CN112931347A - 一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，其属于海水养殖技术领域。该系统包括导管架基础和养殖网箱，导管架基础包含风机平台、养殖平台、导管架，风机平台上设有过渡段，过渡段与平台之间连接有斜管支撑，养殖平台上设有自动投饵系统、设备间、总控室、卷扬机、电力储能装置、振动控制设施，导管架包含支柱和斜撑。养殖网箱包括四个相同的网箱模块，所述网箱模块包含浮管框架、梯形隔板和网衣，其通过所述梯形隔板与导管架连接。本发明通过“海上风电+海洋牧场”的创新模式，综合利用海洋空间，可提高海域资源利用率和分摊降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电工程领域，特别涉及一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖结构。
背景技术
海上风能已成为调整能源系统结构的重要组成部分，截止2019年年底，全球海上风电累积装机容量达到29.1GW，占全球风电装机容量的5%。随着浅海区域风电开发的不断饱和，近年来海上风电事业开始向深远海发展。目前，固定式海上风机基础形式主要有重力式基础、单桩式基础、三桩式基础、多桩式基础、导管架式基础等，其中导管架式基础为钢质空间框架式结构，其优点在于杆径小、强度高、质量轻，受波浪流作用小，可应用于大型风机及较深海域。
目前，海水养殖主要集中在近海，但近海环境污染问题日益严重、养殖空间有限，大力发展高经济价值鱼类的深海网箱养殖业将成为海水养殖未来的主要发展方向。不过深海网箱养殖区域离岸距离远、海洋环境条件恶劣，存在着供电难、锚固成本高等难题。
导管架式海上风机所适用海域也恰好适于开展深海网箱养殖。如果将海上风电与网箱养殖相结合，海上风机可为网箱养殖提供电力，确保了深海养殖网箱所配备的先进养殖设备的正常运行。海上风电下部基础可为养殖网箱提供固定和支撑，将大大降低网箱的锚固成本。另外，海上风电与网箱养殖的结合，两者可分摊运行维护成本，将降低总的运维成本。
目前，不同产业用海矛盾不断加剧，但仍多采用单一开发的形式，将海上风电与深海养殖网箱结合，对海洋资源进行综合开发，将提高海域资源利用率，并提升整体收益。
发明内容
本发明的目的在于利用导管架式海上风机下部基础，与深海网箱相融合，综合利用海面风能与海洋生物资源，降低构建及运维成本、提高养殖容量，从而实现海域空间资源的集约高效利用。
本发明提供如下技术方案：一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，它包括风机平台、养殖平台和导管架，导管架的上方设置风机平台和养殖平台，风机平台上设有过渡段，过渡段与风机平台之间设置连接斜撑；导管架采用斜撑连接四根支柱；所述导管架的外侧设置养殖网箱，养殖网箱采用四组网箱模块构成正八边形结构，网箱模块由梯形隔板间隔为两个对称的梯形结构；网箱模块的上部采用两根上内浮管、两根上外浮管与两根上连接浮管构成上相连梯形结构，采用两根下内浮管、两根下外浮管与两根下连接浮管也构成下相连梯形结构，上相连梯形结构与下相连梯形结构通过纵向立管连接构成网箱浮管框架；所述上相连梯形结构上设置顶网，下相连梯形结构上设置底网，网箱浮管框架的侧面设置墙网；所述相邻两个网箱模块的上连接浮管之间及下连接浮管之间均设置伸缩卡扣；所述梯形隔板的内侧设置滑块，滑块与设置在支柱上的导轨相配合。
所述养殖平台上设有投喂系统、卷扬机和总控室，投喂系统采用自动投喂机连接饵料储物罐和投喂管道，投喂管道连通到养殖网箱。
所述养殖平台上还设有电力储能装置、振动控制设施、设备间。
所述养殖网箱中上外浮管外接圆的直径为40~60m；养殖网箱的深度为15~25m。
所述上相连梯形结构、下相连梯形结构及纵向立管上均设置有充气口、排气口、充水口及排水口；
一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统的控制方法，包括以下步骤：
a、网箱升降系统对网箱采用多层多节控制，遇大风浪袭击或者运维船只驶入时，通过对网箱浮管框架进行注水放气将网箱下降至指定深度；依次从下相连梯形结构开始注水放气，完成后再进行纵向立管的注水放气，最后再进行上相连梯形结构注水放气，浮力减小，使得重心逐渐下移，养殖网箱下降至指定深度后，锁定卷扬机，进而锁定养殖网箱。
