CN215109285U - 兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统 - Google Patents

Abstract

一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，包括：防波结构单元、风电基础单元、风机设备单元和锚泊单元；其中，防波结构单元包括：主浮体和连接在主浮体下部的辅助消浪元件；主浮体内部设置有隔舱；风电基础单元包括：中央平台和设置于中央平台外侧的浮式箱体；风机设备单元设置在中央平台上；锚泊单元包括：锚链和海洋基础；锚链的一端连接在主浮体底部或浮式箱体底部，另一端与海洋基础连接，海洋基础固定在海床内；防波结构单元与风电基础单元通过连接元件连接，组成线形阵列。本浮式系统具有波浪防护与海上风能开发利用的双重功能，避免单独建造浮式防波装置和浮式风电基础，降低了施工成本，节省了海洋空间。

Description

兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统

技术领域

本实用新型主要涉及海洋工程、能源与动力工程、港口工程领域，尤其涉及一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统。

背景技术

浮式防波堤是一种漂浮型式的波浪消能结构，可以有效阻挡外海波浪对于港口码头和近海设施的冲击作用。基于波浪量能主要集中于海水表层的特性，浮式防波堤的主体结构为一个大型的浮体结构，漂浮于水面且具有一定的吃水深度，用于波浪能的阻挡和衰减，其下方通过锚链与海床中的锚固基础连接起到稳定作用。由于造价成本也低于重力式防波堤，且利于水体循环交换，适用于水深较大的海域。

海上风能作为一种新的可再生清洁能源，具有诸多优点，并且具有广阔的市场发展空间。风能资源在海上的分布并不平均，相比较近海风力较弱和不稳定的特点，深远海区域的风能密度更高且更加稳定。目前浅海区域风电设备普遍采用固定式基础，直接安装于海床；但随着水深的增大，固定式基础的建设无论从技术层面还是从经济性考虑，都面临极大挑战。

浮式基础受水深和海床性质的影响较少，其用锚链系泊于海床中的锚固基础，对环境适应性更强，且造价成本并不随水深的增加而快速增加。但传统的海上风电浮式基础并不具备消减波浪能的功能。

与此同时，风能资源丰富的海域必然伴随着海浪较大的情况。现有技术中，如要在利用风能的同时消减海洋波浪能，需要既建造防波堤的同时再建造风力发电基础，造成了工程造价金额高，大量占用海域面积的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

本实用新型提供了一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，包括：防波结构单元、风电基础单元、风机设备单元和锚泊单元；

其中，防波结构单元，用于阻挡波浪，包括：主浮体和连接在主浮体下部的辅助消浪元件；其中，主浮体内部设置有隔舱；

其中，风电基础单元，用于阻挡波浪并为风机设备单元提供浮式基础，包括：中央平台和设置于中央平台外侧的浮式箱体；

其中，风机设备单元，用于将风能转换为电能，设置在中央平台上；

其中，锚泊单元，用于为浮式系统提供稳性，包括：锚链和海洋基础；其中，锚链的一端连接在主浮体底部或浮式箱体底部，锚链的另一端与海洋基础连接；海洋基础固定在海床内；

其中，防波结构单元与风电基础单元连接组成线形阵列；

其中，防波结构单元之间或防波结构单元与风电基础单元之间通过连接元件连接。

基于上述技术方案可以看出，本实用新型兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本实用新型通过将防波结构单元改进成为风电基础单元，用于风机设备的固定，避免单独建造风电漂浮式基础单元，同时将现有技术中独立的浮式防波装置、浮式风电基础和用以保持稳定所需要各自配置的锚泊单元整合为一套锚泊单元，减少了建造和施工成本，节省了海洋空间，达到了波浪防护与海上风能开发利用的双重目的；

2、本实用新型的防波结构单元和风电基础单元具有模块化设计属性，可根据当地海域的风能密度分布，设计风机数量，确定相邻风机设备的间距，相邻两个风电基础单元之间的防波结构单元数量，以及防波结构单元和风电基础单元的排列形状，以达到对风能利用的经济效益最大化；

3、本实用新型中风电基础单元水平方向与防波结构单元连接，组成一个线型阵列，使浮式系统整体具有更大的惯性矩，相对于独立的浮式风电基础具有更高的稳定性，此外，由于防波结构单元主浮体下方设置有消波平板，可以增加水体紊动，提高波浪耗散性能，同时在锚泊系统的作用下，增加了浮式装置的稳定性。

