CN111232140B - 一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，该结构包括漂浮式基础机构。该结构将深海漂浮式海上风电与养殖网箱相结合，解决了海上风电开发与渔业养殖方面的矛盾，同时有利于海洋资源的节约利用，提高两个产业的经济效益。采用半潜式漂浮式基础型式，可适用于十兆瓦级海上风电机组的安装，整个系统投资对水深不敏感，可适用于水深在80m‑1500m的海域内。上部采用漂浮式基础机构，下部采用压载箱机构的分离式设计，漂浮式基础与压载箱之间通过锚链（缆）和钢丝绳相连，该种设计可有效减小漂浮式风机在浪流作用下的运动响应，柔性连接的方式避免连接处应力过大产生破坏，同时压载箱采用钢筋混凝土材料，降低成本。

Description

一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构

技术领域

本发明涉及海上风电及水产养殖设施技术领域，特别是涉及一种深海漂浮式海上风电基础与养殖网箱融合设计的复合式的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构。

背景技术

海上风电作为一种可再生能源是我国能源结构的重要组成部分，如今我国海上风电已进入大规模发展阶段，且存在着单机容量越来越大，开发水深越来越深的趋势，海上风电走向深海是行业发展的必然。且在国家层面明确提出支持深远海海上风电开发，国家明确提出“鼓励在深远海建设离岸式海上风电场”，同时，对于深海养殖也提出“围绕深海网箱养殖、海洋牧场建设等需求，开发定制化海洋能发电系统”的要求。

传统海上风电的开发对于渔业养殖来说有一定程度的海洋资源挤占，这导致长期以来海上风电行业与水产养殖、渔业方面存在着一定程度的矛盾。我国水深超过50米的海域蕴藏的风能储量超过了1268GW，在整个海上风能的占比超过60％，开发深海海上风电具有广阔的前景。但是深海海上风电一般采用漂浮式海上风电基础，漂浮式海上风电技术含量高，投资成本大，导致效益相对较低，这对我国海上风电平价上网和可持续发展造成巨大压力。为此相关专家学者提出海上风电+海洋牧场融合发展的思路，一方面有利于海洋资源的节约利用，降低海上风电行业的投资成本，提高整体收益，早日实现海上风电平价上网；另一方面，海上风电的基础类似于人工鱼礁，可以为海洋生物提供良好的栖息、庇护、产卵场所，有利于水产养殖业的发展。

发明内容

本发明提供了一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构。

本发明提供了如下方案：

一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，包括：

漂浮式基础机构，所述漂浮式基础机构的上部形成有用于实现与风机塔筒相连的连接部；

压载箱机构，所述压载箱机构位于所述漂浮式基础机构的下方且与所述漂浮式基础机构彼此分离的相连接；

养殖网箱机构，所述养殖网箱机构形成于所述漂浮式基础机构与所述压载箱机构之间；

锚泊机构，所述锚泊机构用于实现所述漂浮式基础机构与海底的固定连接。

优选地：所述漂浮式基础机构包括多个浮筒以及中间立柱；相邻两所述浮筒在水平方向分别采用水平横撑相连；所述中间立柱垂直设置且通过多根水平斜撑以及多根斜撑实现与多个所述浮筒的相连接；所述中间立柱的顶端连接有连接法兰盘用以形成所述连接部。

优选地：所述浮筒的内部分隔形成有多个独立的舱室作为压载舱用于调剂系统的稳定性，所述浮筒的下部连接有圆形垂荡板。

优选地：所述中间立柱的下部设置有椎体过渡段，多根所述水平斜撑各自的一端分别与所述椎体过渡段相连。

优选地：所述压载箱机构具有空心的多边形环状箱体结构，所述多边形环状箱体结构通过锚链或锚缆与所述漂浮式基础机构相连。

优选地：所述多边形环状箱体结构的内部设置有多个独立的舱室结构以及支撑回型圈梁。

优选地：所述多边形环状箱体结构的材质为钢筋混凝土或钢材。

优选地：所述养殖网箱机构包括拉线钢丝绳以及聚乙烯或铜丝材质的网衣，所述拉线钢丝绳的两端分别与所述漂浮式基础机构以及所述压载箱机构相连形成网箱骨架，所述漂浮式基础机构上预设有钢丝绳张紧调节装置，所述钢丝绳上预设有与网衣相连接的锁扣，所述网衣设置于所述网箱骨架外侧。

