[發明專利]海洋監測平臺的溫差能供電系統

無效

• 申請號: 201010560928.7
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102064576A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 李雪臨;彭燕;沙次文;趙凌志;李然;許玉玉;劉保林;李建
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;F03G7/05;F03G7/06;H02K44/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種海洋監測平臺的供電裝置，特別涉及一種無人水下自航式海洋監測平臺的供電裝置。

技術背景

海洋監測技術是國防建設和經濟發展的戰略需求，也是海洋開發利用、環境保護和防災減災的必要手段。隨著科學技術的不斷進步，海洋監測已進入集空中、海面和水下監測技術為一體的立體綜合監測階段。航空和衛星遙感技術可實現從空中到海洋表面的大面積、實時或準實時同步，固定監測臺站、調查船、浮標、潛標及坐底式監測平臺可解決定點的或有限范圍內的監測，但上述方式對危險區域和敏感區域的監測卻無能為力。基于“以人為本”的指導思想，以先進的技術取代人來從事危險作業，盡量減少人員傷亡，無人水下自航式海洋監測平臺應運而生。

水下自航式海洋監測平臺是上世紀80年代末在載人潛航器(HOV)和無人有纜遙控潛航器(ROV)技術的基礎上發展起來的新型海洋監測平臺。主要用于無人、大范圍、長時間的水下環境監測，而能源技術則是保證其續航能力的關鍵。現階段水下自航式海洋監測平臺多采用電池作為動力源，最常用的是鋰離子電池和燃料電池。由于長時間作業對能量需求很大，且載體尺寸和負載能力限制了攜帶電池的數量，因此中途需要對二次電池進行充電以保證能源的后續與補充。而目前的充電方式主要通過定期上浮或回收來進行人工充電，或通過水下塢站完成水下對接并充電，需要繁瑣的操作或很高的技術要求，除了較高的制造成本之外還大大增加了運行成本。

海洋溫差能的利用有效地突破了水下監測平臺能源供應的瓶頸。溫差能來自于太陽能，是一種清潔可再生能源，且相對于其他環境能源而言非常穩定，重要的是它取之不盡、用之不竭，是低能耗、低成本、高續航能力的無人水下自航式海洋監測平臺的理想動力。早在1986年，韋伯研究公司(Webb?Research?Corporation)的Doug?Webb就在他的實驗室筆記中提到了以熱機驅動無人水下監測平臺的構想，熱機內采用固-液相變的蠟狀工作介質，當整個裝置穿越溫度梯度較大的海洋溫躍層時，利用其相變過程中體積的膨脹/收縮來改變裝置的凈浮力，從而驅動海洋監測平臺在冷、暖水層之間往復運動。1989年，伍茲霍爾海洋學研究所(WHOI)的Henry?Stommel在海洋學雜志上發表了一篇著名的科幻文章(Henry?Stommel，The?SlocumMission，Oceanography，pp.22-25，1989)，文中基于Doug?Webb的構思，對數以千計的海洋溫差能驅動的水下滑翔機群在海洋環境監測和科學研究中的應用進行了暢想，并將此水下監測平臺命名為“Slocum”。此后，Doug?Webb先后制造了三個溫差能驅動的Slocum(thermal)樣機，并分別于1995，1998和2000年成功進行了湖試實驗(Douglas?C.Webb，Paul?J.Simonetti，Clayton?P.Jones，SLOCUM：An?Underwater?Glider?Propelled?by?EnvironmentalEnergy，IEEE?Journal?of?Oceanic?Engineering，26(4)：447-452，2001)。2007年，溫差能驅動的Slocum(thermal)終于在外海首次亮相。與電動的Slocum(battery)相比，除了更環保和低成本的優勢之外，由于Slocum(thermal)不需要利用電池提供動力，只需要維持傳感器、導航系統和通訊系統等的正常運行即可，因此大大提高了偵測范圍和續航能力。其平均水平速度約0.4m/s，滑翔距離達到40000km，最大潛深1200m，可連續運行3～5年。然而，Slocum(thermal)只能不間斷的往返于冷、暖水層之間，以鋸齒形軌跡在海水中航行，無法根據需要在某一深度懸停作業或控制其運動狀態。如果能夠及時將溫差能蓄積起來，并根據需要加以利用，則可以有效地改善水下監測平臺的靈活性和適用性。