CN217554145U - 浮体模块和海上浮式光伏系统 - Google Patents

Abstract

浮体模块,包括:用于安装太阳能光伏板组件的上部支架和用于支撑上部支架的下部浮体；还包括：第一运动补偿装置，其中设置有至少一个第一弹性阻尼元件，第一运动补偿装置设置于上部支架和下部浮体的连接处；以及第二运动补偿装置，其中设置有至少一个第二弹性阻尼元件，第二运动补偿装置与上部支架连接，第二运动补偿装置用于浮体模块的连接器。还提供一种海上浮式光伏系统。通过第一、第二运动补偿装置，将传统浮体模块从海洋工程单体过渡为减震多体，由于同时设置两个运动补偿装置，连接器处的压力被很好地补偿、释放、减轻，连接器受到的环境负载冲击明显降低，连接稳定性更好，服务寿命更长，适用于漂浮式光伏发电站海上相对恶劣的服役环境。

Description

浮体模块和海上浮式光伏系统

技术领域

本实用新型属于海洋工程技术领域，尤其涉及一种浮体模块以及一种海上浮式光伏系统。

背景技术

近年来，太阳能光伏发电作为一种绿色清洁可再生能源发展迅速。但是太阳能光伏发电的发展也存在一些瓶颈：一方面，由于陆上太阳能光伏发电需要占用较大的土地面积，土地资源的稀缺性制约陆上太阳能光伏发电站的发展；另一方面，大多数陆上太阳能光伏发电站建立在远离用电中心的荒漠地区，远距离输电使得太阳能光伏发电的用电成本大大增加，从而成为陆上太阳能光伏发电站的发展的另一个制约因素。水上太阳能光伏发电技术可以很好地解决陆上太阳能光伏发电站占用土地资源较多且距离用电中心较远的问题。此外，水上太阳能光伏发电技术还具有发电效率高、生态友好且可与养殖业协同发展等优势。传统的水上太阳能光伏发电面临着适宜开发的封闭水域面积不足的问题，如果要使水上太阳能光伏发电得到规模化发展，开发海洋水域的水上太阳能光伏发电是必经之路。海上太阳能光伏平台多设置于海洋开放水域，可以与海上制氢、海洋渔业、海上风电等多种产业结合，具有良好的商业化开发前景。

但是相较于传统的、设置于封闭水域的水上太阳能光伏发电平台，海上太阳能光伏平台面临着更为恶劣的环境荷载，海上太阳能光伏平台的设计要求与封闭水域的水上太阳能光伏发电平台存在较大差异，经济成本和安全性均是制约海上太阳能光伏平台产业化开发的主要因素。海上光伏发电场从经济获能角度多为大规模开发，超大尺寸的漂浮式光伏发电站的工作和经济性能直接影响投资的收益。由于浮式结构物的尺寸巨大，从建造、运输以及日常维护等多个维度考虑，模块化拼装结构是唯一的解决方案，因此，连接器也就成为模块化拼装结构的关键零部件。现有技术中提供了多种连接器的设计，例如中国发明专利申请（CN102975822A）中公开《一种超大型海洋浮式结构物模块间连接器》，具体公开：“包括至少两对成组设置的正极体和负极体，正极体和负极体分别嵌装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内。”，并进一步通过液压装置实现连接。而中国发明专利（CN103963935A）则是在“正极载体内部设有柱形槽，柱形槽内部设置第一回转体，第一回转体与正极横向阻隔板连接，第一回转体一侧设置有圆柱形通孔，圆柱形通孔末端设置有封板，圆柱形通孔中设置有电永磁吸盘”…“负极载体内部设有柱形槽，负极载体柱形槽内设置有第二回转体，第二回转体与负极横向阻隔板连接，第二回转体的一侧设置有向外延伸的圆柱形凹槽。”通过定位、插入和锁定三个过程完成连接。而中国发明专利（CN105757109A）则是通过负压真空吸盘连接器实现连接。