优选地：所述锚泊机构包括多组张紧式系泊缆组件，每组所述张紧式系泊缆组件均包括两根系泊缆，所述系泊缆具有锚链-尼龙缆-锚链三段式结构。

优选地：所述漂浮式基础机构上设置有多组锚泊系统附属构件，所述锚泊系统附属构件包括锚缆孔、导缆器、止链机；所述系泊缆的一端与所述锚泊系统附属构件相连。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，在一种实现方式下，该结构可以包括漂浮式基础机构，所述漂浮式基础机构的上部形成有用于实现与风机塔筒相连的连接部；压载箱机构，所述压载箱机构位于所述漂浮式基础机构的下方且与所述漂浮式基础机构彼此分离的相连接；养殖网箱机构，所述养殖网箱机构形成于所述漂浮式基础机构与所述压载箱机构之间；锚泊机构，所述锚泊机构用于实现所述漂浮式基础机构与海底的固定连接。

本申请提供的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构至少包括以下优点：

(1)将深海漂浮式海上风电与养殖网箱相结合，解决了海上风电开发与渔业养殖方面的矛盾，同时有利于海洋资源的节约利用，提高两个产业的经济效益。

(2)采用半潜式漂浮式基础型式，可适用于十兆瓦级海上风电机组的安装，整个系统投资对水深不敏感，可适用于水深在80m-1500m的海域内。

(3)上部采用漂浮式基础机构，下部采用压载箱机构的分离式设计，漂浮式基础与压载箱之间通过锚链(缆)和钢丝绳相连，该种设计可有效减小漂浮式风机在浪流作用下的运动响应，柔性连接的方式避免连接处应力过大产生破坏，同时压载箱采用钢筋混凝土材料，降低成本。

(4)不同于传统半潜式漂浮式基础悬链线式的系泊系统，该结构的系泊系统采用张紧式，保证了整个系统的稳定性。

(5)制造安装方面，该系统的漂浮式基础和压载箱机构分别加工制造并在水中进行预组装，之后安装风机，即该系统可在码头就将整个系统进行组装和调试，之后整体运输到预定机位处，该种方式减少了海上作业工序和作业时间，提高了施工效率。

(6)运输方面，该结构的漂浮式基础机构与压载箱机构在运输过程中紧贴固定为一体，提高了整个系统湿拖过程中的稳定性，减少了运输次数，且湿拖的方式减少了大型船舶的投入。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构的主视图；

图3是本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构的俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构的仰视图；

图5是本发明实施例提供的压载箱机构的横截面示意图；

图6是本发明实施例提供的海上湿拖及下部压载箱沉放顺序示意图；

图7是本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构的施工流程图。

图中：漂浮式基础机构1、浮筒101、中间立柱102、水平横撑103、水平斜撑104、斜撑105、圆形垂荡板106、压载箱机构2、养殖网箱机构3、拉线钢丝绳301、网衣302、锚泊机构4、风机塔筒5、锚链或锚缆6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5，为本发明实施例提供的一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，如图1、图2、图3、图4、图5所示，该结构包括漂浮式基础机构1，所述漂浮式基础机构1的上部形成有用于实现与风机塔筒5相连的连接部；该漂浮式基础机构1的主要是作用是为风机等部件提供浮力支撑，保证系统在荷载作用下的稳定性，可以选用现有技术中适用的结构。本申请可以提供所述漂浮式基础机构1包括多个浮筒101以及中间立柱102；相邻两所述浮筒101在水平方向分别采用水平横撑103相连；所述中间立柱102垂直设置且通过多根水平斜撑104以及多根斜撑105实现与多个所述浮筒101的相连接；所述中间立柱102的顶端连接有连接法兰盘用以形成所述连接部。所述浮筒101的内部分隔形成有多个独立的舱室作为压载舱，装载压载水调节系统的稳定性，所述浮筒101的下部连接有圆形垂荡板106。该圆形垂荡板106的直径大于浮筒的直径。具体的，所述中间立柱102的下部设置有椎体过渡段，多根所述水平斜撑104各自的一端分别与所述椎体过渡段相连。

压载箱机构2，所述压载箱机构2位于所述漂浮式基础机构1的下方且与所述漂浮式基础机1构彼此分离的相连接；该压载箱的作用在于提供压载，增加阻尼，降低整个结构的在浪流作用下的运动响应。固定养殖网箱的养殖网，使得整个养殖网箱内部保持一定的空间。具体的，所述压载箱机构2具有空心的多边形环状箱体结构，所述多边形环状箱体结构通过锚链或锚缆6与所述漂浮式基础机构1相连。所述多边形环状箱体结构的内部设置有多个独立的舱室结构以及支撑回型圈梁。所述多边形环状箱体结构的材质为钢筋混凝土或钢材。可以想到的是，该多边形环状箱体结构的边数可以根据漂浮式基础机构包括的浮筒的个数所确定，最佳方式为边数与个数相同，这样可以保证稳定性更高。

