CN117401111B - 消浪式海上光伏平台和组装消浪式海上光伏平台的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋工程技术领域,尤其涉及消浪式海上光伏平台和组装消浪式海上光伏平台的方法;消浪式海上光伏平台包括具有桩基段、系泊段、潮汐段和过渡段的支撑桩、浮子限位装置、浮式光伏模块、平台模块和防波模块;浮子限位装置套在潮汐段上,其中的滑动部同时伸入至对应的、构造在潮汐段上的、相互导通的周向和径向导向槽;滑动部上沿支撑桩的轴向设置的球面滑动元件沿周向或径向导向槽滑动;平台模块上设置有绞车,水上系缆一端连接绞车,另一端连接防波模块上的水上系缆固定点;水下系缆一端连接绞车,另一端经导缆孔后连接防波模块上的水下系缆固定点。本发明采用单一的支撑桩作为基础,构成浮式系统,提高发电效率和稳定性。

Description

消浪式海上光伏平台和组装消浪式海上光伏平台的方法
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域,尤其涉及消浪式海上光伏平台,以及组装消浪式海上光伏平台的方法。
背景技术
海上光伏平台是将太阳能光伏发电系统安装在位于海上的、平台结构上的设施,以利用海上太阳能空间来发电。这种平台在设计中,通常需要抵御海洋环境的挑战,例如海浪、风力和腐蚀等等。
桩基式海上光伏平台和浮式光伏平台是海上光伏的不同设计形式,其中桩基式海上光伏平台通常使用多支撑桩与海底固定,可将光伏平台稳固地固定在作业海域,这种结构形式通常用于相对较浅的水域,需要的打桩成本较高。而浮式平台则是通过浮筒、浮动支架或者浮动平台提供浮力,以使得海上光伏平台能够漂浮在水面上,相比于桩基式海上光伏平台,浮式平台不需要插入海底的支撑结构,因此更适用于深水区域。
桩基式海上光伏平台适用于相对规模较小的项目,如果需要提供较大的发电量,其施工过程即面临众多挑战,例如地质条件的变化就会对每一根支撑桩的稳固性和承载能力提出较高的要求,还需要同时考虑海洋环境,这导致桩基式海上光伏平台在大规模应用时的总体成本过高;而浮式支撑在浅水域应用时,由于海域深度有限,潮汐变化对平台的稳定性和限位系统的设计挑战极大,例如采用分布式系泊系统,这会导致占领海域面积过大,进一步会对海洋生态系统产生负面影响,包括破坏海底栖息地、影响海洋生物的迁徙路线、影响水下植被等等。
发明内容
鉴于上述问题,本申请设计并提供一种消浪式海上光伏平台,采用混合型设计,结合桩基式光伏平台和浮式光伏平台的优势,提供更高的发电效率和更好的稳定性。
为实现上述发明/设计目的,本发明采用下述技术方案予以实现:
消浪式海上光伏平台,包括:
支撑桩,所述支撑桩包括:
桩基段,所述桩基段固定于海底;
系泊段,所述系泊段构造于所述桩基段上方,所述系泊段外周缘对称设置有导缆部,每一个所述导缆部包括:允许水下系缆穿过的导缆孔,以及用于支撑并引导水下系缆滑动的导向滑轮;
潮汐段,所述潮汐段构造于所述系泊段上方,潮汐段的高度与海面高度对应;所述潮汐段外周缘对称设置有引导部,任意两个相邻的所述引导部和所述潮汐段的外周缘共同围成沿所述支撑桩周向延伸的周向导向槽和沿所述支撑桩径向延伸的径向导向槽,所述周向导向槽和径向导向槽彼此连通;
过渡段,所述过渡段构造于所述潮汐段上方;
其中,所述桩基段、系泊段和潮汐段一体成型制成;
浮子限位装置,所述浮子限位装置套设于所述潮汐段上,所述浮子限位装置包括:
本体,所述本体呈中空且贯通的圆柱形;
多个滑动部,多个所述滑动部对称设置于所述本体的内周缘上,任意一个所述滑动部与一组彼此连通的周向导向槽和径向导向槽对应;当所述浮子限位装置套设于所述潮汐段上时,多个所述滑动部同时伸入至对应的所述周向导向槽和径向导向槽中;每一个所述滑动部上沿所述支撑桩的轴向设置有多组球面滑动元件,所述球面滑动元件可分别沿所述周向导向槽或所述径向导向槽滑动;
连接部,所述连接部对称设置于所述本体的外周缘上,所述连接部的尾端设置有本体铰接元件;
多个浮式光伏模块,任一浮式光伏模块包括:
基座,所述基座上设置有模块铰接元件,所述模块铰接元件朝向不同方向伸出,所述模块铰接元件可与本体铰接元件铰接或者与设置在相邻浮式光伏模块上的模块铰接元件铰接;