上述三种连接器虽然可以实现超大型海上浮式结构物的模块化连接和拆卸，但是分别是针对远海快速运输交通枢纽、大型深远海开发操作平台、远洋物资存储中继站以及海上机动快速反应综合军事平台设计的，连接器中需要采用复杂的执行机构，例如液压油缸、电磁吸盘、真空吸盘等，且连接器用于模块之间，对于模块上部结构动力学特征、服役要求以及设计安全等级不同的漂浮式光伏发电站来讲，上述连接器的可靠性和经济性均难以得到保证。

发明内容

本实用新型针对现有技术中针对远海快速运输交通枢纽、大型深远海开发操作平台、远洋物资存储中继站以及海上机动快速反应综合军事平台设计的连接器仅应用于模块之间，且其执行结构与漂浮式海上光伏发电站的浮体模块上部结构动力学特征、服役要求和设计安全等级所需求的可靠性和经济性不匹配的问题，设计并提供一种浮体模块。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

一种浮体模块，包括：上部支架，所述上部支架用于安装太阳能光伏组件；和下部浮体，所述下部浮体用于支撑所述上部支架；第一运动补偿装置，所述第一运动补偿装置中设置有至少一个第一弹性阻尼元件，所述第一运动补偿装置设置于所述上部支架和下部浮体的连接处；和第二运动补偿装置，所述第二运动补偿装置中设置有至少一个第二弹性阻尼元件，所述第二运动补偿装置与所述上部支架连接，所述第二运动补偿装置用于所述浮体模块的连接器。

进一步的，所述下部浮体包括：多组支撑立柱，所述支撑立柱上开设有第一安装孔，所述第一运动补偿装置设置于第一安装孔中。

进一步的，所述上部支架包括：本体，所述本体包括多组支撑杆，所述支撑杆等间距均匀分布，任意两组支撑杆之间形成用于安装太阳能光伏板的安装位；和延展护栏，所述延展护栏环绕所述本体设置；和连接杆，所述连接杆用于连接所述支撑立柱和所述延展护栏。

进一步的，所述连接杆包括第一杆元件和第二杆元件，所述第一杆元件和第二杆元件分别自所述支撑立柱上的第二安装孔中穿过；所述第一运动补偿装置包括横向第一运动补偿装置和纵向第一运动补偿装置，所述横向第一运动补偿装置和所述纵向第一运动补偿装置中的一者穿设于第一杆元件外侧，另一者穿设于第二杆元件外侧，所述横向第一运动补偿装置中的第一弹性阻尼元件与所述纵向第一运动补偿装置中的第一弹性阻尼元件的延伸方向相互垂直。

进一步的，所述第二运动补偿装置包括：第一铰接部，所述第一铰接部设置于所述上部支架的第一侧；第一端部，所述第一端部与所述第一铰接部固定连接，所述第二弹性阻尼元件设置于所述第一端部内。

进一步的，所述第二运动补偿装置还包括：第二铰接部，所述第二铰接部设置于所述上部支架的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对；和第二端部，所述第二端部与所述第二铰接部固定连接；和平移元件，所述平移元件设置于所述第二端部内。

进一步的，还包括：汇电电缆，所述汇电电缆沿所述第二运动补偿装置的延伸方向布设。

进一步的，还包括：卡扣，所述卡扣将汇电电缆固定与所述第二运动补偿装置的一侧。

进一步的，还包括：逆变器，所述逆变器设置于所述上部支架的上方。

本实用新型的第二个方面提供一种海上浮式光伏系统，包括多个浮体模块；浮体模块，包括：上部支架，所述上部支架用于安装太阳能光伏板；和下部浮体，所述下部浮体用于支撑所述上部支架；第一运动补偿装置，所述第一运动补偿装置中设置有至少一个第一弹性阻尼元件，所述第一运动补偿装置设置于所述上部支架和下部浮体的连接处；和第二运动补偿装置，所述第二运动补偿装置中设置有至少一个第二弹性阻尼元件，所述第二运动补偿装置与所述上部支架连接，所述第二运动补偿装置用于所述浮体模块的连接器；海上浮式光伏系统中的多个浮体模块之间通过第二运动补偿装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型通过第一运动补偿装置和第二运动补偿装置，将传统的浮体模块从简单的海洋工程单体过渡为减震多体，由于同时设置两个运动补偿装置，连接器处的压力被很好地补偿、释放、减轻，作为连接器的第二运动补偿装置受到的环境负载冲击明显降低，连接稳定性更好，服务寿命更长，更适用于海上漂浮式光伏发电站相对恶劣的使用环境。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型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实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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 为本实用新型第一个方面所提出的浮体模块的结构示意图；

