一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置

1.本实用新型涉及海洋碳汇技术领域，特别涉及一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置。


背景技术：

2.温室效应已是影响人类发展前景的因素之一。2021年，联合国政府间气候变化专门委员会(ipcc)在报告中指出，全球气温相比较工业化前(1850～1900年平均值)的水平提高了1.2℃。缓解温室效应进一步加剧趋势的有效途径之一是实现co2的负排放，海洋作为地球上最大的活跃碳库，有着巨大的碳负排放潜力和研发前景，海洋碳负排放技术是解决全球气候变暖问题的重要路径之一。
3.海洋参与碳负排放的机制包括海洋“溶解度泵”、“生物泵”、“微型生物泵”和“碳酸盐泵”。其中海洋“生物泵”和“微型生物泵”在海洋的碳负排放过程中发挥着巨大的作用。海洋“生物泵”依靠海洋中藻类等初级生产者的光合作用将c02固定在海水中，然后传递给海洋“微型生物泵”将其转化为稳定的惰性溶解有机碳，最终实现海洋对c02从吸收到固定再到储存的全过程即实现海洋的碳负排放。研究表明海洋“生物泵”的固碳量越多，相应的海洋“微型生物泵”的储碳量就越多，即实现海洋碳负排放量越多。
4.藻类等初级生产者的数量影响着海洋“生物泵”固碳能力的强弱，海水营养盐浓度是决定水域生产力强弱的重要指标。人工上升流增汇技术是通过人工上升流将富含营养盐的海洋深层水提升至真光层，从而增加表层水营养盐浓度，调整其中微量元素的比例，进而促进浮游植物的光合作用，增大海洋初级生产者的生产力，最终通过增加生物泵效率的方式实现海洋增汇。人工上升流增汇技术在海洋负排放技术领域有着十分巨大的发展前景。
5.人工上升流增汇技术作为一种模拟海洋上升流机制实现海洋负排放的工程技术，目前在国内外已有一定的研究进展，且已经取得了一系列可视化的重要理论和应用成果。如美国夏威夷大学的clark liu团队研制的一种波浪泵上升流装置、浙江大学海洋学院陈鹰教授团队研发的气泵式人工上升流装置等。clark liu团队以波浪能作为动力源且结构简单，价格低廉，性能可靠，无需外部供能。2021年，浙江大学陈鹰教授团队研发的“巨型气泵”在山东青岛的鳌山湾海域通过提升上升流涌升效率，使海藻养殖增产，同时有效修复海洋生态环境并提高吸收二氧化碳的能力，促进蓝碳增汇。
6.目前现有的海洋碳负排放技术主要通过海洋增汇的方式进行，其中人工上升流增汇技术因其海洋碳负排放方面的前沿性和发展潜力在国内外引起了广泛的关注，人工上升流技术有望成为增加海洋碳汇，实现海洋碳负排放，缓解近海海域富营养化和提高海域生产力的有效途径。但是现有的人工上升流装置尚未得到广泛的工程应用，一些装置以波浪能为动力源，供能极不稳定，且受气候条件限制，存在效率低，流量小的缺点，达不到大幅度提升海洋初级生产力助力海洋“碳负排放”的要求；一些装置虽然有显著成效但能耗巨大，工作范围有限以及体积大的缺点，后期需要专人保养维修，成本高昂。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在上述的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，具有工作范围广以及固碳成本低的优点。
8.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
9.一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，包括：
10.机壳，所述机壳内设置有控制模块以及电源模块，所述控制模块与所述电源模块电连接；
11.发电装置，所述发电装置设置在所述机壳上并与所述电源模块电连接；
12.推进装置，所述推进装置设置在所述机壳上并与所述控制模块电连接；
13.泵送装置，所述泵送装置设置在所述机壳上并与所述控制模块电连接。
14.相对于现有技术，本技术通过在机壳上设置推进装置，能够通过推进装置的运作在海上移动，有效地扩大了工作的范围；其次，在机壳上设置有发电装置，能够通过对自主发电的方式实现电能的自给自足，保证了装置的工作效率；通过在机壳上设置泵送装置，能够通过人工的方式制造上升流以及下降流，有效地提高了海洋固碳储碳效率。