支撑架,所述支撑架安装于所述基座;
光伏电池板,所述光伏电池板安装于所述支撑架,用于将太阳能转换为电能;
平台模块,所述平台模块构造于所述过渡段上方,所述平台模块上设置有绞车;所述水下系缆的一端连接所述绞车,另一端自所述导缆孔中穿过后固定于水下系缆固定点;水上系缆一端连接所述绞车,另一端固定于水上系缆固定点;所述绞车用于收放所述水上系缆和水下系缆;
防波模块,所述防波模块呈矩形,其用于围成并封闭安装区域;多个所述浮式光伏模块位于所述安装区域内;所述水上系缆固定点和所述水下系缆固定点布设于所述防波模块的角部。
本申请的第二个方面提供组装消浪式海上光伏平台的方法,包括以下步骤:
采用船舶将一体成型的所述桩基段、所述系泊段和所述潮汐段、以及所述浮子限位装置、所述平台模块、所述水上系缆、所述水下系缆和所述浮式光伏模块运输至安装海域;
将浮球连接到所述水下系缆的一端,将所述水下系缆的另一端穿过所述导缆孔悬挂于所述系泊段;
将所述桩基段固定于海底地层,所述水下系缆处于悬挂状态;所述水下系缆处于悬挂状态时,所述浮球位于海面以下;
吊起所述浮子限位装置并将所述浮子限位装置置于所述潮汐段上方,自上向下地将所述滑动部嵌入至所述周向导向槽和所述径向导向槽中,使得所述浮子限位装置可沿所述潮汐段滑动;
在所述船舶上固定连接所述过渡段和所述平台模块,吊起固定连接的所述过渡段和所述平台模块,并将所述过渡段和所述平台模块置于所述潮汐段上方,固定连接所述过渡段和所述潮汐段;
将所述绞车固定安装在所述平台模块上,并将所述水上系缆和水下系缆的一端与所述绞车连接;
布设防波模块的预装段,所述预装段包括防波模块的三条边,所述预装段围成安装区域;
通过绞车释放水下系缆,使浮球脱离,所述水下系缆的另一端浮出海面并利用布缆船牵引浮出海面的水下系缆,使其固定于所述防波模块上的水下系缆固定点后连接所述绞车;
利用布缆船牵引自绞车伸出的水上系缆,并将水上系缆的自由端固定于水上系缆固定点;
通过拖航的方式将多个浮式光伏模块运送到所述安装区域内,通过所述本体铰接元件和模块铰接元件连接所述浮子限位装置和多个所述浮式光伏模块,通过相邻模块铰接元件连接多个所述浮式光伏模块;
固定连接所述预装段和所述封装段以封闭所述安装区域,所述封装段为防波模块的第四条边。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明所提供的海上光伏平台,通过具备桩基段、系泊段、潮汐段和过渡段的支撑桩,使得整个支撑结构在海底固定;浮子限位装置通过滑动部和构造于潮汐段上的周向导向槽和径向导向槽配合,形成三角形稳定关系,限制滑动部和周向导向槽和径向导向槽的相对周向位移和相对径向位移;通过球面滑动元件在周向导向槽和径向导向槽中滑动,从而调节多个通过本体铰接元件和模块铰接元件连接的浮式光伏模块的位置,使得浮式光伏模块适应潮汐和水位的变化;同时通过调节水上系缆和水下系缆的长度,进一步调节整个海上光伏平台的倾斜度,提高稳定性。本发明所提供的海上光伏平台,采用单一的支撑桩作为基础,构成浮式系统,避免采用分布式系泊系统,在相同发电需求的基础上,占领海域面积有效减小,效率和稳定性都稳定提高。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,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是本发明所提供的消浪式海上光伏平台的结构示意图;
图2是本发明所提供的支撑桩的结构示意图;
图3是本发明所提供的支撑桩和平台模块的结构示意图;
图4是本发明所提供的支撑桩和平台模块的结构示意图;
图5是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中支撑桩的结构示意图;
图6是图5中A处的局部放大示意图;
图7是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中浮子限位装置的结构示意图;
图8是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中浮子限位装置和浮式光伏模块的连接结构示意图;
