CN113819001A - 一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋可再生能源和水产养殖工程技术领域，公开了一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备。包括风力发电机、机舱、塔筒结构、驳船式海上浮式平台、挡板、锚链、立柱、网衣、斜杆、横杆、浮筒，所述风力发电机通过塔筒安装在驳船式海上浮式平台上，所述机舱设置在所述塔筒的顶端，所述机舱与风力发电机上的转子相连接；挡板均匀设置在驳船式海上浮式平台底部的四周，驳船式海上浮式平台下端设有养殖网箱；有效利用浮式平台应用范围广，安装灵活的优点，该装置结构简单，能够降低施工运营成本，提高海洋资源利用率，实用价值高，可有效推动其在工业上的应用。

Description

一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备
技术领域
本发明属于海洋可再生能源和水产养殖工程技术领域，本发明涉及一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备。
背景技术
在资源形势日益严峻的情况下，各国均将眼光投向了海域，巨大的海上风力资源、海上网箱养殖等行业蓬勃发展。风能资源对调整能源结构具有重要意义。海上风电开发是风力发电技术的最新方向，但按照近海风电场所采用的许多固式的桩式结构(单桩、三桩、导管架式)的传统方法，随着海水深度增加，风力机基础所需要的成本也将急剧上升，考虑到深海风能开发所需的成本和获得的效益，将养殖网箱安装在漂浮式平台是解决这一问题的有效途径。
就目前而言，浮式风力发电机仍然需要很高的成本，深远海风电向陆地远距离输送难度大、成本高、损耗大是制约深海浮式风电技术的重要因素。随着深海网箱技术的进一步发展，将养殖网箱和浮式平台相结合，将有利于开拓未被开发的资源，同时降低整体系统的成本。因此，开发一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱综合结构，在实际工业应用中是非常必要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，有效利用浮式平台应用范围广，安装灵活的优点，该装置结构简单，能够降低施工运营成本，提高海洋资源利用率，实用价值高，可有效推动其在工业上的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备；包括风力发电机、机舱、塔筒结构、驳船式海上浮式平台、挡板、锚链、立柱、网衣、斜杆、横杆、浮筒，所述风力发电机通过塔筒安装在驳船式海上浮式平台上，所述机舱设置在所述塔筒的顶端，所述机舱与风力发电机上的转子相连接；挡板均匀设置在驳船式海上浮式平台底部的四周，驳船式海上浮式平台下端设有养殖网箱；
所述养殖网箱由四根立柱、网衣、八根斜杆、八根横杆和四个浮筒组成，四根立柱竖向设置在驳船式海上浮式平台下方的四角处，四根立柱通过八根横杆顺序连接；四根横杆为一组分别顺序连接每根立柱顶端和下端，且每根立柱的顶端均连接有两根斜杆，两根斜杆的上端均与立柱的顶端固定连接，两根斜杆的另一端分别与设置在立柱下部的两根横杆固定连接；每个立柱底部分别与每个浮筒相连接；所述养殖网箱的侧壁及底部均固设有网衣；
四根竖向设置的立柱与驳船式浮式平台底部连接；所述驳船式海上浮式平台下端四角角点分别连接有锚链。
所述风力发电机设有两台，两台风力发电机分别安装在驳船式海上浮式平台的轴向对称布置的两个位置。
所述的风力发电机上设有叶轮、变速箱、发电机和偏航控制系统；叶轮的输出端通过主轴和变速箱的输入端相连，以增大转速，变速箱的输出端经风能调速机构使其输出的速度均匀；偏航控制系统，用于调节风力发电机的方位使其正对风向，以达到更好的捕能效果；两台风力发电机对称布置在驳船式海上浮式平台上，塔筒向外倾斜一定角度，具体角度为：15°-30°，保证两台风力发电机正常运行。
所述的塔筒中包括储能装置。
立柱与驳船式浮式平台底部通过法兰连接。
所述养殖网箱为浮式深海养殖网箱，呈长方体，半潜式框架结构。
四根立柱、八根斜杆、八根横杆共同构成养殖网箱的框架；网衣通过多根横向和纵向钢绳与所述的框架固定连接。
作为优选，锚链均匀连接在驳船式海上浮式平台底部的四个方位，每个方位布设两条锚链。
所述的浮筒内部划分有舱室，能够填充压载水，横杆内部填充混凝土。
更具体的，驳船式海上浮式平台底部四周的外边处设置挡板。