b、恶劣天气过后，解锁卷扬机并通过对浮管框架进行排水充气将养殖网箱上升至海平面；依次从顶层开始排水充气，底层最后进行排水充气，养殖网箱上升至海平面后，同样锁定所有滑块，防止养殖网箱滑动。
c、在养殖网箱上升或下降的过程中，卷扬机发挥牵引作用，使得养殖网箱的升降平稳。
所述养殖网箱包括四个相同的网箱模块，所述网箱模块包含浮管框架、梯形隔板和网衣，所述浮管框架包含纵向立管和横向浮管，所述网衣分为墙网、顶网和底网。
进一步，所述养殖平台专门用于布设自动化、智能化养殖配套设施，各项设施均与上部风力发电机连接。
进一步，所述养殖平台上安装的电力储能装置分别与上部风力发电机和平台上养殖配套设施连接。
进一步，所述养殖平台中心设置有专用新型振动控制设施。
进一步，所述自动投饵系统包含自动投喂机、饵料储物罐、投喂管道，饵料储物罐中分区储存不同的饵料，对应接入投喂管道，这些投喂管道分别伸入网箱的不同分区中。
进一步，所述网箱模块围绕导管架均匀布置，各模块间通过可伸缩卡扣连接。
进一步，所述网箱模块通过梯形隔板与导管架连接，其中，所述梯形隔板一侧与所述浮管框架的纵向立管焊接，另一侧通过焊接在导管架支柱上的导轨与导管架连接。
进一步，所述网箱模块的浮管框架设有充、排气阀和充、排水阀，通过排气充水使网箱模块同时下降、充气排水使网箱模块同时上升。
进一步，所述养殖平台上安装有两台卷扬机，用于协助网箱模块沿导管架支柱上焊接的导轨完成升降。
进一步，所述网箱模块处于非升降状态时，锁定卷扬机以避免网箱模块上下滑动。
进一步，所述网箱模块中心梯形隔板采用镂空形式，允许水流通过。
进一步，所述养殖网箱的直径为40~60m，深度为15~25m，顶部与海平面齐平。
本发明与现有技术相比，具有如下优点及创新点：
（1）本发明将海上风电和深海网箱相结合，综合立体化开发海域资源，不仅可以缓解两种产业用海的空间矛盾，还能有效提高海域资源利用率，实现集约节约用海。
（2）本发明基础上部的风力发电机为下部养殖提供充足电力，克服深海智能化网箱供电难的问题，保障养殖的正常进行，提升深海养殖的可靠性。
（3）本发明在导管架上部构建两个平台，分别为风机平台和养殖平台，其中养殖平台可以为智能化养殖设备提供足够的布设空间，有利于拓展养殖的智能化程度。
（4）本发明的网箱具有升降功能，可根据具体情况实时升降，减小网箱变形，提高抵抗风浪能力，并降低养殖风险，增大养殖收益。
（5）本发明位于深远海，所处海域水质良好且受近岸渔业活动干扰小，其网箱养殖空间大且由四个模块组成，可以分类低密度养殖不同的高经济价值鱼种，减少病害，提升鱼类品质，进一步扩大养殖效益。
附图说明
图1为网箱养殖结构的立面图。
图2为海平面处网箱养殖结构的平面图。
图3为图1中A-A的剖面图。
图4为下降至海平面以下后网箱养殖结构的平面图。
图5为梯形隔板连接示意图。
图6为养殖平台上的设备布置示意图。
图7为卷扬机与养殖网箱的连接示意图。
图8为自动投喂系统的示意图。
图中：1、风机平台，101、过渡段，102、连接斜撑，2、养殖平台，201、总控室，202、自动投喂机，202a、运料格，202b、皮带滚轮，202c、分料口，203、饵料储物罐，204、投喂管道，204a、投喂口，205、振动控制设施，206、设备间，207、卷扬机，207a、锁定盘，207b、锁定辊，207c、支撑滑轮，207d、钢丝绳，207e、锁扣，207f、支撑架，207g、锁定槽，207h、锁定辊座，208、电力储能装置，3、导管架，301、支柱，302、斜撑，4、养殖网箱，401、墙网，402、纵向立管，403、上内浮管，404、上外浮管，405、上连接浮管，406、下内浮管，407、下外浮管，408、下连接浮管、409、顶网，410、底网，411、梯形隔板，412、伸缩卡扣，413、滑块，5、导轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1到图5所示，本发明提供的利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖结构，导管架基础包含风机平台1、养殖平台2、导管架3，风机平台1上设有过渡段101，过渡段101与平台1之间连接有斜管支撑102，养殖平台2上设有总控室201、自动投饵系统、振动控制设施205、设备间206、卷扬机207、电力储能装置208，自动投饵系统包含自动投喂机202、饵料储物罐203、投喂管道204，将投喂管道204伸入养殖网箱4进行分类、定时定量投喂；导管架3插入海床，围绕导管架基础设置养殖网箱4，养殖网箱4由四个相同的网箱模块组成，各网箱模块之间由可伸缩卡扣412连接。