图2为图1所示的浮体模块中上部支架的结构示意图；

图3为图1所示的浮体模块中下部浮体的结构示意图；

图4为图1所示的浮体模块连接状态下第二运动补偿装置的一种结构示意图；

图5为图4中A部的局部放大示意图；

图6为图1所示的浮体模块连接状态下第二运动补偿装置的另一种结构示意图；

图7为图1所示的浮体模块中第一运动补偿装置的结构示意图；

图8为多个浮体模块相连时的结构示意图；

图9为本实用新型第二个方面所提供的海上浮式光伏系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。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。

本实用新型提供一种应用于海上漂浮式光伏发电站的浮体模块。如图1至图3所示，浮体模块10作为光伏发电站的发电单元，设计为由上部支架18和下部浮体22组成。上部支架18优选由金属制成，表面经过相应的抗腐蚀保护处理。上部支架18用于安装太阳能光伏组件，太阳能光伏组件包括太阳能光伏板20和配套电器装备。下部浮体22则设计具有良好的运动特性，下部浮体22用于支撑上部支架18。下部浮体22的结构设计可以选用半潜式（Semi）平台、船式（Barge）平台、张力腿式（TLP）平台、立柱式（Spar）平台等不同形式。作为一个单体，浮体模块10的上部支架18和下部浮体22的连接处设置有第一运动补偿装置（26、28），第一运动补偿装置（26、28）中设置有一个或多个第一弹性阻尼元件64。第一弹性阻尼元件64具有减震缓冲作用，从而将传统的浮体模块10从简单的海洋工程单体过渡为减震多体，连接处受到的环境荷载的冲击明显降低。在第一运动补偿装置（26、28）之外，浮体模块10还设置有第二运动补偿装置48，第二运动补偿装置48中也设置有一个或多个第二弹性阻尼元件62。第二运动补偿装置48与上部支架18连接用作浮体模块10的连接器，即通过第二运动补偿装置48将浮体模块10于其它浮体模块10连接，组成浮体平台矩阵。与传统的通过液压传动连接或吸盘连接的连接器相比，设置有第二弹性阻尼元件62的第二运动补偿装置48可以通过第二弹性阻尼元件62吸收环境载荷在浮体模块10之间连接处的冲击，同时还可以起到连接作用。由于浮体模块10中还设置有第一运动补偿装置（26、28），第一运动补偿装置（26、28）还可以补偿、释放、减轻第二运动补偿装置48处的压力，作为连接器的第二运动补偿装置48受到的环境负载的冲击明显降低，连接稳定性更好，服务寿命更长，更适用于海上漂浮式光伏发电站相对恶劣的使用环境。

下部浮体22优选设计为与半潜式（Semi）平台、船式（Barge）平台、张力腿式（TLP）平台、立柱式（Spar）平台的其中一者匹配。示例性的，下部浮体22包括多组支撑立柱24。通过支撑立柱24支撑上部支架18。上部支架18优选由多个杆元件搭建而成。上部支架18中的杆元件穿过支撑立柱24上的安装孔（如图3中46所示），实现二者的装配。在一种优选的实施方式中，支撑立柱24上分别设置有横向第一运动补偿装置26和纵向第一运动补偿装置28。横向第一运动补偿装置26和纵向第一运动补偿装置28可以固定设置于支撑立柱24上的第一安装孔44中，并自第一支撑立柱24稍稍向外延伸。上部支架18中的两组杆元件分别自相邻的两组支撑立柱24中穿过。以上部支架18中的第一杆元件36和第二杆元件42为例，设置横向第一运动补偿装置26和纵向第一运动补偿装置28中的一者穿设于第一杆元件36外侧，另一者穿设于第二杆元件42的外侧。横向第一运动补偿装置26中的第一弹性阻尼元件64与纵向第一运动补偿装置28中的第一弹性阻尼元件64的延伸方向相互垂直。通过这种设计方式，在如图3所示的，具有四组支撑立柱24的下部浮体22的示例中，在每一个支撑立柱24所在位置的连接处均有一个横向第一运动补偿装置26和纵向第一运动补偿装置28同时作用，两个第一弹性阻尼元件64分别构成一个被动弹性阻尼结构，从两个方向上吸收形变产生的冲击，实现良好的减震效果。