所述驳船式海上浮式平台体积较大(>160000立方米)，能够提供足够的浮力，保证设备在目标海域能够稳定运行。驳船式海上浮式平台中间设有阻尼池，驳船式海上浮式平台底部四周的边缘布置等宽等厚的挡板，用来增大驳船式海上浮式平台的粘滞阻尼效应，减小驳船式海上浮式平台的运动响应。
作为优选，所述类似于半潜式框架结构的浮式深海养殖网箱，能够有效降低风浪荷载，提高网箱的抗风浪能力；养殖网箱的电力供应由风力发电系统的风力发电机来实现。
作为优选，驳船式海上浮式平台面积足够大，便于工作人员维修作业，打捞捕获养殖产品。
所述的浮筒内部划分了舱室，能够填充压载水，横杆内部填充混凝土，以降低重心，提高了整体的稳性。
作为优选，立柱与驳船式浮式平台底部通过法兰连接。
作为优选，网衣通过多根横向和纵向钢绳与所述的框架固定连接。
作为优选，锚链均匀连接在驳船式海上浮式平台底部的四个方位，允许结构在海浪作用下产生一定的位移，通过系泊缆索的作用为整个结构提供回复力，起到缓冲外界海浪荷载的作用，保护结构安全。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
两个风力发电机对称布置在驳船式浮式平台，使平台在目标海域能够稳定运行，能够产生足够的电力，在保证输出足够发电量的同时保证养殖网箱正常运行。
利用海上风力发电机驳船式浮式平台基础作为网箱养殖的支撑结构，将养殖网箱固定于养殖海域，有利于降低基建成本；同时，由于风力发电机基础的存在，有利于形成理想的养殖场环境，有益于提高收益。
该网箱上端和驳船式海上浮式平台连接，其上可供人行走，有利于网箱养殖及风机维护，避免了因网箱结构不好无法进行风机维护的问题。与此同时，网箱和驳船式海上浮式平台连接能够起到有效的限制作用，防止网箱的变形，且结构稳定，能有效降低网箱的破坏程度。
立柱下部分别与浮筒相连接，浮筒内部划分有舱室，能够通过填充压载水的方式增加结构的整体质量，降低结构重心，保持结构的稳定。
养殖网箱和驳船式海上浮式平台融合，能够在一定程度上改善风力发电机所处海域的生态环境，提高海洋资源利用率。和单一的海上风机及海上养殖网箱相比较，增加了单位海域的有效利用，大大提高了系统的经济性，实现设备结构简单，具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备的立体结构示意图。
图2是本发明浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备的驳船式海上浮式平台和网箱结构示意图。
图中：1风力发电机、2机舱、3塔筒、4驳船式海上浮式平台、5挡板、6锚链、7立柱、8网衣、9斜杆、10横杆、11浮筒。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，如图1-图2所示，包括风力发电机1、机舱2、塔筒结构3、驳船式海上浮式平台4、挡板5、锚链6、立柱7、网衣8、斜杆9、横杆10、浮筒11，所述风力发电机1通过塔筒3安装在驳船式海上浮式平台上，所述机舱2设置在所述塔筒3的顶端，所述机舱2与风力发电机1上的转子相连接；挡板5均匀设置在驳船式海上浮式平台4底部的四周，驳船式海上浮式平台4下端设有养殖网箱；
所述养殖网箱由四根立柱7、网衣8、八根斜杆9、八根横杆10和四个浮筒11组成，四根立柱7竖向设置在驳船式海上浮式平台4下方的四角处，四根立柱7通过八根横杆10顺序连接；四根横杆10为一组分别顺序连接每根立柱7顶端和下端，且每根立柱7的顶端均连接有两根斜杆9，两根斜杆9的上端均与立柱7的顶端固定连接，两根斜杆9的另一端分别与设置在立柱下部的两根横杆10固定连接；每个立柱7底部分别与每个浮筒11相连接；所述养殖网箱的侧壁及底部均固设有网衣8；
四根竖向设置的立柱7与驳船式浮式平台4底部连接；所述驳船式海上浮式平台4下端四角角点分别连接有锚链6。
所述风力发电机1设有两台，两台风力发电机1分别安装在驳船式海上浮式平台4的轴向对称布置的两个位置。
所述的风力发电机1上设有叶轮、变速箱、发电机和偏航控制系统；叶轮的输出端通过主轴和变速箱的输入端相连，以增大转速，变速箱的输出端经风能调速机构使其输出的速度均匀；偏航控制系统，用于调节风力发电机的方位使其正对风向，以达到更好的捕能效果；两台风力发电机1对称布置在驳船式海上浮式平台4上，塔筒3向外倾斜一定角度(15°-30°)，保证两台风力发电机正常运行。
所述的塔筒3中包括储能装置。
立柱7与驳船式浮式平台4底部通过法兰连接。
所述养殖网箱为浮式深海养殖网箱，呈长方体，半潜式框架结构。
四根立柱7、八根斜杆9、八根横杆10共同构成养殖网箱的框架；网衣8通过多根横向和纵向钢绳与框架固定连接。
作为优选，锚链6均匀连接在驳船式海上浮式平台4底部的四个方位，每个方位布设两条锚链。
所述的浮筒11内部划分有舱室，能够填充压载水，横杆10内部填充混凝土。
