CN115088659B - 海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备 - Google Patents

海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备,该设备包括海上风力发电主体结构,海下光伏发电系统、浮力结构、旋转装置和养殖网箱;该海上风力发电主体结构包括浮式风力发电机、浮式压载舱和系泊系统;浮式压载舱布置在浮式风力发电机的底部;系泊系统将浮式风力发电机和海下光伏发电系统及养殖网箱锚固于海床上;养殖网箱和太阳能光伏板通过旋转装置与浮式风力发电机连接且绕浮式风力发电机做圆周运动。本发明同时实现了风力发电、光伏发电并兼有水产养殖,充分利用海域且减少了建设维护成本;同时利用海洋风能及太阳能,利用了海洋空间,提高了发电能力和资源利用率,并抵抗恶劣海况,适用于深远海区域。

Description

海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备
技术领域
本发明涉及海洋资源中风能、光能于水产养殖业的综合利用设备,尤其涉及一种海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备。
背景技术
目前,发展清洁、绿色可持续能源日益重要和紧迫。与陆上风电相比,海上风电有诸多优点,例如:海上风速要比陆上风速高,风能资源丰富,海面表面粗糙度小,风能质量高,离岸10千米的海上风速通常比沿岸要高出20%;风切变较小,不需要很高的塔架;海上风的湍流强度小,一般具有稳定的主导方向,使得机组运行稳定,寿命长;海上风电单机容量可以提高较大,由于噪音限制小,使得能量产出大,年利用小时数更高,目前陆上风力发电机的年发电利用小时数大约是2000小时,而海上风力发电机达到3000多小时。
目前,现有比较成熟的海上风电技术为固定式风机,其通常作业于40m水深以下。根据世界银行估计,全球海上风电可开发潜力为710亿千瓦,70%以上位于适合发展浮式风电的深水海域。目前,漂浮式风力发电机技术处于技术突破阶段,亟需开展相关技术研究。
其次,海上光伏项目采用打桩固定式结构,随水深的增加建设成本急剧上升,不适用于深远海的开发。海上浮式光伏具有水深适应性强、较深海域造价低、可迁移等优点。然而,漂浮式海上风机尚处于技术攻关阶段,急需攻关抗浪型海上浮式光伏设计与建造等核心技术。
再者,相对于浅水养殖而言,深海养殖有着诸多优点:深海区域无污染,海水流动性大,鱼苗存活率高;无需消毒水,养殖的鱼类绿色无污染;鱼类为抵抗外海恶劣环境条件,生长接近于野生,肉质更为鲜美,价格也更高。而沿海夏季台风频发,为深海网箱养殖技术带来极大挑战,普通重力式网箱在水流较高情况下,损失率高达80%左右,因此亟需发展适合在恶劣海况下使用、且经济、安全的深海养殖网箱技术。
因此,在推进海上漂浮式风力发电机及海上漂浮式光伏发电商业化的基础上,进一步发展深海养殖网箱,成为亟需解决的技术问题。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备,进而同时实现风力发电、光伏发电并兼有水产养殖,充分利用海域且减少建设维护成本;同时利用海洋风能及太阳能,提高了发电能力,提高了资源利用率,并兼有优异的抗恶劣海况能力,适用于深远海区域。
技术方案:本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备包括海上风力发电主体结构,海下光伏发电系统、浮力结构、旋转装置和养殖网箱;
该海上风力发电主体结构包括浮式风力发电机、浮式压载舱和系泊系统;浮式压载舱布置在浮式风力发电机的底部;
系泊系统将浮式风力发电机和海下光伏发电系统及养殖网箱锚固于海床上;
养殖网箱和太阳能光伏板通过旋转装置与浮式风力发电机连接且绕浮式风力发电机做圆周运动。
该海下光伏发电系统包括太阳能光伏板和光伏支架,该海下光伏发电系统安装于养殖网箱的顶部,具体结构为,太阳能光伏板和光伏支架平铺在养殖网箱的顶部。
浮力结构包括浮筒和浮筒支撑结构;多个浮筒通过浮筒支撑结构串联连接,进而为养殖网箱,光伏发电系统提供浮力。
浮筒支撑结构由多根连接管组成,连接管穿过该浮筒。
旋转装置由环形轴承与连接杆通过板材连接而成。
养殖网箱的四周及底部布置有封闭式网衣,养殖网箱的顶部的网衣局部开孔。
养殖网箱的顶部的网衣的局部开孔区域通过铰接装置安装有海下光伏发电系统。
养殖网箱及太阳能光伏板位于风力发电机背风处。
浮筒的材料为HDPE。
光伏支架的底座为回子形,以便于支撑太阳能光伏板。
工作原理:本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备通过各种巧妙设计,如利用风标效应;将太阳能布置于海下,实现了海上风力发电,光伏发电,水产养殖一体化。本发明的具体结构体现在:
在单个浮式结构物上集成海上浮式风力发电机,海下光伏发电系统及养殖网箱。其中,海上浮式风力发电机利用系泊系统锚固与海床上;养殖网箱与太阳能光伏板一体化建造,并通过旋转装置绕风机360°旋转,在养殖网箱上部布设太阳能光伏板,且网箱与太阳能光伏板均处于海下,并通过浮力结构获得浮力。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明的太阳能光伏板与养殖网箱通过旋转装置与浮式风力发电机连接,利用风标效应,减小了作用在太阳能光伏板与养殖网箱上的波流载荷,提高了安全性。
(2)本发明的养殖网箱四周侧面均安装张紧式网衣,底面安装底部网衣,顶部安装局部封闭的网衣,顶端网衣开孔处安装有带铰接装置的光伏支撑结构及太阳能光伏板,在收鱼阶段打开,使用方便。
(3)太阳能光伏板位于海面以下,避免极端海况下波浪载荷对太阳能光伏板的抨击,造成太阳能光伏板的损毁,此外,利用海水的冷却效应给太阳能光伏板降温,提高了发电效率。
(4)在浮式风力发电机底座安装压载舱,降低了整个浮式系统的重心,风机结构整体重心低于浮心,实现无条件稳定。
(5)本发明的综合设备在水线面面积较小,仅包含浮式风力发电机的立柱及浮筒,因此,本发明受到的波浪载荷较小。
(6)本发明的网箱四周,底部及顶部均安装网衣,增加了整个结构系统的阻尼,且起到了消波、阻流的作用。
(7)本发明在进行光伏发电及风力发电的同时,在海下布置养殖网箱,提供了养殖空间,由于布置在深海区域,可养殖多种类野生状态的高经济附加值的鱼种,提高了经济效益,且三套设备共享一套系泊系统,降低了成本。
附图说明
图1是本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备的正视图;
图2是本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备的第一等轴测图;
图3是本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备的第二等轴测图;
图4是本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备的旋转装置的等轴测图;
图5是本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备的光伏支撑结构的等轴测图。
具体实施方式
如图1至图5所示,本发明海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备包括海上风力发电主体结构、海下光伏发电系统、浮力结构、旋转装置2和养殖网箱5。
该海上风力发电主体结构包括浮式风力发电机1、浮式压载舱3和系泊系统9;浮式压载舱3布置在浮式风力发电机1的底部,提高了整个浮式系统的稳定性。系泊系统9将海上浮式风力发电机1和海下海下光伏发电系统及养殖网箱锚固于海床上。本实施例中,浮式风力发电机1的型号为spar。
太阳能光伏板8与光伏支架4组成的海下光伏发电系统,安装于养殖网箱5的顶部,具体结构为,太阳能光伏板8通过光伏支架4平铺在养殖网箱的顶部。
浮筒6与浮筒支撑结构7组成浮力结构为养殖网箱5,太阳能光伏板8及其支撑结构4提供足够的浮力。
养殖网箱5和太阳能光伏板8通过旋转装置2与海上浮式风力发电机1进行连接,并绕海上浮式风力发电机1做圆周运动。养殖网箱5在四周布置有张紧式网衣,可在恶劣环境条件下保持有效养殖体积。养殖网箱5为钢制网箱,网衣由网筋构成,本实施例中,网箱构型为立方体。其中,四周及底部网衣封闭,顶部网衣局部封闭,设有开孔。
在养殖网箱5的顶部钢制网衣上焊接光伏支架,在光伏支架上安装太阳能光伏板8。在养殖网箱5的顶部开孔区域,安装活动式光伏支架及太阳能光伏板8,该结构通过铰接装置与其他光伏支撑结构连接,在收鱼阶段可打开,供收鱼机作业。
旋转装置2由一环形轴承12与矩形连接杆10通过钢制板材11连接而成,连接装置绕海上浮式风力发电机1的主体做圆周运动。矩形连接杆10与网箱5固结,本实施例中,矩形连接杆10和网箱5采用焊接的形式进行固定。
养殖网箱5及太阳能光伏板8均在海面以下,且处于风力发电机后背风处,通过利用风标效应,减少波浪、流荷载对其的影响。通过浮筒支撑结构7穿过带孔浮筒6组成浮力结构,为养殖网箱5及光伏结构8提供浮力。本实施例中,浮筒6的材料为HDPE。
浮式风力发电机和太阳能光伏板生成的一部分电力通过海底光缆输送到岸上,其余用于底部网箱的渔业养殖,如自动投饵,日常监测。
本发明在安装时,在金属网箱顶部固定光伏支架4,该光伏支架4的底座为回子形,在底座上方焊接两根撑杆,在撑杆上布置太阳能光伏板8。在网衣封闭区域,将光伏支架4与网筋进行焊接。在开孔区域,该处的光伏支架4通过铰接与附近的光伏支架4进行连接;在收鱼阶段时,该处的光伏支架4连同太阳能光伏板8可打开,为吸鱼泵作业提供通道。
该浮筒支撑结构7由四根垂直钢管及四根在水平面内的钢管组成。浮筒6均进行开圆孔处理。浮筒支撑结构7在平面内的四根钢管穿过浮筒6,对浮筒6进行安装。水平面内四根钢管在末端进行焊接,同时,在末端四个节点处,焊接四根垂向钢管。四根垂向钢管与金属网箱5通过焊接,实现浮筒6与养殖网箱5的安装。