养殖网箱机构3，所述养殖网箱机构3形成于所述漂浮式基础机构1与所述压载箱机构2之间；该养殖网箱机构3在实际使用中，可以制作为底部、上部以及四面均密封的结构，全潜浸入海中，用于实现海洋生物的养殖。所述养殖网箱机构3包括拉线钢丝绳301以及聚乙烯或铜丝材质的网衣302，所述拉线钢丝绳301的两端分别与所述漂浮式基础机构1以及所述压载箱机构2相连形成网箱骨架，所述基础结构1与拉线钢丝绳301连接处采用张紧调节装置，所述网衣302设置于所述网箱骨架外侧。

锚泊机构4，所述锚泊机构4用于实现所述漂浮式基础机构1与海底的固定连接。所述锚泊机构4包括多组张紧式系泊缆组件，每组所述张紧式系泊缆组件均包括两根系泊缆，所述系泊缆具有锚链-尼龙缆-锚链三段式结构。具体的，所述漂浮式基础机构上设置有多组锚泊系统附属构件，所述锚泊系统附属构件包括锚缆孔、导缆器、止链机；所述系泊缆的一端与所述锚泊系统附属构件相连。

下面以设置四个浮筒的漂浮式基础机构为例进行说明。

整个结构由位于上部的漂浮式基础机构、位于中部的养殖网箱结构和位于下部的压载箱机构组成。整个结构由锚泊系统系泊固定在拟定海域。

漂浮式基础机构可以包括4个大直径浮筒、水平横撑、水平斜撑、斜撑和中间立柱，它们之间通过焊接连接，基础的型宽为40m。

浮筒：四个大直径浮筒采用钢板焊接而成，浮筒直径为10m，高度25m，内部采用分舱结构，高度方向可分为4层，径向可采用十字分舱。根据结构所使用海域、浮式基础的水动力特性、现场功能要求等，所分舱室可设计为压载舱、淡水舱或其他功能舱。浮筒下部设置圆形垂荡板，垂荡板直径设计为18m，也可根据应用海域结构水动力特性进行调整。为与压载箱机构相连，浮筒下部预设悬挂锚链(缆)的预埋件。4个大直径圆柱形浮箱采用钢材(也可采用钢筋混凝土型式)。

中间立柱：中间立柱上部焊接法兰盘用于与风机塔筒相连，立柱直径可根据上部风机塔筒的直径确定(本案例中立柱与塔筒直接设计为6m)，立柱下部设计为椎体过渡段，其优点在于减少用钢量、便于与水平斜撑焊接连接、减小结构所受的浪流荷载。

水平横撑、水平斜撑和斜撑采用钢管结构，钢管结构的直径和钢材壁厚可根据应用情况进行计算确定，这里水平横撑直径为1.8m，斜撑直径1.5m，水平斜撑直径1.2m。

水平横撑、水平斜撑和斜撑与四个浮筒和中间立柱的直径相差较大，因此杆件两端壁厚应作加厚处理，必要时设计过渡段，在浮筒和立柱上应开相应的坡口或者预埋与其他杆件焊接连接的预埋件，以减小焊接难度。

压载箱为采用钢筋混凝土材料预制而成的内部空心的四边形环状箱体结构，采用钢筋混凝土材料可以降低成本，压载箱的作用在于提供压载，增加阻尼，降低整个结构的在浪流作用下的运动响应。固定养殖网箱的养殖网，使得整个养殖网箱内部保持一定的空间。压载箱机构采用钢筋混凝土材料(也可采用钢材)。

压载箱在四个角处通过锚链或锚缆与漂浮式基础机构相连，并为了保证结构的稳定性在斜向设置X型斜拉钢丝。

压载箱内部采用分舱结构，并在内部设置支撑回型圈梁以增加结构强度，该实施例中压载箱截面为方箱结构，压载箱可以沿边长方向进行分舱，压载舱内可充海水压载。

养殖网箱主要有拉线钢丝绳和网衣组成，分别在养殖网箱六面体的棱线处设置拉线钢丝绳，必要时亦可在空间内部设置拉线钢丝绳，该结构中钢丝绳相当于是养殖网箱的骨架，为网衣提供支撑，为保证钢丝绳的张紧度，在浮式基础上面预设钢丝绳绞缆装置，钢丝绳上预设与网衣相连接的锁扣。养殖网箱的网衣采用聚乙烯或铜丝的网衣，当然也可采用其他材料的网衣，网衣按照拟设计形状和位置牢固与钢丝绳相连接。

分别在漂浮式基础的四个浮筒上设置锚缆孔、导缆器、止链机等锚泊系统附属构件，为了尽量降低整个系统的运动响应，该系统采用四组张紧式系泊缆将整个结构固定，每一组设置2根系泊缆。张紧式系泊缆采用锚链-尼龙缆- 锚链三段式设计，根据水深和锚泊力的大小所用锚的类型可选用桩锚或鱼雷锚。