15.作为本实用新型的优选方案，所述泵送装置包括：
16.泵主体，所述泵主体设置在所述机壳上，所述泵主体上设置有固定泵管以及活动泵管；
17.收管电机，所述收管电机设置在所述机壳上，所述收管电机的驱动轴上设置有收管轮，所述活动泵管绕设于所述收管轮上。
18.采用上述的方案，通过泵主体、固定泵管以及活动泵管的配合，能够制造出上升流或者下降流，通过制造上升流能够使底部富营养盐的海水输送到海面的真光层，改善海洋生态环境、促使浮游植物和藻类的大量繁殖，提高“生物泵”固碳量进而提升“微型生物碳泵”的储炭效率，达到碳负排放目的；通过制造下降流能够加速表层海水向深层海水的流动，提高海洋“溶解泵”储炭速率以及海洋“生物泵”所产生的颗粒有机碳向海底沉降速度，能够通过较低的成本实现高效率的海洋储炭固碳。
19.作为本实用新型的优选方案，所述活动泵管远离所述泵主体的一端设置有重物，所述固定泵管的管口处以及所述活动泵管的管口处均设置有过滤器。
20.采用上述的方案，通过在活动泵管远离泵主体的一端设置重物，通过收管电机对活动泵管进行放管时，设置在活动泵管上的重物能够通过其自身的重力使活动泵管远离泵体的一端沉入海里。
21.作为本实用新型的优选方案，所述发电装置包括风力发电模块、太阳能发电模块以及波浪能发电模块。
22.采用上述的方案，通过风力发电模块、太阳能发电模块以及波浪能发电模块能够有效地将自然能源转化为电能，实现海洋碳负排放装置电能的自给自足的同时不会对环境造成污染，有效地提高了海洋碳负排放装置的续航时间以保证工作效率。
23.作为本实用新型的优选方案，所述风力发电模块包括风力发电机，所述风力发电机设置在所述机壳上并与所述电源模块电连接。
24.采用上述的方案，风力发电机能够有效地对自然界的风能进行利用，将风能转化为电能供海洋碳负排放装置使用，从而能够实现在不对环境进行污染的前提下获取电能。
25.作为本实用新型的优选方案，所述太阳能发电模块包括太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述机壳的外表面并与所述电源模块电连接。
26.采用上述的方案，由于海上不存在高空遮挡物，通过机壳上设置太阳能电池板能够充分地对太阳能进行收集并将收集到的太阳能转化为电能供海洋碳负排放装置使用，从而能够实现在不对环境进行污染的前提下获取电能。
27.作为本实用新型的优选方案，所述波浪能发电模块包括不倒翁式海浪发电机，所述不倒翁式海浪发电机设置在所述机壳内并与所述电源模块电连接。
28.采用上述的方案，不倒翁式海浪发电机不仅能保证发电效率，相对于普通的海浪发电机而言结构相对简化，减小了装置的体积，从而进一步降低了海洋碳负排放装置的制造成本，提高了它的环境适应性。
29.作为本实用新型的优选方案，所述推进装置包括推进电机以及推进叶轮，所述推进电机设置在所述机壳上，所述推进叶轮设置在所述推进电机的驱动轴上。
30.采用上述的方案，通过设置推进电机以及推进叶轮，通过控制模块对推进电机的控制，当推进模块运作时驱动推进叶轮转动，能够使海洋碳负排放装置在海面上移动，从而使海洋碳负排放装置能够在不同位置进行工作，使更多的有机盐被泵管运输到海洋的上层，以起到最大程度碳中和。
31.作为本实用新型的优选方案，所述机壳上设置有固定装置。
32.采用上述的方案，固定装置能够将海洋碳负排放装置固定在海面上一定范围内，避免了海洋碳负排放装置在工作时不能保持在一定范围内的问题。
33.作为本实用新型的优选方案，所述固定装置包括锚机以及锚锭，所述锚机设置在所述机壳上，所述锚锭通过拉索与所述锚机连接。
34.采用上述的方案，锚锭能够通过锚机的运作进行收放，进而实现了海洋碳负排放装置的固定以及移动。
35.上述的一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，具有以下有益效果：其一，通过在机壳上分别设置有风力发电模块、太阳能发电模块以及波浪能发电模块，能够在不对环境污染的情况下实现电能的获取，实现电能的自给自足；其二，在机壳上设置有推进装置，推进装置能够在控制模块的控制下使海洋碳负排放装置实现定向移动的目的，提高了海洋碳负排放装置的工作范围，避免了海洋碳负排放装置在海浪的作用下无目的漂浮的问题；其三，海洋碳负排放装置通过泵送装置能够制造上升流或下降流，通过上升流能够提高“生物泵”固碳量进而提升“微型生物碳泵”的储炭效率，通过下降流能够提高海洋“溶解泵”储炭速率以及海洋“生物泵”所产生的颗粒有机碳向海底沉降速度，以实现碳负排放的目的。
