CN114271224B - 一种生态防护的海上风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态防护的海上风电系统，包括多个用于进行风力发电的风电机组，风电机组上游设置有多个贝类养殖塔，所述贝类养殖塔上游设置有多个海藻养殖装置；贝类养殖塔和海藻养殖装置均为浮式结构。本发明利用海洋牧场来实现对于海上风电场区域的基础保护，同时利用混合养殖模式来达到收支平衡以实现可持续性；创新地提一种新型的贝类养殖模式，结合筏式环状海藻的养殖模式，从而能最大程度地开发和利用空间。

Description

一种生态防护的海上风电系统

技术领域

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种基于海上牧场的对于风电基础的生态防护的技术。

背景技术

海上风力发电已经成为当今有效实用的新型可再生能源之一，单桩基础因其结构较为简单,占用面积小，承载力高等优点被广泛应用，单桩基础占海风电总量的比例高达60％以上。但是单桩基础在某些地区面临一个非常重要的难题，即桩基础的冲刷问题。由于海上风电单桩桩长过大，易受极端海况及冲刷的影响，海上风机所处的海洋环境复杂，波流作用会在桩基周围形成马蹄形漩涡和漩涡脱落，常常导致桩基周围土体受到局部冲刷，形成冲刷坑，冲刷坑的存在削弱了单桩基础外周的桩土作用，对单桩基础的稳定性不利。

现有的工程技术方案很难解决这一难题，尤其不具备可持续性，这导致风电基础运维难度大，风险大。

发明内容

本发明提供了一种生态防护的海上风电系统，实现波浪衰减，而实现海底冲刷减弱，实现对于风机桩基础保护的目标，同时因为海洋衰减，减少风机桩基础的疲劳载荷，从而达到保护基础的目标，甚至实现变冲刷区为沉降区的目标。

为达到上述目的，本发明所述一种生态防护的海上风电系统，包括多个用于进行风力发电的风电机组，风电机组上游设置有多个贝类养殖塔，贝类养殖塔上游设置有多个海藻养殖装置；贝类养殖塔和海藻养殖装置均为浮式结构。

进一步的，海藻养殖装置包括内层钢缆、中层钢缆、外层钢缆和悬臂，多个悬臂呈辐射状均匀固定在内层钢缆上，中层钢缆和外层钢缆均与所有悬臂固定，外层钢缆与第一浮筒连接；外层钢缆通过四根吊绳连接至锚泊系统。

进一步的，外层钢缆通过上部吊环与第一浮筒连接。

进一步的，贝类养殖塔包括框架，框架周向设置有多个四棱柱形的第二养殖架，框架中心设置有圆柱形的第一养殖架，第一养殖架和第二养殖架上均固定有用于养殖贝类的养殖板。

进一步的，第一养殖架和第二养殖架均与框架转动连接。

进一步的，框架包括正六边形的连接架，连接架内侧设置有十字梁。

进一步的，第一养殖架包括上部环和位于上部环正下方的下部环，上部环和下部环之间通过多根第一连接杆固定连接，上部环和下部环内侧固定有第一十字加强筋。

进一步的，第二养殖架包括上部边框和位于上部边框正下方的下部边框，上部边框和下部边框的四个角部分别通过第二连接杆固定连接，上部边框和下部边框内侧固定有第二十字加强筋。

进一步的，贝类养殖塔通过吊绳与第二浮筒连接，贝类养殖塔通过第二连接件与第二锚连接，第二锚固定于海底。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明利用海洋牧场对于海上风电场区域的桩基础进行保护，同时利用混合养殖模式来达到收支平衡以实现可持续性；并提供一种新型的贝类养殖模式，结合海藻的养殖模式，实现整体海洋牧场的盈利，并最大程度地开发和利用空间。海藻养殖装置用于大型海藻的养殖，实现有益的协同作用，即海浪的衰减导致的基础和设备的疲劳荷载的降低，底部冲刷的减弱，甚至实现沉积，同时在长期时间尺度内，实现区域生态的海水的净化。