网箱模块的上部采用两根上内浮管403、两根上外浮管404与两根上连接浮管405构成上相连梯形结构，采用两根下内浮管406、两根下外浮管407与两根下连接浮管408也构成下相连梯形结构，上相连梯形结构与下相连梯形结构通过纵向立管402连接构成网箱浮管框架；所述上相连梯形结构上设置顶网409，下相连梯形结构上设置底网410，网箱浮管框架的侧面设置墙网401；所述相邻两个网箱模块的上连接浮管405之间及下连接浮管408之间均设置伸缩卡扣412；所述梯形隔板411的内侧设置滑块413，滑块413与设置在支柱301上的导轨5相配合。网箱模块通过梯形隔板411与导管架3连接，浮管框架可实现充、排气及充、排水，养殖网箱4可通过浮管框架的充、排气或水以及卷扬机207的牵引实现升降。
如图2所示，养殖网箱4为八边拼接框架式结构，采用钢结构和气浮升降设计，网箱4的浮管框架采用钢制封闭管材拼装而成，分别拼装为四个相同且独立的网箱模块，将不同的鱼种分开养殖及管理；其中，纵向立管402根据养殖网箱4深度采用多节封闭管拼接，其他浮管根据养殖网箱4直径采用单节封闭管拼接。另外，网箱模块中心采用钢制镂空梯形隔板411分隔，墙网401、顶网409、底网410采用超高分子量聚乙烯材质。
如图3、4所示，养殖网箱4的四个模块之间通过伸缩卡扣412连接，此时网箱4下降至海平面以下，由于导管架3的支柱301具有一定的倾斜度，伸缩卡扣412受到拉伸而展开。养殖网箱4依靠网箱升降系统及卷扬机207完成升降，网箱升降系统由气泵、水泵、管路系统等组成，放置于养殖平台2上的设备间206中；养殖平台2上装有2台卷扬机207，安置在养殖平台2两侧，分别控制两侧的网箱模块。
如图5所示，网箱模块的梯形隔板411，外侧与浮管框架的纵向立管402焊接，内侧通过焊接在导管架3支柱301上的导轨5与导管架3连接，且梯形隔板内侧设置有多个可沿导轨5滑动的滑块413，以梯形隔板411为支撑轴，完成网箱模块的升降。
如图6所示，养殖平台2主要用于布设养殖装备配套设施，包括自动投饵系统，海况、水温、水质监控及预警系统，自动网衣清洗、网箱升降控制、自动化捕鱼等辅助设备。其中，自动投喂系统采用饵料储物罐203中的饵料通过自动投喂机202分到投喂管道204中；饵料进入自动投料机202后，皮带滚轮202b转动，带动运料格202a的挡板运动，进行饵料的运送；饵料落到到分料口202c后，分到不同的投喂管道204中。投料口204a中带有负压风机，将饵料吸到投料口204a后，投撒到下方的养殖网箱中。监控及预警系统、各种辅助设备的控制系统，均设置在总控室201内；各种辅助设备放置于设备间206内。海上风机正常运行期间，各项养殖设施所需电力均由上部风机提供；风机停机、故障期间，由养殖平台2上安装的作为备用电源的电力储能装置208提供。此外，养殖平台2中心位置安装有振动控制设施205，以应对恶劣海洋环境等造成的振动问题。
此外，本发明网箱实现升降的过程如下：
（1）网箱升降系统对网箱4采用多层多节控制，遇大风浪袭击或者运维船只驶入时，通过对浮管框架进行注水放气将网箱下降至指定深度，具体做法为：依次从底层开始注水放气，完成后再进行更高层注水放气，浮力减小，使得重心逐渐下移，网箱4下降至指定深度后，锁定卷扬机207，进而锁定网箱4位置。
（2）恶劣天气过后，通过对浮管框架进行排水充气将网箱4上升至海平面，具体做法为：依次从顶层开始排水充气，底层最后进行排水充气，网箱4上升至海平面后，锁定卷扬机207，防止网箱4滑动。
（3）另外，在网箱4上升或下降的过程中，卷扬机207均发挥了牵引作用，卷扬机207的钢丝绳207d经过支撑滑轮207c后，通过设置在梯形隔板411上的锁扣207e连接到养殖网箱上。当养殖网箱需要锁定时，通过把手推动锁定辊座207h向锁定盘207a靠近，锁定辊207b作用到的锁定槽207g内，使锁定盘207a停止转动，完成锁定。卷扬机207使得网箱4的升降更加平稳，并提高了网箱4的提升效率。