本申请提供的结构可以采用以下施工方法及流程进行结构整体的安装：

所述结构施工方法采用水中预组装，整体式湿拖方式。施工流程如图7 所示，首先漂浮式基础机构和压载箱机构分别在船厂内和预制场地加工制作完成，然后漂浮式基础和压载箱分别下水并在水中进行预组装，此时压载箱机构要紧贴漂浮式基础机构(由于漂浮式基础机构与压载箱机构之间采用锚链或锚缆相连因此两者之间的相对位置可以随意调整)，即拖航期间漂浮式基础与压载箱机构连为一体，以提供浮力，保证拖航的稳定性。漂浮式基础与压载箱预组装完成后进行塔筒和风机吊装，吊装完成后进行调试，之后将整个结构系统利用拖船整体湿拖到预定机位。

到达机位后对漂浮式基础浮筒压载舱进行注水调节，连接四组系泊缆和外输海缆，之后，连接漂浮式基础机构和压载箱之间的锚缆和钢丝绳，然后对下部压载箱机构注入压载水，进行下沉，之后对养殖网箱的钢丝绳进行张紧，最后布设网衣，整个系统施工完成。

整个流程及压载箱机构沉放顺序如图6所示。

施工方法及流程的特点在于：

1.结构在码头整体式组装，风机吊装完成后，整体式拖航，减少了海上吊装风机的作业工序和作业时间。(传统风机安装方式为风机基础在海上建成后再把塔筒、风机、叶片等部件运到机位处，采用起重船舶或支腿船在机位处进行一步一步的安装。)

2.运输采用拖船湿拖到位，避免了大型起重装备、大型驳船的投入，降低施工投入。(干拖需采用大型驳船运载)

3.压载箱机构与漂浮式基础机构组合固定后整体式运输。该种运输方案下部浮箱也可为整体结构提供浮力或者压载调节能力，增加了整个系统运输过程中的稳定性，同时两部分结构在码头进行预组装，并一次运输，提高运输效率，减少海上作业时间，提高作业效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，包括：

漂浮式基础机构，所述漂浮式基础机构的上部形成有用于实现与风机塔筒相连的连接部；所述漂浮式基础机构包括多个浮筒以及中间立柱；相邻两所述浮筒在水平方向分别采用水平横撑相连；所述中间立柱垂直设置且通过多根水平斜撑以及多根斜撑实现与多个所述浮筒的相连接；所述中间立柱的顶端连接有连接法兰盘用以形成所述连接部；所述中间立柱的下部设置有椎体过渡段，多根所述水平斜撑各自的一端分别与所述椎体过渡段相连；

压载箱机构，所述压载箱机构位于所述漂浮式基础机构的下方且与所述漂浮式基础机构彼此分离的相连接；

养殖网箱机构，所述养殖网箱机构形成于所述漂浮式基础机构与所述压载箱机构之间；所述养殖网箱机构包括拉线钢丝绳以及聚乙烯或铜丝材质的网衣，所述拉线钢丝绳的两端分别与所述漂浮式基础机构以及所述压载箱机构相连形成网箱骨架，所述漂浮式基础机构上预设有钢丝绳张紧调节装置，所述钢丝绳上预设有与网衣相连接的锁扣，所述网衣设置于所述网箱骨架外侧；

锚泊机构，所述锚泊机构用于实现所述漂浮式基础机构与海底的固定连接。

2.根据权利要求1所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述浮筒的内部分隔形成有多个独立的舱室作为压载舱用于调剂系统的稳定性，所述浮筒的下部连接有圆形垂荡板。

3.根据权利要求1所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述压载箱机构具有空心的多边形环状箱体结构，所述多边形环状箱体结构通过锚链或锚缆与所述漂浮式基础机构相连。

4.根据权利要求3所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述多边形环状箱体结构的内部设置有多个独立的舱室结构以及支撑回型圈梁。

5.根据权利要求4所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述多边形环状箱体结构的材质为钢筋混凝土或钢材。

6.根据权利要求1所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述锚泊机构包括多组张紧式系泊缆组件，每组所述张紧式系泊缆组件均包括两根系泊缆，所述系泊缆具有锚链-尼龙缆-锚链三段式结构。

7.根据权利要求6所述的附加网箱的漂浮式海上风电基础结构，其特征在于，所述漂浮式基础机构上设置有多组锚泊系统附属构件，所述锚泊系统附属构件包括锚缆孔、导缆器、止链机；所述系泊缆的一端与所述锚泊系统附属构件相连。