附图说明
36.图1为本实用新型一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置的整体结构示意图；
37.图2为本实用新型一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置的内部结构示意图；
38.图3为本实用新型一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置中泵送装置的结构示意图；
39.图4为本实用新型一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置中推进装置的结构示意图；
40.图中：1、机壳；2、电源模块；3、发电装置；31、风力发电模块；32、太阳能发电模块；33、波浪能发电模块；4、推进装置；41、推进电机；42、推进叶轮；43、转向器；44、调速器；5、泵送装置；51、泵主体；52、固定泵管；53、活动泵管；54、收管电机；55、收管轮；56、重物；57、过滤器；6、固定装置；61、锚机；62、锚锭；63、拉索。
41.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
45.本实用新型提出一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置。
46.参照图1，在本实用新型一实施例中，该一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，包括：机壳1、发电装置3、推进装置4以及泵送装置5，机壳1内设置有控制模块以及电源模块2，控制模块与电源模块2通过电线连接，在本实施例中，控制模块包括单片机以及控制电路，电源模块2包括蓄电池以及逆变器，蓄电池用于存储由发电装置3产生的电流，再通过逆变器为推进装置4以及泵送装置5提供交流电；发电装置3设置在机壳1上并通过整流器以及稳压器与蓄电池连接；推进装置4设置在机壳1上，并与控制模块通过电线连接，在本实施例中示范性地在机壳1上设置有两组推进装置4，使本实施例中的海洋碳负排放装置在海上具备前进以及转向的功能，在其他一些实施例中，为了实现提高海洋碳负排放装置机动性能的目的，还能够通过增加推进装置4的设置数量，在此不再赘述；泵送装置5设置在机壳1上并与控制模块通过电线连接，在本实施例中，示范性地在机壳1上设置有两组泵送装置5，其中一组泵送装置5用于制作上升流，另外一组泵送装置5用于制作下降流，在其它一些实施例中还能够根据实际需求设置不同数量的泵送装置5，在此不对泵送装置5的数量作限制。通过在机壳1上设置推进装置4，能够通过推进装置4的运作在海上移动，有效地扩大了工作的范围；其次，在机壳1上设置有发电装置3，能够通过自主发电的方式实现电能的自给自足，保证了装置的工作效率；通过在机壳1上设置泵送装置5，能够通过人工的方式制造上升流以及下降流，有效地提高了海洋固碳储碳效率。
47.参照图1至图3，在一实施例中，泵送装置5包括：泵主体51以及收管电机54，泵主体51通过螺栓安装在机壳1上，泵主体51上设置有固定泵管52以及活动泵管53；收管电机54通过螺栓安装在机壳1上，收管电机54的驱动轴上通过法兰安装有收管轮55，活动泵管53绕设于收管轮55上。通过泵主体51、固定泵管52以及活动泵管53的配合，能够制造出上升流或者下降流，通过制造上升流能够使底部富营养盐的海水输送到海面的真光层，改善海洋生态环境、促使浮游植物和藻类的大量繁殖，提高“生物泵”固碳量进而提升“微型生物碳泵”的储炭效率，达到碳负排放目的；通过制造下降流能够加速表层海水向深层海水的流动，提高海洋“溶解泵”储炭速率以及海洋“生物泵”所产生的颗粒有机碳向海底沉降速度，能够通过较低的成本实现高效率的海洋储炭固碳。
