CN115258072A - 风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，包括浮式海上风机部分和混凝土浮式基础部分，对浮式海上风机、混凝土浮式基础养殖、太阳能板和振荡水柱波浪能发电进行综合利用，能够很好的解决浮式海上风机与水产品养殖业用地的冲突，可以更好的利用浮式平台，使资源得到合理的综合利用，借此达到降低成本的目的；本发明所述的浮式基础采用混凝土模块进行组装，混凝土模块可大批量生产，降低了生产成本，简化了施工流程；本发明振荡水柱的存在也使得装备更好地利用了波能；本发明不仅空间利用率高，还有效利用了多种海洋资源，为未来海洋资源的利用方法提供了一种新思路。

Description

风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法

技术领域

本发明涉及海洋资源综合利用技术领域，特别涉及一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

海洋是全球生命支持系统的一个基本组成部分，也是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富，开发利用新型清洁能源是可持续发展和环境保护的必由之路，合理开发海洋资源是实现经济可持续发展的内在要求。近年来，以有效利用海上空间和海洋资源开发为目的的各种浮式结构引起了广泛关注，这类结构基本是以钢结构为主，钢结构易生锈腐蚀，长时间运行之后维护困难。

水泥混凝土是现代结构应用最广泛、最大宗，同时也是最重要的建筑材料，混凝土具有材料来源丰富，价格低廉，生产工艺简单，易于成型，更重要的是有很高的抗压强度，混凝土也因此广泛应用于各个工程领域，相比钢结构，混凝土结构造价较低，不易腐蚀，对施工工艺要求和后期维护较低。

但是，发明人发现，目前浮式混凝土结构的研发成果有限，而且有关海洋资源开发的方法仅限于单一的海上风力发电场、海上光伏发电场、水产养殖场的建设，缺少对海洋的风、光、波以及水产资源的综合利用，且单一开发方法的基础设计、施工及运行维护成本高，开发利用海洋资源效果不佳。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，将海上风机、混凝土浮式基础养殖、太阳能板以及振荡水柱相结合，有效地利用了风能、光能和波能，促进了养殖业地发展，稳定性好，强度高，使用海域广。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置。

一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，包括：

正六棱柱结构中空的混凝土浮式基础，混凝土浮式基础的每个角部上侧与一台水平轴风电机的塔筒固定连接，混凝土浮式基础的中空空间上部开口；

混凝土浮式基础的内侧壁上开有多个用于太阳能光伏板进出的凹槽，凹槽内设有可伸缩式的用于承载太阳能光伏板的轨道，沿混凝土浮式基础上下方向至少布置两层凹槽；

所述中空空间内设有贴近混凝土浮式基础内侧壁的侧面网衣、用于将中空空间分割成多个区域的分割网衣以及底面网衣，底面网衣与混凝土浮式基础内侧壁的升降轨道滑动连接；

混凝土浮式基础通过系泊元件或组件与海床连接，混凝土浮式基础的中心区域设有生活和工作平台，所述生活和工作平台通过连杆与混凝土浮式基础的内侧壁固定连接。

本发明第二方面提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置。

一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，包括：

正N棱柱结构中空的混凝土浮式基础，混凝土浮式基础的每个角部上侧与一台水平轴风电机的塔筒固定连接，混凝土浮式基础的中空空间上部开口，其中，N大于或等于7；

混凝土浮式基础的内侧壁上开有多个用于太阳能光伏板进出的凹槽，凹槽内设有可伸缩式的用于承载太阳能光伏板的轨道，沿混凝土浮式基础上下方向至少布置两层凹槽；

所述中空空间内设有贴近混凝土浮式基础内侧壁的侧面网衣、用于将中空空间分割成多个区域的分割网衣以及底面网衣，底面网衣与混凝土浮式基础内侧壁的升降轨道滑动连接；

混凝土浮式基础通过系泊元件或组件与海床连接，混凝土浮式基础的中心区域设有生活和工作平台，所述生活和工作平台通过连杆与混凝土浮式基础的内侧壁固定连接。

作为可选的一种实现方式，混凝土浮式基础的内部设置分段压载舱。

作为可选的一种实现方式，混凝土浮式基础包括多个混凝土模块，混凝土模块的中部为空心结构，混凝土模块内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管将各混凝土模块依次连接，多个混凝土模块连接后的整体两端设有封板，各混凝土模块的尺寸和规格统一。