图9是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中浮式光伏模块的结构示意图;
图10是本发明所提供的消浪式海上光伏平台的结构示意图;
图11是本发明所提供的消浪式海上光伏平台的结构示意图;
图12是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中防波模块的结构示意图;
图13是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中支撑桩的系泊段的结构示意图;
图14是本发明所提供的消浪式海上光伏平台中浮子限位模块和潮汐段的组装结构示意图;
图15是图14中B处的局部放大示意图;
图16是图15中C处的局部放大示意图;
图17是保持器和球面滑动元件的组装结构示意图;
图18是本发明所提供的组装消浪式海上光伏平台的方法的流程图;
图中,1、消浪式海上光伏平台;10、支撑桩;101、桩基段;102、系泊段;103、潮汐段;104、过渡段;105、引导部;106、周向导向槽;107、径向导向槽;108、第一延伸块;109、第二延伸块;110、潮汐段外周缘;111、第一延伸块侧壁;112、第二延伸块内表面;113、导缆部;114、导缆孔;115、导向滑轮;20、浮子限位装置;201、本体;202、滑动部;203、本体内周缘;204、连接部;205、第一引导区域;206、第二引导区域;207、本体铰接元件;208、保持器;209、球面滑动元件;30、浮式光伏模块;301、基座;302、光伏电池板;303、模块铰接元件;304、支撑架;40、平台模块;50、防波模块;501、水下系缆固定点;502、安装区域;503、预装段;504、封装段;505、水上系缆固定点;60、间隙;70、绞车;801、水上系缆;802、水下系缆。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“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。
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”、“电连接”应做广义理解,例如,可以是固定电连接,也可以是可拆卸电连接,或一体地电连接。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。在实施方式的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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。
如图1和图10所示,本发明设计并提供一种消浪式海上光伏平台1。消浪式海上光伏平台1是将光伏电池板302安装在海上平台上的可再生能源系统,通过充分利用海上的开阔空间,将太阳能转化为电能,实现清洁能源的生产。从原理上讲,每一个光伏电池板302均由多个太阳能电池组成。太阳能电池能够捕获阳光中的光子,并将其转化为电能。具体来说,太阳能电池产生的直流电通过逆变器转化为符合电网标准的交流电,然后进一步输送到电网中,示例性地,通过海底电缆输送到岸上的变电站,然后再通过陆上电缆输送并分配到各个用电区域,供给家庭、工业和商业用途。
如图1所示,本申请所提供的消浪式海上光伏平台1包括支撑桩10、浮子限位装置20、多个浮式光伏模块30、平台模块40和防波模块50等组成部分。
如图2至图4所示,在本发明所提供的消浪式海上光伏平台1中,支撑桩10包括:桩基段101、系泊段102、潮汐段103和过渡段104,即四个组成部分。
桩基段101固定于海底,示例性地,采用振动或者冲击的方式将桩基段101逐渐驱入海底地层(海床),直至达到设计深度,这种工艺也称为驱桩固定;还可以采用挖孔灌注桩、吹填桩等其它固定方式和工艺将桩基段101固定于海底。
系泊段102构造于桩基段101的上方,系泊段102外周缘对称设置有导缆部113。每一个导缆部113包括:允许水下系缆802穿过的导缆孔114,以及用于支撑并引导水下系缆802滑动的导向滑轮115。水下系缆802是用于系泊或固定的缆绳,以确保整个消浪式海上光伏平台1在海洋环境中保持稳定,尤其是在潮汐、波浪和风量等条件下保持稳定。在本申请的一个或多个实施方式中系缆包括水上系缆801和水下系缆802,水上系缆801和水下系缆802均由聚酯纤维材料制成,水上系缆801和水下系缆802的连接方式将在下文中予以详细介绍。
