一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构及其实施方法与流程

1.本发明涉及海上光伏发电技术领域，具体涉及一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构及其实施方法。


背景技术：

2.近年来，光伏发电以其可再生、易获取、无污染及安全可靠等优势正逐渐成为新能源行业中的主导。陆上光伏电站建设占地面积大，用地浪费明显，相对的，漂浮式光伏可以布置于闲置水域，如湖泊及水库上方。但随着我国“双碳”战略目标的提出与新能源体系的构建，当前内陆水域漂浮式光伏不再能够提供足够的水域建设漂浮式光伏电站。因此，日趋紧张的土地资源与有限的内陆水域资源逐渐成为制约光伏规模化发展的关键因素之一。我国拥有300万平方公里海域，其中适合海上漂浮式光伏布置的海域面积约71万平方公里，理论上可安装海上光伏近7亿千瓦。开发海上漂浮式光伏，并与海上其他形式能源(如海上风电)组合，正逐渐成为我国能源结构转型的重要战略之一。
3.由于海洋环境的恶劣，海上光伏的浮体结构需要承受风、浪、流等极端海洋环境荷载，传统的漂浮式光伏结构通常需通过增大浮体结构水线面、水下浮体体积或改进浮体材料等来提高浮体结构的自身稳性和浮力，须针对不同海况进行专门设计，导致浮体结构的适用范围小，同时还伴随着因海况变化导致出现结构失效的风险。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于，提供一种能够在多种水深、风浪荷载等海况下，保证光伏发电性能与安全的类球体式海上漂浮式光伏浮体结构。为此，本发明采用以下技术方案：
5.一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，包括将所述浮体结构与海底泥面连接的锚泊结构，使所述浮体结构定点漂浮于海面上；所述浮体结构包括外部骨架，以及若干块防水型高强光伏板；所述外部骨架通过若干根线段式的连接杆交叉连接，以此围设形成所述外部骨架的类球体式外形；所述外部骨架于其中部外表面周向方向的所述连接杆处相应形成设计吃水线；所述外部骨架通过所述设计吃水线将其两端分为水下浸没区域和水上工作区域，所述外部骨架在其的所述水下浸没区域外铺设浮体外板，以此对所述水下浸没区域形成水密；若干块所述防水型高强光伏板围设在所述外部骨架的所述水上工作区域外部，以此将所述水上工作区域形成水密，通过所述防水型高强光伏板与所述浮体外板形成所述浮体结构内部的水密状态。
6.进一步地：所述外部骨架内部设置内甲板；所述内甲板顶部设置有电器设备箱，若干块所述防水型高强光伏板上电缆统一连接集线管，通过所述集线管与所述电器设备箱连接；所述电器设备箱内引出设置电缆管。
7.进一步地：所述内甲板上设置甲板加强筋。
8.进一步地：所述内甲板与所述外部骨架内壁之间连接有支撑管，所述支撑管对所述电缆管呈导向稳定状态。
9.进一步地：所述外部骨架在所述水上工作区域顶部设置平台，所述防水型高强光伏板铺设在所述平台上。
10.进一步地：所述外部骨架顶部设置进人孔，所述进人孔上设置可打开或封闭的盖板。
11.进一步地：所述防水型高强光伏板与所述连接杆之间设置密封件。
12.进一步地：所述外部骨架其所述水下浸没区域的所述连接杆上设置与所述锚泊结构连接的系缆点。
13.本发明的第二目的在于，提供一种可缩短施工工期的类球体式海上漂浮式光伏浮体实施方式。为此，本发明采用以下技术方案：
14.一种类球体式海上漂浮式光伏浮体的实施方法，用一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构进行施工，包括如下步骤：
15.s1：对类球体式的所述外部骨架进行制作和组装；
16.s2：对所述浮体外板与所述防水型高强光伏板进行相应加工，并将所述浮体外板与所述防水型高强光伏板组装并安装在所述外部骨架外表面；
17.s3：通过将锚固基础预先安装在目标工程海域的海床上；
18.s4：通过拖轮将所述浮体结构拖航至工程海域，并将所述系缆点与系泊缆连接，以此完成对所述浮体结构的系泊定位安装。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1、本发明的浮体结构整体呈类球体，结构运动姿态自由，可不受风浪条件限制，具有更好的抗风浪性能，可适用多样的海洋环境。与传统浮体结构不同，本发明的球状浮体结构并无倾覆风险，无须增加用钢量以提高整体结构自身的稳性和浮力，可大大减少浮体结构的用钢量，显著降低成本。