48.参照图2和图3，在一实施例中，活动泵管53远离泵主体51的一端设置有重物56，固定泵管52的管口处以及活动泵管53的管口处均设置有过滤器57。通过在活动泵管53远离泵主体51的一端设置重物56，通过收管电机54对活动泵管53进行放管时，设置在活动泵管53上的重物56能够通过其自身的重力使活动泵管53远离泵体的一端沉入海里。
49.参照图1和图2，在一实施例中，发电装置3包括风力发电模块31、太阳能发电模块32以及波浪能发电模块33，其中，风力发电模块31包括风力发电机，风力发电机通过螺栓安装在机壳1的顶壁上；太阳能发电模块32包括太阳能电池板，太阳能电池板设置在机壳1的外表面；波浪能发电模块33包括不倒翁式海浪发电机，不倒翁式海浪发电机设置在机壳1内；风力发电机、太阳能电池板以及不倒翁式海浪发电机均通过整流器以及稳压器与蓄电池连接。通过风力发电模块31、太阳能发电模块32以及波浪能发电模块33能够有效地将自然能源转化为电能，实现海洋碳负排放装置电能的自给自足的同时不会对环境造成污染，有效地提高了海洋碳负排放装置的续航时间以保证工作效率；风力发电机能够有效地对自然界的风能进行利用，并将风能转化为电能供海洋碳负排放装置使用，从而能够实现在不对环境进行污染的前提下获取电能；由于海上不存在高空遮挡物，通过机壳1上设置太阳能电池板能够充分地对太阳能进行收集并将收集到的太阳能转化为电能供海洋碳负排放装置使用，从而能够实现在不对环境进行污染的前提下获取电能；不倒翁式海浪发电机不仅能保证发电效率，相对于普通的海浪发电机而言结构相对简化，减小了装置的体积，从而进一步降低了海洋碳负排放装置的制造成本，提高了它的环境适应性。
50.参照图1、图2和图4，在一实施例中，推进装置4包括推进电机41以及推进叶轮42，推进电机41通过螺栓安装在机壳1上，推进叶轮42通过焊接的方式与推进电机41的驱动轴连接，当海洋碳负排放装置位于海上时，推进电机41以及推进叶轮42均位于水面下方，在其他一些实施例中，推进电机41上还能够设置转向器43以实现改变推进电机41驱动轴的旋转方向，也可以在推进电机41中设置调速器44以调整推进电机41的转速，推进叶轮42还能够通过螺栓法兰等固定连接方式实现与推进叶轮42的驱动轴连接，在此不再赘述。通过设置推进电机41以及推进叶轮42，通过控制模块对推进电机41的控制，当推进模块运作时驱动推进叶轮42转动，能够使海洋碳负排放装置在海面上移动，从而使海洋碳负排放装置能够在不同位置进行工作，使更多的有机盐被泵管运输到海洋的上层，以起到最大程度碳中和。
51.参照图1和图2，在一实施例中，机壳1上设置有固定装置6，固定装置6设置在机壳1上，固定装置6包括锚机61以及锚锭62，锚机61通过螺栓安装在机壳1上，锚锭62通过拉索63与锚机61连接，在本实施例中示范性地采用铁链作为拉索63。固定装置6能够将海洋碳负排
放装置固定在海面上一定范围内，避免了海洋碳负排放装置在工作时不能保持在一定范围内的问题；锚锭62能够通过锚机61的运作进行收放，进而实现了海洋碳负排放装置的固定以及移动。
52.本技术实现碳负排放的原理如下：本装置在风力发电机、太阳能电池板以及不倒翁式海浪发电机所产生的清洁能源的驱动下通过自身两个泵主体51的作用下制造人工上升-下降流，并将人工上升-下降流技术和海洋固碳储碳生态效应相结合，使更多的c02的被海洋固定-储存，实现海洋增汇以此达到碳负排放目的，具体运行原理如下：
53.①
装置在其中一个泵的作用下产生人工下降流，加速表层海水向深层海水的流动，提高海洋“溶解泵”储炭速率以及海洋“生物泵”所产生的颗粒有机碳向海底沉降速度。
54.②
装置在另外一个泵的作用下产生人工上升流，使底部富营养盐海水输送到海面的真光层，改善海洋生态环境、促使浮游植物和藻类的大量繁殖，提高“生物泵”固碳量进而提升“微型生物碳泵”的储炭效率，达到碳负排放目的。