潮汐段103构造于系泊段102上方,潮汐段103的高度(也即设计高度)与海面高度对应。潮汐段103的外周缘对称设置有引导部105。任意两个相邻的引导部105和潮汐段103的外周缘共同围成沿支撑桩10周向延伸的周向导向槽106和沿所述支撑桩10径向延伸的径向导向槽107,周向导向槽106和径向导向槽107彼此连通。
过渡段104构造于潮汐段103上方,其用于与平台模块40连接以完成支撑桩10的组装。过渡段104的连接方式将在下文中予以详细介绍。
在本发明中,桩基段101、系泊段102和潮汐段103一体成型制成。
在本发明中,支撑桩10为钢制管状桩。
需要说明的是,在本发明中,周向导向槽106中的“周向”是指支撑桩10的圆周方向,径向导向槽107中的“径向”是指支撑桩10的直径方向。
如图5所示,浮子限位装置20套设于潮汐段103上。如图7所示,浮子限位装置20包括:本体201、多个滑动部202和连接部204,即三个组成部分。
浮子限位装置20的本体201呈中空且贯通的圆柱形。多个滑动部202对称设置于本体内周缘203上,任意一个滑动部202与一组彼此连通的周向导向槽106和径向导向槽107对应。当浮子限位装置20套设于潮汐段103上时,多个滑动部202同时伸入至对应的周向导向槽106和径向导向槽107中。每一个滑动部202上沿支撑桩10的轴向设置有多组球面滑动元件209,球面滑动元件209可分别沿周向导向槽106和径向导向槽107滑动。
如图7和图8所示,连接部204对称设置于本体201的外周缘上,连接部204的尾端设置有本体铰接元件207。本体铰接元件207可以选用现有技术中所提供的球形关节,球形关节允许在多个方向上自由旋转。本体铰接元件207还可以选用现有技术中所提供的轴承铰链、滑动铰链、液压铰链或弹簧铰链等。
在本发明中,消浪式海上光伏平台1包括多个浮式光伏模块30。如图9所示,浮式光伏模块30的数量可以根据电量需求和海域环境设置,浮式光伏模块30的数量在本申请中不做限制。
每一个浮式光伏模块30包括基座301、光伏电池板302和支撑架304三个部分,光伏电池板302通过支撑架304固定在基座301上。基座301至少部分由浮体制成,例如聚乙烯浮体、聚氨酯浮体、玻璃钢浮体等等,浮体的选择需要考虑浮力和稳定性,以确保太阳能电池在海面上能够稳定运行。基座301上设置有模块铰接元件303,模块铰接元件303朝向不同方向伸出。朝向不同方向伸出的模块铰接元件303可以与本体铰接元件207铰接或者与设置在相邻浮式光伏模块30上的模块铰接元件303铰接。模块铰接元件303同样可以选用现有技术所提供的球形关节、轴承铰链、滑动铰链、液压铰链或者弹簧铰链等,模块铰接元件303需要与本体铰接元件207适配,例如选用配合使用的球形关节。
在本发明中,消浪式海上光伏平台1还包括平台模块40。平台模块40构造于过渡段104上方,平台模块40上设置有绞车70。水上系缆801一端连接绞车70,另一端固定于水上系缆固定点505。水下系缆802的一端连接绞车70,另一端自导缆孔114中穿过后,固定于水下系缆固定点501。绞车70可用于收放水上系缆801和水下系缆802。平台模块40作为绞车70的支撑结构,用于固定绞车70,为绞车70提供稳定的工作环境。绞车70可以灵活地控制水上系缆801和水下系缆802的长度,也即通过调整卷取或者释放的部分调整水上系缆801的长度和水下系缆802的长度,以适应潮汐、波浪和水位的变化。绞车70通常由电机驱动。
平台模块40上还可设置检测系统、自动喷枪等运行维护设备,可实现对海上光伏系统的自动监测和维护。