21.2、本发明的防水型高强光伏板布满球状浮体结构的飞溅区域与大气区域，可保证整体浮体结构在任意运动姿态时均有一定数量的防水型高强光伏板能正常发电，由此可提升发电量。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构示意图；
23.图2为本发明浮体结构的结构示意图；
24.图3为本发明防水型高强光伏板装配的结构示意图；
25.图4为本发明拖航时的结构示意图；
26.图5为本发明单个浮体结构系泊方式的示意图；
27.图6为本发明多个浮体结构阵列系泊方式的示意图。
28.附图中的标记为：浮体结构a、设计吃水线b、外部骨架1、浮体外板2、电缆管3、支撑管4、防水型高强光伏板5、焊接板51、防水型密封胶条52、密封件53、电器设备箱6、集线管7、甲板加强筋8、内甲板9、系缆点10、系泊缆11、连接件12、锚固基础13、进人孔14、连接杆15。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依
据。
30.如图1-6所示，一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，包括将浮体结构a与海底泥面连接的锚泊结构，使浮体结构a定点漂浮于海面上；浮体结构a包括外部骨架1，以及若干块防水型高强光伏板5；外部骨架1通过若干根线段式的连接杆15交叉连接，以此围设形成外部骨架1的类球体式外形；外部骨架1于其中部外表面腰线的连接杆15处相应形成设计吃水线b；外部骨架1通过设计吃水线b将其两端分为水下浸没区域和水上工作区域，外部骨架1在其的水下浸没区域外铺设浮体外板2，以此对水下浸没区域形成水密；若干块防水型高强光伏板5围设在外部骨架1的水上工作区域外部，以此将水上工作区域形成水密，通过防水型高强光伏板5与浮体外板2形成浮体结构a内部的水密状态。
31.本实施例中，外部骨架1为钢结构框架，由无缝钢管或型钢的连接杆15整体焊接而成，并以此形成多个如足球表面似线条分隔的若干个规则形状的框格，浮体外板2与防水型高强光伏板5外形皆为适配相应框格部分的形状，以此对四周的连接杆15进行焊接固定；浮体外板2可采用钢板，而浮体外板2水密后为浮体结构a主要提供浮力；由于外部骨架1类球体式的结构其在海面上的运动形态相对传统结构更加自由，配合锚泊结构可不受风浪条件限制，具有更好的抗风浪性能，使浮体结构a在海上无倾覆风险。
32.如图1-2所示，外部骨架1在水上工作区域顶部设置平台，防水型高强光伏板5铺设在平台上。
33.如图1-2所示，本实施例中，外部骨架1其水上工作区域顶部以及水下浸没区域底部均为平面状，同时浮体外板2布满水下浸没区域的底部平面。以此形成外部骨架1的类球体形状。
34.此外，类球体外部骨架1的框格形状和大小可根据光伏板的实际生产情况确定；整体外部骨架1框架的具体尺寸可结合装机容量、所需搭载的防水型高强光伏板5数量等需求进行进一步确定。
35.本实施例中，防水型高强度光伏板5具有足够的防水特性，使其在触海水后不影响其自身的发电功能，且同时能承受一定程度的海洋环境荷载。防水型高强光伏板5所在的水上工作区域根据与海浪接触与否分为波浪飞溅区域与大气区域，并且防水型高强光伏板5布满水上工作区域，以此可保证浮体结构a在海面上任意运动姿态下均有一定数量的防水型高强光伏板5接触光照从而能正常发电。
36.在实际工程中，由于外部骨架1处于波浪飞溅区域的部分同样需要遭受一定的波浪荷载，因此需要根据具体海况与所选用的防水型高强光伏板5的抗浪能力灵活调整防水型高强光伏板5的布置区域。对于波浪飞溅区域遭受波浪荷载大的位置，即波浪荷载大于防水型高强光伏板5所能承受的海洋环境荷载处，需要用浮体外板2替代防水型高强光伏板5，以此确保浮体结构a的水密性；而对于波浪飞溅区域遭受波浪荷载小的位置，即波浪荷载小于防水型高强光伏板5所能承受的海洋环境荷载处，可直接布防水型高强光伏板5。
37.如图1所示，外部骨架1内部设置内甲板9；内甲板9顶部设置有电器设备箱6，若干块防水型高强光伏板5上电缆统一通过集线管7与电器设备箱6连接；电器设备箱6内引出设置电缆管3。
38.内甲板9上设置甲板加强筋8。甲板加强筋8蛛网状布设在内甲板9内，以增加内甲板9的承载能力。