作为可选的一种实现方式，混凝土浮式基础的每一边设置至少一个由空箱构成的气室，每个气室淹没于水面以下部分开有开口，在气室上部设有气流通道，气流通道内安装有气动涡轮机。

作为可选的一种实现方式，各太阳能光伏板为三角形光伏板，各三角形光伏板依次环绕混凝土浮式基础的中心轴拼接。

进一步的，不同层的凹槽对应不同区域的三角形光伏板，全部三角形光伏板随各自轨道完全伸出混凝土浮式基础时，各三角形光伏板受光面不相互影响。

作为可选的一种实现方式，混凝土浮式基础的底部安装有防沉板和浮运气囊。

本发明第三方面提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的作业方法。

一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的作业方法，包括以下过程：

预先在船坞内完成混凝土浮式基础的制备；

利用混凝土浮式基础的底部的浮运气囊的浮力将整体结构浮运拖航至安装地点；

定位后对浮运气囊进行放气，通过混凝土浮式基础内的压载舱向结构内注水，调节吃水深度实现结构的调平，最终施工完成。

作为可选的一种实现方式，混凝土浮式基础的每一边设置至少一个由空箱构成的气室，每个气室淹没于水面以下部分开有开口，在气室上部设有气流通道，气流通道内安装有气动涡轮机；

波浪向着空箱移动时，当波峰接近空箱前壁时，水进入空箱，推动箱内水位上升，上升的水位使箱内气压增加，气室内空气通过出入孔排出，气体高流速喷出；

在波谷接近空箱前壁时，水从空箱抽出，箱内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外部空气通过出入孔高速进入气室，流出流进的气体将推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，将海上风机、混凝土浮式基础养殖、太阳能板以及振荡水柱相结合，有效地利用了风能、光能、波能，同时促进了养殖业地发展。

2、本发明所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，稳定性好，强度高，使用海域广，网衣的存在，将区域分成了六部分，便于养殖不同的水产，可根据成熟繁殖特性，分区域进行打捞或鱼苗投放。

3、本发明所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，选用的混凝土浮式基础，可以采用多个预制件混凝土模块，根据当地海况，组装成适合的风机基础形式，混凝土模块的尺寸和规格统一，可以进行大批量流水线生产，再进行运输，提高了效率，节省了施工时间，降低了施工难度，简化了施工流程。

4、本发明所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，很好的解决了浮式海上风机与水产品养殖业用地方面冲突的问题，同时可以更好的利用浮式平台，使资源得到合理的综合利用，借此达到降低成本的目的。

5、本发明所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置及作业方法，振荡水柱的存在也使得装备更好地利用了波能，不仅空间利用率高，还有效利用了多种海洋资源，为未来海洋资源的利用方法提供了一种新思路。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的等轴测图。

图2为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的(无太阳能板和滑槽系统)的等轴测图。

图3为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的俯视图。

图4为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的仰视图。

图5为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的主视图。

图6为本发明实施例提供的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的仰视图。

其中，1-水平轴风电机叶片系统；2-风电机塔筒；3-生活和工作平台；4-混凝土浮式基础；5-网衣；51-侧面网衣；52-分隔网衣；53-底面网衣；6-太阳能光伏板；7-气室；8-系泊系统；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例：

随着海上渔业养殖和海上风机的发展，其从浅海走向深海成为必然趋势，养殖需要利用广阔且水源较好的深海作为养殖基地，而风力发电需要依靠深远海更为强劲平稳的海风进行大功率开发，考虑到运输施工等方面存在的问题，在深海地区应用一种基于风、光、渔互补下将垂直轴风电机组、太阳能光伏板和养殖混凝土浮式基础相结合的混凝土浮式基础将是一条新的出路，结合背景技术中提及的现有方案存在的问题，本发明实施例1提供了一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，包括：

水平轴风电机叶片系统1、风电机塔筒2、生活和工作平台3、太阳能光伏板6、混凝土浮式基础4和系泊系统8，所述水平轴风电机叶片系统1包括风电机叶片以及风电机轮毂，所述风电机叶片与风电机轮毂转动连接，所述风电机轮毂与风电机塔筒2的一端连接。

所述混凝土浮式基础4的水平截面为正六边形结构(具体的为正六棱柱结构中空的混凝土浮式基础)，六个所述水平轴风电机叶片系统1分别通过对应的所述风电机塔筒2固接在所述混凝土浮式基础的顶面的六个边角处上侧(风电机塔筒2的另一端与混凝土浮式基础固定连接)，水平轴风电机叶片系统1的发电系统设置在所述混凝土浮式基础内部。