进一步的，利用圆柱形结构与柱状结构有助于缓冲海洋涌浪对风机桩基础的的影响。在圆柱与柱状结构中安插若干养殖板，用于供贝类生长。

进一步的，海藻养殖装置和贝类养殖塔上部均设置吊环，便于进行吊装，提高安装的便利性。

进一步的，第一养殖架包括上部环和下部环，上部环和下部环内侧固定有第一十字加强筋，第二养殖架包括上部边框和位于上部边框正下方的下部边框，上部边框和下部边框内侧固定有第二十字加强筋，提高养殖架的强度和稳定性，使其能长期稳定的在海洋中正常服役。

进一步的，第一养殖架和第二养殖架均可转动的安装在框架上，转动可使得养殖架上的所有养殖产品都可以均匀充分吸收营养，同时可保持水质清洁。

附图说明

图1为本发明提供的生态防护的海上风电系统示意图；

图2为海藻养殖装置示意图；

图3为贝类养殖塔结构示意图；

图4为第一养殖架结构示意图；

图5为第二养殖架结构示意图；

图6为贝类养殖塔安装示意图。

附图中：1、海藻养殖装置，2、贝类养殖塔，3、风电机组，41、第一浮筒，42、第二浮筒，51、第一吊绳，52、第二吊绳，53、第三吊绳，61、第一连接件，62、第二连接件，71、上部吊环，7、下部吊环，81、第一锚，82、第二锚，11、外层钢缆，12、中层钢缆，13、内层钢缆，14、悬臂，21、第一养殖架，22、第二养殖架，23、框架，211、上部环，212、下部环，213、第一连接杆，214、第一十字加强筋，221、上部边框，222、下部边框，223、第二连接杆，224、第二十字加强筋，225、养殖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明旨在通过融合开发，既可以实现可持续的海上牧场的生态保护效应，解决海上风机基础的冲刷问题，同时利用混合养殖模式，实现正向收益问题，实现对于海洋资源的高效能开发和利用。利用贝类养殖塔实现高效贝类养殖，利用筏式海藻养殖装置实现大型海藻的养殖。贝类养殖塔高效养殖方式有助于实现盈利，以弥补藻类养殖所产生的投资。藻类养殖主要采取环法生长模式，在风电场的外围和中间放置多个环法生长的藻类养殖装置以达到使得波浪衰减的目的。

参照图1，一种生态防护的海上风电系统，包括多个用于进行风力发电的风电机组3，风电机组3上游设置有一排贝类养殖塔2，所述贝类养殖塔2上游设置有两排海藻养殖装置1；其中，海藻养殖装置1、贝类养殖塔2和风电机组3的排列队形形同。贝类养殖塔2和海藻养殖装置1均为浮式结构。筏式环状布置在洋流的上游，位于风机的上游，以起到波浪衰减减少冲刷的目的。塔式贝类养殖装置位于筏式环状的下游。

参照图2，海藻养殖装置1为筏式环法海藻养殖装置，不采取一般所谓以海洋风机的基础为固定装置。采取悬绳连接，正是因为利用风机基础作为海藻的固定生长装置的基础，虽有利于减少成本，但是不利于空间的自由规划使用，同时也无法达到保护海洋基础的目的，同时利用悬绳作为生长装置，也会额外地增加风机的荷载，有可能会引发更多的问题。筏式环形装置的上端为浮筒，中间为环形钢缆，下端为锚泊系统。其中环形钢缆网状结构用于海藻附着生长。筏式环形装置和贝类养殖塔的浮筒上端设计吊装结构，便于进行吊装。

海藻养殖装置1包括内层钢缆11、中层钢缆12、外层钢缆13和悬臂14，八个悬臂14呈辐射状均匀固定在内层钢缆11上，中层钢缆12和外层钢缆13均与八个悬臂14固定，且中层钢缆12位于内层钢缆11和外层钢缆13的中间位置，内层钢缆11、中层钢缆12和外层钢缆13三者同心设置。外层钢缆13通过四根第一吊绳51连接至上部吊环71，上部吊环71与第一浮筒41连接。外层钢缆13通过四根第二吊绳52连接至下部吊环72，下部吊环72与锚泊系统连接，锚泊系统连接包括第一连接件61与第一锚81，第一连接件61一端与下部吊环72连接，另一端与第一锚81连接，第一锚81固定于海底。