55.本技术具有以下有益效果：其一，通过在机壳1上分别设置有风力发电模块31、太阳能发电模块32以及波浪能发电模块33，能够在不对环境污染的情况下实现获取电能，实现电能的自给自足；其二，在机壳1上设置有推进装置4，推进装置4能够在控制模块的控制下使海洋碳负排放装置实现定向移动的目的，提高了海洋碳负排放装置的工作范围，避免了海洋碳负排放装置在海浪的作用下无目的漂浮的问题；其三，海洋碳负排放装置通过泵送装置5能够制造上升流或下降流，通过上升流能够提高“生物泵”固碳量进而提升“微型生物碳泵”的储炭效率，通过下降流能够提高海洋“溶解泵”储炭速率以及海洋“生物泵”所产生的颗粒有机碳向海底沉降速度，以实现碳负排放的目的。
56.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于，包括：机壳，所述机壳内设置有控制模块以及电源模块，所述控制模块与所述电源模块电连接；发电装置，所述发电装置设置在所述机壳上并与所述电源模块电连接；推进装置，所述推进装置设置在所述机壳上并与所述控制模块电连接；泵送装置，所述泵送装置设置在所述机壳上并与所述控制模块电连接。2.根据权利要求1所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于，所述泵送装置包括：泵主体，所述泵主体设置在所述机壳上，所述泵主体上设置有固定泵管以及活动泵管；收管电机，所述收管电机设置在所述机壳上，所述收管电机的驱动轴上设置有收管轮，所述活动泵管绕设于所述收管轮上。3.根据权利要求2所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述活动泵管远离所述泵主体的一端设置有重物，所述固定泵管的管口处以及所述活动泵管的管口处均设置有过滤器。4.根据权利要求1所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述发电装置包括风力发电模块、太阳能发电模块以及波浪能发电模块。5.根据权利要求4所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述风力发电模块包括风力发电机，所述风力发电机设置在所述机壳上并与所述电源模块电连接。6.根据权利要求4所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述太阳能发电模块包括太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述机壳的外表面并与所述电源模块电连接。7.根据权利要求4所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述波浪能发电模块包括不倒翁式海浪发电机，所述不倒翁式海浪发电机设置在所述机壳内并与所述电源模块电连接。8.根据权利要求1所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述推进装置包括推进电机以及推进叶轮，所述推进电机设置在所述机壳上，所述推进叶轮设置在所述推进电机的驱动轴上。9.根据权利要求1所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述机壳上设置有固定装置。10.根据权利要求9所述的基于清洁能源的海洋碳负排放装置，其特征在于：所述固定装置包括锚机以及锚锭，所述锚机设置在所述机壳上，所述锚锭通过拉索与所述锚机连接。

技术总结
本实用新型涉及海洋碳汇技术领域，具体公开了一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，所述的一种基于清洁能源的海洋碳负排放装置，包括：机壳，所述机壳内设置有控制模块以及电源模块，所述控制模块与所述电源模块电连接；发电装置，所述发电装置设置在所述机壳上并与所述电源模块电连接；推进装置，所述推进装置设置在所述机壳上，并与所述控制模块电连接；泵送装置，所述泵送装置设置在所述机壳上并与所述控制模块电连接。本实用新型具有工作范围广以及固碳成本低的优点。以及固碳成本低的优点。以及固碳成本低的优点。


技术研发人员：李曙光 曾佳伟 谢家玲 毕清扬 雷紫娟 娄晓明 陆昉孜 杨璧琳 李雯 邵许栩 董哲豪 黄惠旋 韩亚晨 刘政 谭宏熙 马宇辰 叶伟强
受保护的技术使用者：广州航海学院
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/6/27