Claims (1)

1.一种海上浮式风力发电机与海下光伏发电及养殖网箱综合设备,其特征在于:包括海上风力发电主体结构,海下光伏发电系统、浮力结构、旋转装置(2)和养殖网箱(5);
所述海上风力发电主体结构包括浮式风力发电机(1)、浮式压载舱(3)和系泊系统(9);所述浮式压载舱(3)布置在所述浮式风力发电机(1)底部;所述系泊系统(9)将浮式风力发电机(1)和海下光伏发电系统及养殖网箱锚固于海床上;
所述海下光伏发电系统包括太阳能光伏板(8)和光伏支架(4);太阳能光伏板(8)通过光伏支架(4)平铺在养殖网箱(5)的顶部;所述养殖网箱(5)和太阳能光伏板(8)通过旋转装置(2)与浮式风力发电机(1)连接且绕浮式风力发电机(1)做圆周运动;
所述浮力结构包括浮筒(6)和浮筒支撑结构(7);多个浮筒(6)通过所述浮筒支撑结构(7)串联连接;
所述养殖网箱(5)的四周及底部布置有封闭式网衣,所述养殖网箱(5)的顶部的网衣局部开孔;所述养殖网箱(5)的顶部的网衣的局部开孔区域通过铰接装置安装有海下光伏发电系统;所述养殖网箱(5)及太阳能光伏板(8)位于浮式风力发电机的背风处;
所述旋转装置(2)由环形轴承(12)与矩形连接杆(10)通过板材(11)连接而成;矩形连接杆(10)与养殖网箱(5)固结。
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