在本发明中,消浪式海上光伏平台1还包括防波模块50,防波模块50呈矩形,用于围成并封闭安装区域502。多个浮式光伏模块30位于安装区域502内。防波模块50用于减缓或减小海浪的冲击和波浪能量传递。防波模块50可以配置有波浪吸收器或阻尼系统,例如可以选用吸波材料,安装吸波表面或者设计特殊形状,从而将波浪能量转换为其它形式,进一步降低波浪的反射和传递,在本发明中,防波模块50为箱式消波结构,由空心钢材制成,呈长方形或方形设计的方波模块可以提供足够的体积和表面积,以吸收和分散波浪能量,在海浪冲击下保持相对固定的位置,且可以采用模块化设计,便于组合使用。水上系缆固定点505和水下系缆固定点501均布设于防波模块50的角部,水上系缆固定点505布设于防波模块50的上表面上,水下系缆固定点501布设于防波模块50的下表面上。
本发明所提供的消浪式海上光伏平台1,通过具备桩基段101、系泊段102、潮汐段103和过渡段104的支撑桩10,使得整个支撑结构在海底固定;浮子限位装置20通过滑动部202和构造于潮汐段103上的周向导向槽106和径向导向槽107配合,形成三角形稳定关系,限制滑动部202和周向导向槽106和径向导向槽107的相对周向位移和相对径向位移;通过球面滑动元件209在周向导向槽106和径向导向槽107中滑动,从而调节多个通过本体铰接元件207和模块铰接元件303连接的浮式光伏模块30的位置,使得浮式光伏模块30适应潮汐和水位的变化;水上系缆801固定于水上系缆固定点505,水下系缆802固定于水下系缆固定点501,绞车70可以根据潮汐灵活地调节水上系缆801和水下系缆802的长度,进一步调节整个消浪式海上光伏平台1的倾斜度,提高稳定性。本发明所提供的消浪式海上光伏平台1,采用单一的支撑桩10作为基础,构成浮式系统,避免采用分布式系泊系统,在相同发电需求的基础上,占领海域面积有效减小,效率和稳定性都稳定提高。
如图11所示,示例性地,响应于潮位变化速度,在潮位变化速度慢且潮位下降时,在防波模块50的重力的作用下,水上系缆801缓慢伸长,水下系缆802收紧;在潮位变化速度慢且潮位上升时,水上系缆801收紧,水下系缆802缓慢伸长,以使得防波模块50顺应潮位变化。这种方式可以有效避免水上系缆801和水下系缆802过度张紧,避免过度张紧的系缆增加整个系统的结构应力。通过调节水上系缆801和水下系缆802的长度,还可以帮助平衡,调节倾斜度,减轻波浪的影响,提高系统的稳定性,更精确地控制整个消浪式海上光伏平台1的张紧度。
此外,在风暴、强风、大浪等极端天气条件下,可能导致水上系缆801和水下系缆802受到额外的拉力,例如,当防波模块50因大浪产生运动时,如果运动速度较快,导致绞车70收放水上系缆801和水下系缆802的速度也会随之增加,如果超过绞车70中设计的转轴转速时,绞车70中的安全装置,例如偏心齿轮会偏离轴心旋转,从而与限位齿轮啮合,限制转轴转动和系缆的收放,进而限制防波模块50的位移,确保安装区域502内有良好的消波效果。在潮汐作用下,防波模块50的运动速度较慢,绞车70中的偏心齿轮和限位齿轮不会产生约束,从而适应潮汐变化。
以如图3和图4所示的管状桩为例,且与矩形的防波模块50(如图12所示)对应,如图13所示,系泊段102外周缘对称设置有四个导缆部113。导缆部113的基体沿垂直于支撑桩10轴向的方向向外伸出,导缆孔114构造于基体的自由端,导向滑轮115设置于导缆孔114一侧。导向滑轮115优选为定滑轮。四个导缆部113分别与防波模块50的四个角部对应,以利于布设水下系缆802。水下系缆802设置有四组,分别与一个导缆部113对应。水上系缆801也可以对应设置有四组。
潮汐段外周缘110对称设置有四个引导部105,两个相邻引导部105和潮汐段103的外周缘共同围成沿支撑桩10周向延伸的周向导向槽106和沿支撑桩10的径向延伸的径向导向槽107,相互连通的一组周向导向槽106和径向导向槽107分别与防波模块50的四条边对应。
浮子限位装置20中设置有四个滑动部202,四个滑动部202分别与四组相互连通的周向导向槽106和径向导向槽107对应。浮子限位装置20本体201的外周缘上设置有四个连接部204,四个连接部204分别与防波模块50的四条边对应,与矩形的防波模块50对应,浮子限位装置20呈矩阵分布,支撑桩10位于防波模块50围成的安装区域502的中心。