上部支架18示例性地构建为如图2所示的结构，主要由本体30，延展护栏38和连接杆实现。本体30由多组支撑杆32构成。支撑杆32等间距均匀分布。任意两组支撑杆32之间形成用于安装太阳能光伏板20的安装位34，在一个安装位34上可以如图1中示例性地，安装七块太阳能光伏板20，也可以根据需求安装更多或更少的太阳能光伏板20。延展护栏38围绕支撑杆32设置，其配置为形成维修通道及交流配电箱、监控系统、气象数据采集系统等配到设备的安装位，延展护栏38一方面起到对太阳能光伏板20的保护作用，另一方面用于加强本体30的结构强度。延展护栏38和本体30通过连接杆连接。在本实施例中，连接杆可以配置为用作装配用的第一杆元件36和第二杆元件42。连接杆至少包括垂直设置的第一杆元件36和第二杆元件42（如图1所示），二者分别从横向第一运动补偿装置26和纵向第一运动补偿装置28中穿过并与第一弹性阻尼元件64耦合，实现减震多体连接。

作为连接器的第二运动补偿装置48具体包括设置于上部支架18第一侧的第一铰接部50。第一铰接部50的一端与上部支架18的第一侧固定连接。第一铰接部50自身可以相对于上部支架18旋转一定角度（例如360度）。第一铰接部50的另一端固定连接第二运动补偿装置48的第一端部52。第一端部52配置为大致的圆筒形，内部容纳第二弹性阻尼元件62。由于第一铰接部50自身可以相对于上部支架18旋转一定角度，进一步即可以带动第一端部52旋转一定角度，便于灵活应对不同工况完成安装。第一铰接部50所形成的铰接点优选设置于浮体模块10的中心线上，以从整体上尽可能地均分荷载。第一端部52与设置于相邻的浮体模块10上的另一个第二运动补偿装置48的第二端部54适配，二者匹配固定连接。

作为连接器的第二运动补偿装置48还包括设置于上部支架18第二侧的第二铰接部56，第二侧与第一侧相对。第二铰接部56的一端与上部支架18的第二侧固定连接。第二铰接部56优选采用与第一铰接部50相同的结构，其自身可以相对于上部支架18旋转一定角度。第二铰接部56的另一端固定连接第二运动补偿装置48的第二端部54。第二端部54配置为与第一端部52适配的大致的圆筒形，内部容纳平移元件70，构成平移副。由于第二铰接部56自身可以相对于上部支架18旋转一定角度，进一步即可以带动第二端部54旋转一定角度，便于应对不同工况完成安装。第二铰接部56所形成的铰接点优选设置于浮体模块10的中心线上，以从整体上尽可能地均分荷载。第二端部54与设置于相邻浮体模块10上的另一个第二运动补偿装置48的第一端部52适配，二者匹配固定连接。

如图5和图6所示所示当第一端部52与设置于相邻的浮体模块10上的另一个第二运动补偿装置48的第二端部54适配连接时，另一个第二端部52中的平移元件70即穿设于第二弹性阻尼元件62内并可沿图中箭头D的方向移动，通过第二弹性阻尼元件62实现缓冲减震。当第二端部54与设置于相邻的浮体模块10上的另一个第二运动补偿装置48的第一端部52适配连接时，第二端部54中的平移元件70即穿设于另一个第二弹性阻尼元件62内并可沿图中箭头D的方向移动，通过第二弹性阻尼元件62实现缓冲减震。从而在一个浮体模块的两侧，分别通过两个分体式第二运动补偿装置48实现连接器和运动补偿的双重效果。

如图5所示，设置太阳能光伏板20的汇电电缆58沿第二运动补偿装置48的延伸方向布设，并通过卡扣60将汇电电缆58固定于第二运动补偿装置48的一侧，实现浮体模块10的综合布线。与第二运动补偿装置48并行的布线廊道，可以通过同向延伸的第二弹性阻尼元件62减少相对运动造成的汇电电缆的连接故障。汇电电缆的接头位置清晰，提高设备的整体可靠性。逆变器66优选设置于上部支架18的上方。