可以理解的，在其他一些实施方式中，混凝土浮式基础4也可以是中空的正N棱柱结构，N可以是大于等于7的整数，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

所述系泊系统8(包括多个用于系泊的元件或者组件)连接在所述混凝土浮式基础上，用于将所述浮式装备相连，并与海床相连接，以约束其在水面上的方位，以便形成一个可同时进行风力发电和光伏养殖的场区。

本实施例中，生活和工作平台3设置在混凝土浮式基础4的中心区域，所述生活和工作平台3通过连杆与混凝土浮式基础4的内侧壁固定连接。

本实施例中，太阳能光伏板6通过滑槽体系搭建在所述混凝土浮式基础上。

本实施例中，混凝土浮式基础4的内部配有网衣51，网衣5分为侧面网衣51、起分隔作用的分隔网衣52和底面网衣53，底面网衣53连接在混凝土浮式基础内侧壁装配的升降轨道上，可以沿着升降轨道上下移动以实现底面53网衣的收放，同时，分隔网衣52将养殖区分为六部分，方便不同种水产的养殖。

可以理解的，分隔网衣52可以将养殖区分为任意数量的部分，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，在浮式基础4内部设置分段压载舱。

本实施例中，混凝土浮式基础4由多个混凝土模块和钢丝绳制成，其中混凝土模块的壁厚、截面形状和大小均相同；

本实施例中，混凝土模块的横截面形状可根据基础形状进行选择，此设计中混凝土模块的截面多为矩形，少部分可选择的为椭圆形和圆形；

本实施例中，混凝土模块的中部为空心结构，壁内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管内将各混凝土模块依次连接，多个混凝土模块连接后的整体两端设有封板。

本实施例中，混凝土浮式基础4的每一边设置一个有空箱构成的气室7(也可以可选的设置多个气室，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述)；气室7的前壁下方可以与海水相连，气室7上方有气流进出通道孔，用于连接涡轮机和发电机。

每个气室7淹没于水面以下部分开口，气室7上部有气流通道，气流通道内安装气动涡轮机；

波浪向着空箱移动时，当波峰接近空箱前壁时，水进入空箱，推动箱内水位上升，上升的水位使箱内气压增加，气室内空气通过出入孔排出，由于气孔狭小，气体高流速喷出；

在波谷接近空箱前壁时，水从空箱抽出，箱内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外面空气通过出入孔高速进入气室，流出流进的气体将推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发电。

可以理解的，本领域技术人员可以根据当地海域的波况选择合适的气室尺寸，可以使内外水面震荡与外面波浪频率相近，共振的水面波动幅度会远高出波浪的幅度，大大提高气体的流量从而提高系统效率。

本实施例中，混凝土浮式基础4的内侧壁上开有多个用于太阳能光伏板6进出的凹槽，凹槽内设有可伸缩式的用于承载太阳能光伏板的轨道，沿混凝土浮式基础上下方向至少布置两层凹槽。

具体的，本实施例中，为了最大限度地利用太阳能，将太阳能光伏板6设计成三角形，并将每块三角形光伏板沿由内至外的方向将其依次设计成内太阳能电池板和外太阳能电池板，并配有上滑槽和下滑槽两条滑槽，分别配合内和外太阳能电池板使用，避免各太阳能电池板移动时发生干涉；可伸缩太阳能光伏板板的设计能够更高效地利用太阳能，同时在海上风浪过大时可以及时收缩太阳能板避免太阳能板受到海浪的侵蚀，延长了太阳能板的使用寿命。

可以理解的，每层的三角形光伏板组合在一起形成围绕混凝土浮式基础4中轴线的环状结构，在其他一些实施方式中，也可以采用其他结构的光伏板，只要能够上述功能即可，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

可以理解的，在其他一些实施方式中，为了适应不同别的混凝土浮式基础4的大小，可以设定更多层次的滑槽，例如上中下三层，或者上、中上、中、中下、下等五层，但是要保证各太阳能光伏板6在完全伸出混凝土浮式基础4时的受光面相互不受影响，本领域技术人可以根据上述原则进行自由选择，这里不再赘述。

本实施例中，具体的作业方法，包括：

所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置可预先在船坞内完成，根据设计，将若干个批量化生产的横截面为长方形的混凝土模块通过预紧钢丝绳的方式仅仅串联在一起，内部穿插波纹管，端板设置钢制封板，最终确定为六边形混凝土浮式基础；