参照附图6,对本发明所提出的消浪式海上光伏平台1中的引导部105的结构进行介绍。引导部105具有第一延伸块108和第二延伸块109。第一延伸块108呈弧形,第一延伸块108自潮汐段外周缘110沿支撑桩10的径向向外延伸,如图6中箭头D1所示。第二延伸块109也呈弧形,第二延伸块109自第一延伸块108的外周缘沿支撑桩10的径向向外延伸。第一延伸块108在支撑桩10的周向上的长度小于第二延伸块109在支撑桩10的周向上的长度,并且相邻两个第一延伸块108的第一延伸块侧壁111、潮汐段外周缘110、第二延伸块内表面112共同围成周向导向槽106,相邻两个第二延伸块109的侧壁共同围成径向导向槽107。
由第一延伸块108和第二延伸块109共同围成的、相互连通的周向导向槽106和径向导向槽107可以限制滑动部202在平面内的移动,使其仅能在支撑桩10的轴向上运动,从而约束滑动部202的运动轨迹,确保滑动部202仅沿支撑桩10的轴向稳定滑动;第一延伸块108和第二延伸块109是潮汐段103的一部分,是一体成型制成的,可以精确地保证周向导向槽106和径向导向槽107的形状,实现对滑动部202的定向和导向,使其按照设计要求沿指定路径运动,进一步使得与滑动部202连接的浮式光伏模块30可以动态地适应潮汐和波浪等外部因素的变化导致的水位和浪高的变化,保持相对恒定的运动轨迹。
如图14至图16所示,对应的,滑动部202包括第一引导区域205和第二引导区域206。第一引导区域205自本体内周缘203沿支撑桩10的径向朝向内侧延伸(如图15中箭头D2所示),第一引导区域205的两侧侧壁上分别设置有多组球面滑动元件209,设置在第一引导区域205两侧侧壁上的多组球面滑动元件209可分别沿径向导向槽107滑动。第二引导区域206自第一引导区域205的内周缘沿支撑桩10的径向朝向内侧并朝向两侧延伸。第二引导区域206上分别设置有多组球面滑动元件209,设置在第二引导区域206上的多组滑动元件分别可沿周向导向槽106滑动。示例性地,如图10中箭头D3所示,第一引导区域205的每一侧侧壁上分别设置有两组球面滑动元件209,第二引导区域206上设置三组球面滑动元件209,球面滑动元件209也优选对称设置,以确保滑动的稳定性。
如图17所示,滑动部202进一步包括保持器208。保持器208固定设置于第一引导区域205和第二引导区域206上,保持器208沿支撑桩10的轴向延伸(如图10中箭头D3所示)。球面滑动元件209可转动地设置于保持器208中并部分凸出于保持器208的表面。浮子限位装置20套设于潮汐段103上时,滑动部202与周向导向槽106、滑动部202与径向导向槽107之间形成有允许凸出于保持器208的表面的球面滑动元件209转动的间隙60(如图15所示)。保持器208限定了球面滑动元件209的位置,只允许球面滑动元件209在保持器208内滚动,从而允许滑动部202相对于周向导向槽106和径向导向槽107产生垂向位移,也即沿支撑桩10轴向方向的位移。
本发明的第二个方面提供一种组装消浪式海上光伏平台的方法,包括以下多个步骤,如图18所示。
步骤S101:采用船舶将一体成型的桩基段101、系泊段102和潮汐段103,以及浮子限位装置20、平台模块40、水上系缆801、水下系缆802和浮式光伏模块30运输至安装海域。
船舶可以选用打桩船,打桩船专门设计用于在水中操作,它可以在河流、湖泊、海洋等水域进行施工作业,为水下结构提供支撑。
步骤S102:水下系缆802将浮球连接到水下系缆802的一端,将水下系缆802的另一端穿过导缆孔114悬挂于系泊段102。
步骤S103:将桩基段101固定于海底地层,水下系缆802处于悬挂状态;水下系缆802处于悬挂状态时,浮球位于海面以下。
桩基段101固定于海底地层后,一体成型地桩基段101、系泊段102和潮汐段103保持直立。
在本申请的一些实施例中,可以选择可调节浮力的浮球;在本申请的另一些实施例中,可以通过扣环、插扣、磁性连接件、弹簧装置等对浮球进行可操作地固定,使得水下系缆802处于悬挂状态时,浮球位于海面以下。扣环、插扣、磁性连接件、弹簧装置等均可以采用手动控制或电动控制。在本申请的另一些实施例中,还可以通过水溶性的线束或者材料暂时固定浮球,使得水下系缆802处于悬挂状态时,浮球位于海面以下。还可以通过绞车70调节水下系缆802的长度,使得水下系缆802处于悬挂状态时,浮球位于海面以下。