参照图3，贝类养殖塔2包括上下两个框架23，框架23包括正六边形的连接架，连接架内侧设置有十字梁，十字梁上安装有可转动的圆柱形的第一养殖架21，连接架的六个角部各安装有一个可转动的第二养殖架22，十字梁与连接架的连接处也设置有可转动的柱形的第二养殖架22。圆柱形结构与柱状结构都通过这一结构的组合缓冲海洋涌浪的影响。在圆柱与柱状结构中安插若干板，用于供贝类生长。

参照图4，第一养殖架21为圆柱形框架结构，包括上部环211和位于上部环211正下方的下部环212，上部环211和下部环212之间通过八根第一连接杆213固定连接，上部环211和下部环212内侧固定有第一十字加强筋214。

参照图5，第二养殖架22为四棱柱形框架结构，包括上部边框221和位于上部边框221正下方的下部边框222，上部边框221和下部边框222的四个角部分别通过第二连接杆223固定连接，相邻的两个第二连接杆223之间设置有养殖板225，上部边框221和下部边框222内侧固定有第二十字加强筋224。

参照图6，贝类养殖塔2通过第三吊绳53与第二浮筒42连接，通过第二连接件62与第二锚连接，第二锚82固定于海底。

第一连接件61和第二连接件62均为柔性绳索。

本发明海上风电与海上牧场融合开发模式，既是为了更好地利用海洋资源，获取更大的利润，同时也为了更好地实现海洋牧场对于区域内的冲刷影响，以及可能的水质净化以及波浪衰减所形成的对于风机荷载的有利影响。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，包括多个用于进行风力发电的风电机组(3)，所述风电机组(3)上游设置有多个贝类养殖塔(2)，所述贝类养殖塔(2)上游设置有多个海藻养殖装置(1)；所述贝类养殖塔(2)和海藻养殖装置(1)均为浮式结构；

包括框架(23)，所述框架(23)周向设置有多个四棱柱形的第二养殖架(22)，所述框架(23)中心设置有圆柱形的第一养殖架(21)，所述第一养殖架(21)和第二养殖架(22)上均固定有用于养殖贝类的养殖板。

2.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述海藻养殖装置(1)包括内层钢缆(11)、中层钢缆(12)、外层钢缆(13)和悬臂(14)，多个所述悬臂(14)呈辐射状均匀固定在内层钢缆(11)上，中层钢缆(12)和外层钢缆(13)均与所有悬臂(14)固定，所述外层钢缆(13)与第一浮筒(41)连接；所述外层钢缆(13)通过四根吊绳连接至锚泊系统。

3.根据权利要求2所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述外层钢缆(13)通过上部吊环(71)与第一浮筒(41)连接。

4.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述第一养殖架(21)和第二养殖架(22)均与框架(23)转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述框架(23)包括正六边形的连接架，所述连接架内侧设置有十字梁。

6.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述第一养殖架(21)包括上部环(211)和位于上部环(211)正下方的下部环(212)，所述上部环(211)和下部环(212)之间通过多根第一连接杆(213)固定连接，上部环(211)和下部环(212)内侧固定有第一十字加强筋(214)。

7.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述第二养殖架(22)包括上部边框(221)和位于上部边框(221)正下方的下部边框(222)，所述上部边框(221)和下部边框(222)的四个角部分别通过第二连接杆(223)固定连接，所述上部边框(221)和下部边框(222)内侧固定有第二十字加强筋(224)。

8.根据权利要求1所述的一种生态防护的海上风电系统，其特征在于，所述贝类养殖塔(2)通过吊绳与第二浮筒(42)连接，所述贝类养殖塔(2)通过第二连接件(62)与第二锚(82)连接，所述第二锚(82)固定于海底。

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