洗功能的聚波浮式平台

本技术涉及海洋波浪能和深海采矿，尤其涉及一种具有多能互补供电及深海矿物冲洗功能的聚波浮式平台。

背景技术：

1、近年来各个国家尤其是陆地资源较少如日本和欧洲丹麦、荷兰等国家大力发展海洋浮式平台，以探索和利用海洋蕴藏的储量巨大的可再生能源，包括的海上太阳能、波浪能、风能等。

2、深海矿物等海洋资源的利用必须要以海洋浮式平台作为载体，目前漂浮式平台是深远海的主要载体。而平台基本上通过集成海上风机进行发电，但是海上风能并不是连续的、稳定的，太阳能和波浪能亦是如此，相较而言，通过聚波装置聚焦波浪后的波浪能具有更高的能量密度，因此，多能互补供电的海洋浮式平台应用而生。海洋可再生能源的组合为深海采矿车供电是一种有效率且有前途的解决方案，可以达到协同增效的作用，同时，还可以利用该平台集成的聚波装置对深海矿物进行过滤冲洗，充分利用海洋浮式平台，实现了一个平台集成多种功能，实现波浪能的综合利用。

3、公开号cn110805524a提供了一种海上太阳能、风能和波浪能互补的浮式平台，采用了和水下巨型压载舱的尺寸相同的双层上甲板用来分布布置太阳能电池板和小功率垂直轴风机，甲板边缘设置了振荡浮子波浪能发电装置，该专利申请的半潜式浮式平台建造成本极高，尤其是尺寸巨大的压载舱，悬臂式振荡浮子连接到液压系统，需要经过两次能量转换，降低了发电效率。公开号cn114135290a提供一种深海采矿系统，深海采矿车与水面运输船通过输送软管连接，运输船上有提升泵与输送软管连接，提升泵泵通过输送软管向海底采矿车储料仓内输送海水，海水与所述深海矿物混合，再通过提升泵提升至水面支撑船。该系统缺少中继舱对深海矿物进行缓冲，同时对深海采矿车的供能方式比较单一，无法有效的利用波浪能与太阳能进行供电。

4、综上所述，设计一种结构简单、安全可靠、可综合高效利用波浪能、太阳能、聚波能等能量的海洋浮式平台是非常有必要的。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种具有多能互补供电及深海矿物冲洗功能的聚波浮式平台，以集成深海采矿系统的聚波浮式平台为基础，平台具备模块化制造和装配的条件，具有良好的扩展性，可以低成本地在海上大面积快速部署，其可为深海采矿车供电，可提供连续稳定的电力保障，解决了现有技术中存在的问题。

2、为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

3、一种具有多能互补供电及深海矿物冲洗功能的聚波浮式平台,包括：

4、波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括内置式波浪能发电装置和外部波浪能发电装置；

5、太阳能发电装置；

6、聚波浮式平台本体，在聚波浮式平台本体外侧面开设弧形槽式聚波区，在弧形槽式聚波区内设置所述外部波浪能发电装置，在聚波浮式平台顶面上设置所述太阳能发电装置；在聚波浮式平台本体内均布设置内置式波浪能发电装置；

7、深海采矿系统，所述深海采矿系统包括垂直输送硬管、深海混合提升泵、光电复合缆、中继舱、深海输送软管和深海采矿车；所述垂直输送硬管的顶端向上穿过聚波浮式平台并与一负压装置相连，负压装置经输送软管与过滤装置相连。

8、进一步地，在聚波浮式平台内设置陀螺仪，可获取浮台的纵摇、横摇响应。

9、进一步地，深海采矿车所采深海矿物经负压装置加速运送至过滤装置进行过滤冲洗。

10、进一步地，所述外部波浪能发电装置为振荡浮子式波浪能发电装置。

11、进一步地，所述内置式波浪能发电装置包括捕能体、旋转轴以及发电部分，捕能体与旋转轴连接，旋转轴的一端连接轴承，旋转轴另一端连接加速箱和机械pto。

12、进一步地，所述捕能体、旋转轴、发电部分均设于内置式波浪能发电装置外浮体的壳体内。

13、进一步地，所述外部波浪能发电装置包括pto装置、浮体和浮筒。

14、进一步地，上述发电部分包括线圈、磁体、加速箱和机械pto；所述捕能体包括第一捕能体和第二捕能体，第一、第二捕能体在旋转轴上呈不同重心位置设置。

15、进一步地，由于第一、第二捕能体重心位置不同，以此在聚波浮式平台本体经受不同方向波浪激励时，捕能体受重力沿其旋转面内的驱动分力不断改变，驱动第一、第二捕能体旋转，进而驱动旋转轴旋转，旋转轴旋转通过加速箱加速并输入至机械pto中实现发电。