等整体结构安装完成后，可安装升降轨道和滑槽系统；滑槽系统安装后，进行可伸缩太阳能板的安装，之后可依次进行风机的塔筒和风机叶片系统的安装，最后进行网衣的安装；

在混凝土浮式基础底部安装防沉板和浮运气囊，利用浮运气囊的浮力将整体结构浮运拖航至安装地点，利用锚泊系统实现精准定位；

定位后，对浮运气囊进行放气，并通过压载舱向结构内注水，调价吃水深度实现结构的调平，最终施工完成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

包括：

正六棱柱结构中空的混凝土浮式基础，混凝土浮式基础的每个角部上侧与一台水平轴风电机的塔筒固定连接，混凝土浮式基础的中空空间上部开口；

混凝土浮式基础的内侧壁上开有多个用于太阳能光伏板进出的凹槽，凹槽内设有可伸缩式的用于承载太阳能光伏板的轨道，沿混凝土浮式基础上下方向至少布置两层凹槽；

所述中空空间内设有贴近混凝土浮式基础内侧壁的侧面网衣、用于将中空空间分割成多个区域的分割网衣以及底面网衣，底面网衣与混凝土浮式基础内侧壁的升降轨道滑动连接；

混凝土浮式基础通过系泊元件或组件与海床连接，混凝土浮式基础的中心区域设有生活和工作平台，所述生活和工作平台通过连杆与混凝土浮式基础的内侧壁固定连接。

2.一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

包括：

正N棱柱结构中空的混凝土浮式基础，混凝土浮式基础的每个角部上侧与一台水平轴风电机的塔筒固定连接，混凝土浮式基础的中空空间上部开口，其中，N大于或等于7；

混凝土浮式基础的内侧壁上开有多个用于太阳能光伏板进出的凹槽，凹槽内设有可伸缩式的用于承载太阳能光伏板的轨道，沿混凝土浮式基础上下方向至少布置两层凹槽；

所述中空空间内设有贴近混凝土浮式基础内侧壁的侧面网衣、用于将中空空间分割成多个区域的分割网衣以及底面网衣，底面网衣与混凝土浮式基础内侧壁的升降轨道滑动连接；

混凝土浮式基础通过系泊元件或组件与海床连接，混凝土浮式基础的中心区域设有生活和工作平台，所述生活和工作平台通过连杆与混凝土浮式基础的内侧壁固定连接。

3.如权利要求1或2所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

混凝土浮式基础的内部设置分段压载舱。

4.如权利要求1或2所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

混凝土浮式基础包括多个混凝土模块，混凝土模块的中部为空心结构，混凝土模块内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管将各混凝土模块依次连接，多个混凝土模块连接后的整体两端设有封板，各混凝土模块的尺寸和规格统一。

5.如权利要求1或2所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

混凝土浮式基础的每一边设置至少一个由空箱构成的气室，每个气室淹没于水面以下部分开有开口，在气室上部设有气流通道，气流通道内安装有气动涡轮机。

6.如权利要求1或2所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

各太阳能光伏板为三角形光伏板，各三角形光伏板依次环绕混凝土浮式基础的中心轴拼接。

7.如权利要求6所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

不同层的凹槽对应不同区域的三角形光伏板，全部三角形光伏板随各自轨道完全伸出混凝土浮式基础时，各三角形光伏板受光面不相互影响。

8.如权利要求1或2所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置，其特征在于：

混凝土浮式基础的底部安装有防沉板和浮运气囊。

9.一种风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的作业方法，其特征在于：

预先在船坞内完成混凝土浮式基础的制备；

利用混凝土浮式基础的底部的浮运气囊的浮力将整体结构浮运拖航至安装地点；

定位后对浮运气囊进行放气，通过混凝土浮式基础内的压载舱向结构内注水，调节吃水深度实现结构的调平，最终施工完成。

10.如权利要求9所述的风、光、波、渔互补的混凝土浮式综合装置的作业方法，其特征在于：

混凝土浮式基础的每一边设置至少一个由空箱构成的气室，每个气室淹没于水面以下部分开有开口，在气室上部设有气流通道，气流通道内安装有气动涡轮机；

波浪向着空箱移动时，当波峰接近空箱前壁时，水进入空箱，推动箱内水位上升，上升的水位使箱内气压增加，气室内空气通过出入孔排出，气体高流速喷出；

在波谷接近空箱前壁时，水从空箱抽出，箱内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外部空气通过出入孔高速进入气室，流出流进的气体将推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发电。

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