本实用新型的第二个方面提供一个海上浮式光伏系统。如图9所示，海上浮式光伏系统中设置有多个浮体模块10。浮体模块10的具体结构请参见上述实施例的详细介绍和说明书附图的详细记载，在此不再赘述。设置有多个浮体模块10的海上浮式光伏系统可以实现同样的技术效果。多个浮体模块10中包括约束浮体模块12和中间浮体模块。约束浮体模块12还进一步通过系泊装置14连接锚固装置16。约束浮体模块10匹配的系泊装置和锚固装置可以采用现有技术中成熟的工程概念，例如适用于半潜式（Semi）平台、船式（Barge）平台、张力腿式（TLP）平台、立柱式（Spar）平台的系泊装置和锚固装置，例如悬链线模式，替代传统平台的水下系泊方案，避免大规模水下施工，有效降低工程的整体造价。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种浮体模块，其特征在于，

包括：

上部支架，所述上部支架用于安装太阳能光伏组件；和

下部浮体，所述下部浮体用于支撑所述上部支架；

第一运动补偿装置，所述第一运动补偿装置中设置有至少一个第一弹性阻尼元件，所述第一运动补偿装置设置于所述上部支架和下部浮体的连接处；和

第二运动补偿装置，所述第二运动补偿装置中设置有至少一个第二弹性阻尼元件，所述第二运动补偿装置与所述上部支架连接，所述第二运动补偿装置用于所述浮体模块的连接器。

2.根据权利要求1所述的浮体模块，其特征在于，

所述下部浮体包括：

多组支撑立柱，所述支撑立柱上开设有第一安装孔，所述第一运动补偿装置设置于第一安装孔中。

3.根据权利要求2所述的浮体模块，其特征在于，

所述上部支架包括：

本体，所述本体包括多组支撑杆，所述支撑杆等间距均匀分布，任意两组支撑杆之间形成用于安装太阳能光伏板的安装位；和

延展护栏，所述护栏环绕所述本体设置；和

连接杆，所述连接杆用于连接所述支撑立柱和所述延展护栏。

4.根据权利要求3所述的浮体模块，其特征在于，

所述连接杆包括第一杆元件和第二杆元件，所述第一杆元件和第二杆元件分别自所述支撑立柱上的第二安装孔中穿过；

所述第一运动补偿装置包括横向第一运动补偿装置和纵向第一运动补偿装置，所述横向第一运动补偿装置和所述纵向第一运动补偿装置中的一者穿设于第一杆元件外侧，另一者穿设于第二杆元件外侧，所述横向第一运动补偿装置中的第一弹性阻尼元件与所述纵向第一运动补偿装置中的第一弹性阻尼元件的延伸方向相互垂直。

5.根据权利要求1至4任一项所述的浮体模块，其特征在于，

所述第二运动补偿装置包括：

第一铰接部，所述第一铰接部设置于所述上部支架的第一侧；

第一端部，所述第一端部与所述第一铰接部固定连接，所述第二弹性阻尼元件设置于所述第一端部内。

6.根据权利要求5所述的浮体模块，其特征在于，

所述第二运动补偿装置还包括：

第二铰接部，所述第二铰接部设置于所述上部支架的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对；和

第二端部，所述第二端部与所述第二铰接部固定连接；和

平移元件，所述平移元件设置于所述第二端部内。

7.根据权利要求6所述的浮体模块，其特征在于，

还包括：

汇电电缆，所述汇电电缆沿所述第二运动补偿装置的延伸方向布设。

8.根据权利要求7所述的浮体模块，其特征在于，

还包括：

卡扣，所述卡扣将汇电电缆固定与所述第二运动补偿装置的一侧。

9.根据权利要求8所述的浮体模块，其特征在于，

还包括：

逆变器，所述逆变器设置于所述上部支架的上方。

10.一种海上浮式光伏系统，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至9任一项所述的浮体模块，多个所述浮体模块之间通过所述第二运动补偿装置连接。

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