附图说明

图1a是本实用新型实施例中浮式系统结构俯视方向示意图；

图1b是本实用新型实施例中浮式系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例中防波结构单元结构示意图；

图2a是本实用新型实施例中主浮体的截面形状为矩形的结构示意图；

图2b是本实用新型实施例中主浮体的截面形状为三角形的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中风电基础单元结构俯视方向示意图；

图4是本实用新型实施例中风电设备单元结构示意图；

图5是本实用新型实施例中锚泊单元结构示意图。

附图标记说明：

1-防波结构单元；2-风电基础单元；3-风电设备单元；4-锚泊单元；5-海面；6-海床；7-连接元件；

11-主浮体；12-辅助消浪元件；

21-中央平台；22-浮式箱体；

31-风机叶片；32-发电机；33-塔筒；34-底座；

41-锚链；42-海洋基础。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

浮式防波堤和海上风电漂浮式基础是两种不同功能的海上结构型式。本实用新型提出一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，可以充分利用浮式防波堤的浮体结构作为风电设备的基础，二者共用一组锚固系统，具有节约建设成本、便于模块施工、减少海域用地等优点，达到了波浪防护与海上风能开发利用的双重目的。

本实用新型的一些实施例中，公开了一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，包括：防波结构单元1、风电基础单元2、风机设备单元3和锚泊单元4；

其中，防波结构单元1，用于阻挡波浪，包括：主浮体11和连接在主浮体11下部的辅助消浪元件12；其中，主浮体11内部设置有隔舱；

其中，风电基础单元2，用于阻挡波浪并为风机设备单元提供浮式基础，包括：中央平台21和设置于中央平台21外侧的浮式箱体22；

其中，风机设备单元3，用于将风能转换为电能，设置在中央平台21上；

其中，锚泊单元4，用于为浮式系统提供稳性，包括：锚链41和海洋基础42；其中，锚链41的一端连接在主浮体11底部或浮式箱体22底部，锚链41的另一端与海洋基础42连接；海洋基础42固定在海床6内；

在本使用新型的一些实施例中，防波结构单元1与风电基础单元2连接组成线形阵列；

在本使用新型的一些实施例中，防波结构单元1之间或防波结构单元1与风电基础单元2之间通过连接元件7连接。

在本使用新型的一些实施例中，所述主浮体11为空心结构；

在本使用新型的一些实施例中，所述主浮体11的形状包括箱体形状；

在本使用新型的一些实施例中，所述主浮体11的箱体截面形状包括菱形、圆形、矩形或三角形。

在本使用新型的一些实施例中，所述隔舱的数量大于或等于2；

在本使用新型的一些实施例中，所述隔舱包括水密隔舱。

在本使用新型的一些实施例中，所述辅助消浪元件12的结构包括水平板和竖直挡板；

其中，所述水平板与所述竖直挡板固定连接，且所述竖直挡板与所述主浮体11下表面固定连接。

在本使用新型的一些实施例中，所述水平板的数量大于或等于1；

在本使用新型的一些实施例中，所述竖直挡板的数量大于或等于1。

在本使用新型的一些实施例中，所述浮式箱体22的箱体截面形状包括菱形、圆形、矩形或三角形；

在本使用新型的一些实施例中，所述浮式箱体22的数量大于或等于4。

在本使用新型的一些实施例中，所述风机设备单元3包括：

底座34，固定连接在中央平台21上；

塔筒33，设置于底座34上；

发电机32，设置于塔筒33顶部；以及

风机叶片31，设置于发电机32外，与发电机32连接；

在本使用新型的一些实施例中，所述防波结构单元1和所述风电基础单元2的数量大于或等于1。

在本使用新型的一些实施例中，所述防波结构单元1与所述风电基础单元2的线性阵列形状包括直线形排列或曲线形排列。

在本使用新型的一些实施例中，所述防波结构单元1与所述风电基础单元2的线性阵列形状包括U形排列、Z形排列、S形排列或V形排列。

本实用新型的技术特点为：

(一)兼具波浪防护和风力发电作用

波浪防护装置和海上风电装置在现有技术中是彼此独立的，而本实用新型提供了一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，实现波浪防护和风力发电的双重作用。在保持浮式防波堤系统原有功能前提下，通过将部分防波结构单元进行改进，使其具有更大的平面尺寸和稳定性，成为风电基础单元，用于风机设备的固定，从而减少了单独建造浮式风机基础的造价成本。