本发明类似于半潜式框架的养殖网箱结构，能够有效降低风浪荷载，提高网箱的抗风浪能力，保证网箱在海底不易于发生变形等形式的破坏。
所述的每个浮筒11可填充压载水，以降低重心，提高了结构整体的稳性。
在岸边拼装时，八个横杆10中提前填充了混凝土或矿砂这样的压载物，浮筒11中不灌注压载水，将合成的网箱浮在海面上，拖曳到驳船式海上浮式平台4的附近并通过法兰连接。浮动基础主要通过驳船式海上浮式平台4提供浮力支撑整个浮式风机，因驳船式海上浮式平台4体积较大产生较大的浮力，使浮式风机基础的吃水较浅；在目标海域正常发电工况下，浮筒11中填充部分压载水，使浮式风机基础达到设计吃水，既降低了整个浮式风机的基础重心，又提高了稳定性和耐波性。
该方法为：当风力发电机1的叶片在风力作用下旋转，达到发电机所需要的转速，产生电能，将大部分输送至岸上电网系统，部分用来给养殖系统提供电力；该网箱结构能够充分利用海上资源，达到降低浮式风力发电机1的发电成本的目的，同时，采用全潜式网箱，可有效降低养殖网箱所受的波浪载荷，避免网箱发生变形等形式的破坏。通过养殖网箱和驳船式海上浮式平台4的融合，能够改善平台所处海域的生态状况，提高海洋利用率。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，包括风力发电机(1)、机舱(2)、塔筒结构(3)、驳船式海上浮式平台(4)、挡板(5)、锚链(6)、立柱(7)、网衣(8)、斜杆(9)、横杆(10)、浮筒(11)，所述风力发电机(1)通过塔筒(3)安装在驳船式海上浮式平台上，所述机舱(2)设置在所述塔筒(3)的顶端，所述机舱(2)与风力发电机(1)上的转子相连接；挡板(5)均匀设置在驳船式海上浮式平台(4)底部的四周，驳船式海上浮式平台(4)下端设有养殖网箱。
2.如权利要求1所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述养殖网箱由四根立柱(7)、网衣(8)、八根斜杆(9)、八根横杆(10)和四个浮筒(11)组成，四根立柱(7)竖向设置在驳船式海上浮式平台(4)下方的四角处，四根立柱(7)通过八根横杆(10)顺序连接；四根横杆(10)为一组分别顺序连接每根立柱(7)顶端和下端，且每根立柱(7)的顶端均连接有两根斜杆(9)，两根斜杆(9)的上端均与立柱(7)的顶端固定连接，两根斜杆(9)的另一端分别与设置在立柱下部的两根横杆(10)固定连接；每个立柱(7)底部分别与每个浮筒(11)相连接；所述养殖网箱的侧壁及底部均固设有网衣(8)；
四根竖向设置的立柱(7)与驳船式浮式平台(4)底部连接；所述驳船式海上浮式平台(4)下端四角角点分别连接有锚链(6)。
3.如权利要求2所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述风力发电机(1)设有两台，两台风力发电机(1)分别安装在驳船式海上浮式平台(4)的轴向对称布置的两个位置。
4.如权利要求3所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述的塔筒(3)中包括储能装置。
5.如权利要求4所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述养殖网箱为浮式深海养殖网箱，呈长方体，半潜式框架结构；四根立柱(7)、八根斜杆(9)、八根横杆(10)共同构成养殖网箱的框架；网衣(8)通过多根横向和纵向钢绳与框架固定连接。
6.如权利要求5所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述的浮筒(11)内部划分有舱室，能够填充压载水，横杆(10)内部填充混凝土。
7.如权利要求6所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，立柱(7)与驳船式浮式平台(4)底部通过法兰连接。
8.如权利要求7所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，锚链(6)均匀连接在驳船式海上浮式平台(4)底部的四个方位，每个方位布设两条锚链。
9.如权利要求8所述的一种浮式海上风力发电和深海养殖网箱融合设备，其特征是，所述的风力发电机(1)上设有叶轮、变速箱、发电机和偏航控制系统；叶轮的输出端通过主轴和变速箱的输入端相连，变速箱的输出端经风能调速机构使其输出的速度均匀；偏航控制系统，用于调节风力发电机(1)的方位使其正对风向。
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