综上所述，本发明将海上风电与深海养殖网箱结合，以风机导管架基础的支柱301为支撑，将养殖网箱4安装于导管架基础之上，降低了网箱锚固成本；并通过在基础的养殖平台2上配备当前先进的养殖配套设施，提高自动化、智能化程度，既提高了养殖效率，又节省了人力维护成本；风力发电机及养殖平台2上的电力储能装置208所提供的稳定电力来源，保证了养殖结构智能化设施的正常运行，提高了其使用稳定性；养殖网箱4具有升降功能，降低了养殖风险，并提高了结构的安全性。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，它包括风机平台（1）、养殖平台（2）和导管架（3），导管架（3）的上方设置风机平台（1）和养殖平台（2），风机平台（1）上设有过渡段（101），过渡段（101）与风机平台（1）之间设置连接斜撑（102）；导管架（3）采用斜撑（302）连接四根支柱（301）；其特征在于：所述导管架（3）的外侧设置养殖网箱（4），养殖网箱（4）采用四组网箱模块构成正八边形结构，网箱模块由梯形隔板（411）间隔为两个对称的梯形结构；网箱模块的上部采用两根上内浮管（403）、两根上外浮管（404）与两根上连接浮管（405）构成上相连梯形结构，采用两根下内浮管（406）、两根下外浮管（407）与两根下连接浮管（408）构成下相连梯形结构，上相连梯形结构与下相连梯形结构通过纵向立管（402）连接构成网箱浮管框架；所述上相连梯形结构上设置顶网（409），下相连梯形结构上设置底网（410），网箱浮管框架的侧面设置墙网（401）；所述相邻两个网箱模块的上连接浮管（405）之间及下连接浮管（408）之间均设置伸缩卡扣（412）；所述梯形隔板（411）的内侧设置滑块（413），滑块（413）与设置在支柱（301）上的导轨（5）相配合；
所述养殖平台（2）上设有投喂系统、卷扬机（207）和总控室（201），投喂系统采用自动投喂机（202）连接饵料储物罐（203）和投喂管道（204），投喂管道（204）连通到养殖网箱（4）中。
2.根据权利要求1所述的一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，其特征在于：所述养殖平台（2）上还设有电力储能装置（208）、振动控制设施（205）、设备间（206）。
3.根据权利要求1所述的一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，其特征在于：所述养殖网箱（4）中上外浮管（404）外接圆的直径为40~60m；养殖网箱（4）的深度为15~25m。
4.根据权利要求1所述的一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统，其特征在于：所述上相连梯形结构、下相连梯形结构及纵向立管（402）上均设置有充气口、排气口、充水口及排水口。
5.根据权利要求4所述的一种利用海上风电导管架基础的升降式深海网箱养殖系统的控制方法，其特征在于：
a、网箱升降系统对网箱（4）采用多层多节控制，遇大风浪袭击或者运维船只驶入时，通过对网箱浮管框架进行注水放气将网箱下降至指定深度；依次从下相连梯形结构开始注水放气，完成后再进行纵向立管（402）的注水放气，最后再进行上相连梯形结构注水放气，浮力减小，使得重心逐渐下移，养殖网箱（4）下降至指定深度后，锁定卷扬机（207），进而锁定养殖网箱（4）；
b、恶劣天气过后，解锁卷扬机（207）并通过对浮管框架进行排水充气将养殖网箱（4）上升至海平面；依次从顶层开始排水充气，底层最后进行排水充气，养殖网箱（4）上升至海平面后，同样锁定卷扬机（207），防止养殖网箱（4）滑动。
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Cited By (3)
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- 2021-03-22 CN CN202110303195.7A patent/CN112931347B/zh active Active
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