步骤S104:吊起浮子限位装置20并将浮子限位装置20置于潮汐段103上方,自上向下地将滑动部202嵌入至周向导向槽106和径向导向槽107中,使得浮子限位装置20可沿潮汐段103滑动。
对于选定的安装海域来说,潮差变化一般选择在±1米的范围内,波浪引起的水位变化在±0.5米的范围内。因此,优选设计周向导向槽106和径向导向槽107在支撑桩轴向上的长度大于1.5米,通常设计为2米,确保浮子限位装置20的稳定工作和系统安全。
步骤S105:在船舶上固定连接过渡段104和平台模块40,吊起固定连接的过渡段104和平台模块40,并将过渡段104和平台模块40置于潮汐段103上方,固定连接过渡段104和潮汐段103。
固定连接过渡段104和潮汐段103之后,平台模块40保持水平。过渡段104和潮汐段103之间可以采用焊接或者螺栓连接。
步骤S106:将绞车70固定安装在平台模块40上,并将水上系缆801和水下系缆802的一端与绞车70连接。
步骤S107:布设防波模块50的预装段503。
预装段503包括防波模块50的三条边以围成安装区域502。
步骤S108:通过绞车70释放水下系缆802,使浮球脱离,水下系缆802的另一端浮出海面并利用布缆船牵引浮出海面的水下系缆802,使其固定于防波模块50上的水下系缆固定点501绞车70。
水下系缆802和绞车70的连接实现。
步骤S109:利用布缆船牵引自绞车70伸出的水上系缆801,并将水上系缆801的自由端固定于水上系缆固定点505。
步骤S110:通过拖航的方式将多个浮式光伏模块30运送到安装区域502内,通过本体铰接元件207和模块铰接元件303连接浮子限位装置20和多个浮式光伏模块30,通过相邻模块铰接元件303连接多个浮式光伏模块30。
多个浮式光伏模块30呈矩阵分布于安装区域502内,支撑桩位于安装区域502的中心。
步骤S111:布设防波模块50的封装段504,固定连接预装段503和封装段504以封闭安装区域502。封装段504为防波模块50的第四条边,封装段504优选位于背浪侧。
本发明所提供的组装消浪式海上光伏平台的方法,适用于混合式光伏平台,在组装时采用模块化的设计和灵活的固定方式,水下系缆处于悬挂状态时,浮球位于海面以下,水下系缆不会对其它模块的组装造成影响,在支撑桩保持直立的状态下,自上向下地将滑动部嵌入至周向导向槽和径向导向槽中,使得浮子限位装置可沿潮汐段滑动;利用防波模块的预装段限定安装区域,并释放浮球,由于水下系缆固定在与防波模块角部对应的系缆孔处,即可以自动朝向防波模块的角部移动,可以高效地实现水下系缆的牵引和固定。模块化的组装方式还有助于便捷的拆卸,提高了消浪式海上光伏平台的可维护性和可扩展性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.消浪式海上光伏平台,其特征在于,包括:
支撑桩,所述支撑桩包括:
桩基段,所述桩基段固定于海底;
系泊段,所述系泊段构造于所述桩基段上方,所述系泊段外周缘对称设置有导缆部,每一个所述导缆部包括:允许水下系缆穿过的导缆孔,以及用于支撑并引导水下系缆滑动的导向滑轮;
潮汐段,所述潮汐段构造于所述系泊段上方,潮汐段的高度与海面高度对应;所述潮汐段外周缘对称设置有引导部,任意两个相邻的所述引导部和所述潮汐段的外周缘共同围成沿所述支撑桩周向延伸的周向导向槽和沿所述支撑桩径向延伸的径向导向槽,所述周向导向槽和径向导向槽彼此连通;
过渡段,所述过渡段构造于所述潮汐段上方;
其中,所述桩基段、系泊段和潮汐段一体成型制成;
浮子限位装置,所述浮子限位装置套设于所述潮汐段上,所述浮子限位装置包括:
本体,所述本体呈中空且贯通的圆柱形;
多个滑动部,多个所述滑动部对称设置于所述本体的内周缘上,任意一个所述滑动部与一组彼此连通的周向导向槽和径向导向槽对应;当所述浮子限位装置套设于所述潮汐段上时,多个所述滑动部同时伸入至对应的所述周向导向槽和径向导向槽中;每一个所述滑动部上沿所述支撑桩的轴向设置有多组球面滑动元件,所述球面滑动元件可分别沿所述周向导向槽或所述径向导向槽滑动;
连接部,所述连接部对称设置于所述本体的外周缘上,所述连接部的尾端设置有本体铰接元件;
多个浮式光伏模块,任一浮式光伏模块包括:
基座,所述基座上设置有模块铰接元件,所述模块铰接元件朝向不同方向伸出,所述模块铰接元件可与本体铰接元件铰接或者与设置在相邻浮式光伏模块上的模块铰接元件铰接;
支撑架,所述支撑架安装于所述基座;
光伏电池板,所述光伏电池板安装于所述支撑架,用于将太阳能转换为电能;
平台模块,所述平台模块构造于所述过渡段上方,所述平台模块上设置有绞车;所述水下系缆的一端连接所述绞车,另一端自所述导缆孔中穿过后固定于水下系缆固定点;水上系缆一端连接所述绞车,另一端固定于水上系缆固定点;所述绞车用于收放所述水上系缆和水下系缆;
防波模块,所述防波模块呈矩形,其用于围成并封闭安装区域;多个所述浮式光伏模块位于所述安装区域内;所述水上系缆固定点和所述水下系缆固定点布设于所述防波模块的角部。
2.根据权利要求1所述的消浪式海上光伏平台,其特征在于,
所述支撑桩为管状桩;
所述引导部具有:
第一延伸块,所述第一延伸块呈弧形,其自所述潮汐段的外周缘沿所述支撑桩的径向向外延伸;
第二延伸块,所述第二延伸块呈弧形,其自所述第一延伸块的外周缘沿所述支撑桩的径向向外延伸;
其中,所述第一延伸块在所述支撑桩的周向上的长度小于所述第二延伸块在所述支撑桩的周向上的长度,且相邻两个第一延伸块的侧壁、所述潮汐段的外周缘、所述第二延伸块的内表面共同围成所述周向导向槽;相邻两个第二延伸块的侧壁共同围成所述径向导向槽。
3.根据权利要求2所述的消浪式海上光伏平台,其特征在于,
所述滑动部包括:
第一引导区域,所述第一引导区域自所述本体的内周缘沿所述支撑桩的径向朝向内侧延伸,所述第一引导区域的两侧侧壁上分别设置有多组球面滑动元件,设置在所述第一引导区域两侧侧壁上的多组球面滑动元件可分别沿所述径向导向槽滑动;
第二引导区域,所述第二引导区域自所述第一引导区域的内周缘沿所述支撑桩的径向朝向内侧并朝向两侧延伸,所述第二引导区域上分别设置有多组球面滑动元件,设置在所述第二引导区域上的多组滑动元件分别可沿所述周向导向槽滑动。
4.根据权利要求3所述的消浪式海上光伏平台,其特征在于,
所述滑动部包括:
保持器,所述保持器固定设置于所述第一引导区域和所述第二引导区域上并沿所述支撑桩的轴向延伸;所述球面滑动元件可转动地设置于所述保持器中并部分凸出于所述保持器的表面;
所述浮子限位装置套设于所述潮汐段上时,所述滑动部与所述周向导向槽,所述滑动部与所述径向导向槽之间形成有允许凸出于所述保持器的表面的所述球面滑动元件转动的间隙。
5.组装如权利要求1至4任一项所述的消浪式海上光伏平台的方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用船舶将一体成型的所述桩基段、所述系泊段和所述潮汐段、以及所述浮子限位装置、所述平台模块、所述水上系缆、所述水下系缆和所述浮式光伏模块运输至安装海域;
将浮球连接到所述水下系缆的一端,将所述水下系缆的另一端穿过所述导缆孔悬挂于所述系泊段;
将所述桩基段固定于海底地层,所述水下系缆处于悬挂状态;所述水下系缆处于悬挂状态时,所述浮球位于海面以下;
吊起所述浮子限位装置并将所述浮子限位装置置于所述潮汐段上方,自上向下地将所述滑动部嵌入至所述周向导向槽和所述径向导向槽中,使得所述浮子限位装置可沿所述潮汐段滑动;
在所述船舶上固定连接所述过渡段和所述平台模块,吊起固定连接的所述过渡段和所述平台模块,并将所述过渡段和所述平台模块置于所述潮汐段上方,固定连接所述过渡段和所述潮汐段;
将所述绞车固定安装在所述平台模块上,并将所述水上系缆和水下系缆的一端与所述绞车连接;
布设防波模块的预装段,所述预装段包括防波模块的三条边,所述预装段围成安装区域;
通过绞车释放水下系缆,使浮球脱离,所述水下系缆的另一端浮出海面并利用布缆船牵引浮出海面的水下系缆,使其固定于所述防波模块上的水下系缆固定点;
利用布缆船牵引自绞车伸出的水上系缆,并将水上系缆的自由端固定于水上系缆固定点;
通过拖航的方式将多个浮式光伏模块运送到所述安装区域内,通过所述本体铰接元件和模块铰接元件连接所述浮子限位装置和多个所述浮式光伏模块,通过相邻模块铰接元件连接多个所述浮式光伏模块;
固定连接所述预装段和封装段以封闭所述安装区域,所述封装段为防波模块的第四条边。
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