16、进一步地，所述负压装置由输送软管、空气泵、进料管组成；所述过滤装置由滤网和输送管组成，过滤装置固定于聚波浮式平台本体两侧的弧形槽式聚波区内。

17、进一步地，所述过滤装置的底部和侧壁设有滤网结构，过滤装置通过输送管接收从负压装置输送来的深海矿物，过滤装置的底部和侧壁可获取聚波区域聚波得到的巨大波浪能，对深海矿物进行过滤冲洗，进一步提高深海矿物的纯度。

18、进一步地，负压装置的具体工作过程为：深海混合提升泵工作时，在压力的作用下深海矿物通过垂直输送硬管输送至浮式平台的负压装置内。在深海混合提升泵工作的同时，启动负压装置中的空气泵工作，将负压装置内的空气抽出，使负压装置内形成负压，辅助深海混合提升泵将深海矿物提升至负压装置内，并进一步运送到过滤装置中利用聚焦波浪能获得的巨大能量进行深海矿物的过滤冲洗，充分利用聚波浮式平台聚波得到的波浪能。

19、进一步地，所述弧形槽式聚波区在聚波浮式平台侧面均匀设置6个，所述太阳能发电装置在聚波浮式平台顶面对应弧形槽式聚波区周向均布6个。

20、进一步地，所述深海采矿车通过深海输送软管与中继舱相连，所述波浪能发电装置和太阳能发电装置共同经光电复合缆用于向深海采矿车供电。

21、进一步地，当波浪传播通过布放波浪能发电装置的聚波浮式平台本体的聚波区域时，增大该聚波区域波高，提升该区域波浪的波浪能大小，增强波浪能发电装置的海况适应性并拓宽波浪能发电装置的能量捕获频带，提升发电效率。具体的，水波共振使波浪的振幅被放大，增大该聚波区域波高并使波浪振幅增大，提升该区域的波能密度，进而使得该聚波区域设置的外部波浪能发电装置的浮体沿导向柱起伏运动，带动能量转换装置pto装置的液压缸缸筒与活塞发生相对运动，浮体运动的动能转换为液压能，pto装置将液压能转化为电能，实现发电。

22、进一步地，所述深海采矿车包括车体，在车体顶端设置深海摄像机，在车体的储料仓内连接输料管道，在输料管道上设置深海阀。

23、进一步地，所述聚波浮式平台还设置有控制系统，所述控制系统包括控制器，控制器与太阳能发电装置、波浪能发电装置、深海混合提升泵、负压装置、深海采矿车、深海摄像机电连接。

24、进一步地，通过控制器控制外部电路接入更多的负载增大阻尼，随阻尼系数的增加，整体装置的输出功率增大，实现选定海况下高发电量。

25、上述具有多能互补供电及深海矿物冲洗功能的聚波浮式平台的布设及工作过程如下：

26、步骤1：选定海底指定作业区域，在该区域海面布放聚波浮式平台、发电装置、过滤装置和负压装置，并将深海采矿车、中继舱、深海混合提升泵、垂直输送硬管、光电复合缆及深海输送软管下放至该区域；

27、步骤2：波浪能发电装置在海浪的作用下浮体与pto装置之间产生相对运动发电，并通过浮式平台的聚波功能进一步提高发电功率；

28、步骤3：波浪能发电装置和太阳能发电装置协同供电，通过光电复合缆为深海采矿车供电；

29、步骤4：深海采矿车在规划好的作业区域内开采矿料，并储存于自身的储料仓中；

30、步骤5：待深海采矿车的储料仓内满载时，可通过深海输送软管输送到中继舱内；

31、步骤6：中继舱内深海矿物满载后，可通过垂直输送硬管运送到深海混合提升泵中，并进一步运送到负压装置中，最终运送到过滤装置里；

32、步骤7：过滤装置固定在聚波浮式平台两侧聚波区域内，利用聚波时垂荡方向产生巨大的波浪能，通过底部和侧壁滤网接受聚焦波浪能得到的巨大能量，对深海矿物进行过滤冲洗。

33、本实用新型的有益效果：

34、1、本实用新型聚波浮式平台采用波浪能绿色清洁，通过波浪能发电装置和太阳能发电装置共同为深海采矿车供电，可保证深海采矿车稳定可靠运行。

35、2、本实用新型聚波浮式平台侧面设置弧形槽式聚波区，提升了该聚波区域的波能密度，拓宽波浪能装置的能量捕获频带，进一步提高发电效率，并可利用聚波区域垂荡方向的巨大波能进行深海矿物的过滤冲洗，进一步提高了深海矿物的纯度，多种方式综合，实现了波浪能的充分利用。

36、3、本实用新型聚波浮式平台具备模块化制造和装配的条件，具有良好的扩展性，可以低成本地快速部署，同时聚波浮式平台中空，可通过改变聚波浮式平台的质量和吃水深度，来改变平台的固有频率，提高波浪能发电效率。