(二)采用统一的锚泊系统

对于独立的浮式防波系统和浮式风电基础，在设计时都需要配备各自的锚泊单元来保持稳定，这样就分别需要两套锚链和两套海洋基础，增加了成本，还占用更多的海域空间。在现在海域空间利用审批日益严格的情况下，将增大工程建设难度。本实用新型中同时开展浮式防波装置和浮式风电基础建造，可以节省海洋空间，加速项目审批；更重要的是将两套锚泊单元整合为一套锚泊单元，使建造和施工成本大幅降低。

(三)具有更好的整体稳定性

以往对于浮式风电基础的设计为独立的浮式结构，利用自身的锚泊单元固定于海床内。而本实用新型中浮式风电基础除了通过锚泊单元固定于海床于内，在水平方向还与防波结构单元相连接，组成一个线形阵列，整个系统具有更大的惯性矩。同时，两侧的防波结构单元的锚泊系统也将间接发挥作用，有利于风电设备的稳定性。此外，还可以通过加大风电基础单元的水平尺寸，提高风电基础的稳定性。

(四)模块化设计与改进升级

本实用新型中的兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统由防波结构单元和风电基础单元以一定的组合方式相互连接组成线形阵列。实际工程应用时，根据当地的风能密度分布来设计风机数量，从而确定相邻风机设备的间距，或确定两个相邻风电基础单元之间的防波结构单元数量。所有的防波结构单元和风电基础单元具有模块化尺寸，便于设计建造和安装。此外，在防波结构单元的主浮体下方设置消波平板，增加水体紊动，提高波浪耗散性能，同时增加浮体的稳定性。

本实用新型的一个实施例中，公开了一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统如图1a与图1b所示，由防波结构单元1、风电基础单元2、风电设备单元3和锚泊单元4组成，漂浮于海面5上；其中风电设备单元3设置在风电基础单元1上，防波结构单元1与风电基础单元2连接，呈直线形阵列；防波结构单元1和风电基础单元2同时使用一套锚泊单元4，组成主要起到达到波浪防护的目的。该海上风电系统同时起到波浪防护与风力发电的功能。

防波结构单元1是本实施例中的基本单元，包括主浮体11、辅助消浪元件12以及连接元件7。主浮体11为水平长条状浮式结构，下部设有辅助消浪元件12。每个防波结构单元1为一个独立的浮体，多个防波结构单元1依次连接，或与风电基础单元2连接，同时防波结构单元1下部利用锚泊单元4固定于海床6。

风电基础单元2包括：中央平台21、浮式箱体22和连接元件7。风电基础单元2是承载风电设备的浮式基础，为一个水平异型浮式结构，相比防波结构单元1具有更大的水平尺寸和稳定性，以使风电设备单元3垂直固定于风电基础单元2上。在垂直方向上，风电基础单元2通过锚泊单元4固定于海床6上。风电基础单元2在水平方向与防波结构单元1相连接，同时承担波浪防护作用，共同组成一个完整的防波装置。

风电设备单元3包括：上部的风机叶片31、发电机32、垂直塔筒33和底座34等，为风能与电能的转换设备。通过底座34固定在风电基础单元2的中心，与风电基础单元2组成一个整体，共同漂浮于海上进行发电工作。

锚泊单元4由锚链41和海洋基础42组成。防波结构单元1和风电基础单元2通过若干条锚链41与下部的海洋基础42连接。海洋基础42埋设于海床6之中，承受整个浮式装置传来的作用力，起到稳定作用。

下面通过具体实施例结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本实用新型的保护范围并不限于此。

实施例1

本实施例中兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统由防波结构单元1、风电基础单元2、风电设备单元3和锚泊单元4组成。其中防波结构单元1和风电基础单元2线性排列，排列方式为直线形且排列形状与波浪入射的主要方向垂直。

如图2和图2a所示，防波结构单元1的主浮体11为一细长的空心密闭浮式结构，截面的形状为矩形，主浮体11上部露出海面5防止波浪越浪，主浮体11下部淹没于海面5以下用于反射波浪能量，防波结构单元1下方设置辅助消浪元件12，辅助消浪元件12的结构为双层水平板和两层竖直挡板，以此增加波浪的水体紊动，耗散波浪能量。

防波结构单元1是本实用新型实施例中消波防浪的基本单元。该防波结构单元1可由混凝土浇筑或者钢板结构焊接而成。根据防波结构单元1长度情况，防波结构单元1内部还设置不少于2个隔舱，增加结构强度，同时提高防波结构单元1结构的安全性，以保证浮式系统中某个防波结构单元1由于意外发生碰撞损坏后，浮式系统整体仍能保持漂浮状态。

其中，防波结构单元1的两个端部设有连接元件7，可以通过铁链等装置与其他防波结构单元1或者风电基础单元2的连接元件7水平相连接，组成完整的防波装置。

如图3所示，风电基础单元2为一尺寸较大的浮式组合结构，作为风电设备的基础漂浮于海面5。风电基础单元2由中央平台21和4个浮式箱体22组成，浮式箱体22围绕在中心平台21周围，与中央平台21刚性固定，连接组成一个整体(即风电基础单元2)；

风电基础单元2的浮式箱体22上设有连接元件7，通过铁链等在水平方向上与其他的防波结构单元1的连接元件7连接，共同组成浮式防波装置；风电基础单元2下部通过锚链41与海床6中的海洋基础42相连接固定。

如图4所示，风电设备单元3包括风机叶片31、发电机32、塔筒33和底座34；中央平台21作为风电设备的固定基础，与风机设备单元3的底座34固定连接，支撑上部的风机叶片31、塔筒33和发电机32等。

如图5所示，锚泊单元4的海洋基础42埋设于海床6以下，通过锚链41承担漂浮在海面5的防波结构单元1和风电基础单元2所传导的拉力，起到稳定作用。

实施例2

实施例2与实施例1的区别仅在于，兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统中防波结构单元1和风电基础单元2的排列形式为曲线形；以及如图2b所示，防波结构单元1中主浮体11的截面形状为三角形。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种兼具波浪防护与海上风电功能的浮式系统，其特征在于，包括：防波结构单元(1)、风电基础单元(2)、风机设备单元(3)和锚泊单元(4)；

其中，防波结构单元(1)包括：主浮体(11)和连接在主浮体(11)下部的辅助消浪元件(12)；其中，主浮体(11)内部设置有隔舱；

其中，风电基础单元(2)包括：中央平台(21)和设置于中央平台(21)外侧的浮式箱体(22)；

其中，风机设备单元(3)设置在中央平台(21)上；

其中，锚泊单元(4)包括：锚链(41)和海洋基础(42)；其中，锚链(41)的一端连接在主浮体(11)底部或浮式箱体(22)底部，锚链(41)的另一端与海洋基础(42)连接；海洋基础(42)固定在海床(6)内；

其中，防波结构单元(1)与风电基础单元(2)连接组成线形阵列；

其中，防波结构单元(1)之间或防波结构单元(1)与风电基础单元(2)之间通过连接元件(7)连接。

2.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述主浮体(11)为空心结构；

所述主浮体(11)的形状包括箱体形状；

所述主浮体(11)的箱体截面形状包括菱形、圆形、矩形或三角形。

3.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述隔舱的数量大于或等于2；

所述隔舱包括水密隔舱。

4.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述辅助消浪元件(12)的结构包括水平板和竖直挡板；

其中，所述水平板与所述竖直挡板固定连接，且所述竖直挡板与所述主浮体(11)下表面固定连接。

5.根据权利要求4所述的浮式系统，其特征在于，

所述水平板的数量大于或等于1；

所述竖直挡板的数量大于或等于1。

6.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述浮式箱体(22)的箱体截面形状包括菱形、圆形、矩形或三角形；

所述浮式箱体(22)的数量大于或等于4。

7.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述风机设备单元(3)包括：

底座(34)，固定连接在中央平台(21)上；

塔筒(33)，设置于底座(34)上；

发电机(32)，设置于塔筒(33)顶部；以及

风机叶片(31)，设置于发电机(32)外，与发电机(32)连接。

8.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述防波结构单元(1)和所述风电基础单元(2)的数量大于或等于1。

9.根据权利要求1所述的浮式系统，其特征在于，

所述防波结构单元(1)与所述风电基础单元(2)的线性阵列形状包括直线形排列或曲线形排列。

10.根据权利要求9所述的浮式系统，其特征在于，

所述防波结构单元(1)与所述风电基础单元(2)的线性阵列形状包括U形排列、Z形排列、S形排列或V形排列。

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