39.本实施例中，内甲板9为钢结构甲板，内甲板9在外部骨架1内部的设置高度在外部骨架1底部与设计吃水线b之间，较优为设置在外部骨架1的腰部位置与内甲板9平齐，以更有效的保证浮体结构a的结构强度以及海上受力的均匀性。
40.电器设备箱6的箱内可固定放置如逆变器等以及与防水型高强光伏板5进行光电装换的电气设备，电气设备箱6上设置开孔以供电缆管3以及电缆接入和伸出。电缆管3的伸出端穿过浮体外板2伸出至浮体结构a外，其伸出端连接海缆，以便防水型高强光伏板5所发电能经防水型高强光伏板5上的电缆通过集线管7进入电器设备箱6，升压后通过电缆管3统一送出实现海上与海岸间的电力传输。
41.如图1-2所示，内甲板9与外部骨架1内壁之间连接有支撑管4，支撑管4对电缆管3呈导向稳定状态。
42.本实施例中，支撑管4采用钢管，焊接连接于内甲板9底部与外部骨架1内壁之间，支撑管4可竖立设置在内甲板9与外部骨架1底部之间或根据电缆管3的布设情况倾斜设置，以防止电缆管3悬臂过长，增加其稳定性。
43.如图1-2所示，外部骨架1顶部设置进人孔14，进人孔14上设置可打开或封闭的盖板。便于从进人孔14进人从浮体结构a内部对光伏板5以及电器设备箱6进行维护。
44.如图1-3所示，防水型高强光伏板5与连接杆15之间设置密封件53。
45.本实施例中，密封件53包括焊接板51和防水型密封胶条52，焊接板51连接于防水型高强光伏板5四周侧面与连接杆15之间的位置处，同一侧可设置多根焊接板51以增加防水型高强光伏板5与连接杆15间的焊接连接部位，防水型密封胶条52布满除焊接板51的其余空隙处，通过焊接板51和防水型密封胶条52的配合进行密封，保证水密。
46.如图1-2所示，外部骨架1其水下浸没区域的连接杆15上焊接设置与锚泊结构连接的系缆点10。
47.如图1、5-6所示，锚泊结构包括锚固基础13和系泊缆11；锚固基础13的较优选择为桩锚基础，同时针对不同的海床条件与水深情况，亦可以选择其他类型的锚固基础型式，例如吸力锚、拖曳锚等。
48.本实施例中，系缆点10分布在外部骨架1四周的四个方位上与系泊缆11连接，最佳为以外部骨架1内部中心为圆心等角度分布在四周。系缆点10可选择吊耳。
49.如图5-6所示，本实施例中，根据目标工程海域光伏场区的建设容量以及需要可将浮体结构a单个系泊设置，也可多个浮体结构a连接在一起构成阵列系泊设置，以此进行发电。
50.如图5所示，在进行浮体结构a单个系泊设置时，单个浮体结构a独自配合四周的锚泊结构进行单点位置确定，并以此在规定的光伏场区内布置多个不相接触的浮体结构a；如图6所示，在进行浮体结构a阵列系泊设置时，相邻之间的浮体结构a之间设置连接件12，连接件12可采用缆绳或连杆进行连接，而整个浮体结构a阵列共用一套锚泊结构，而此时锚泊结构分布在浮体结构a阵列的四周的边角处，以及阵列情况在四周的中部位置布置锚泊结构，并根据实际设计情况在需要的位置增加锚泊结构在浮体结构a阵列四周的数量。
51.请参阅图1-6，对类球体式海上漂浮式光伏浮体结构进行施工，其施工步骤如下：
52.s1：在陆地上完成对类球体式的外部骨架1进行制作和组装；
53.s2：对浮体外板2与防水型高强光伏板5进行相应规格的确定和加工，并将浮体外
板2与防水型高强光伏板5组装并焊接在外部骨架1外表面的框架部分，以此确保浮体结构a内部的水密；
54.s3：通过将锚固基础13预先安装在目标工程海域的海床上；
55.s4：拖轮通过缆绳浮体结构a上的系缆点10连接，并以此与将浮体结构a拖航至工程海域，并将系缆点10与系泊缆11连接，并根据具体的布置情况，选择相应的浮体结构a系泊布置方式，以此完成浮体结构a的系泊定位安装。
56.以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，包括将所述浮体结构(a)与海底泥面连接的锚泊结构，使所述浮体结构(a)定点漂浮于海面上；其特征在于：所述浮体结构(a)包括外部骨架(1)，以及若干块防水型高强光伏板(5)；所述外部骨架(1)通过若干根线段式的连接杆(15)交叉连接，以此围设形成所述外部骨架(1)的类球体式外形；所述外部骨架(1)于其中部外表面周向方向的所述连接杆(15)处相应形成设计吃水线(b)；所述外部骨架(1)通过所述设计吃水线(b)将其两端分为水下浸没区域和水上工作区域，所述外部骨架(1)在其的所述水下浸没区域外铺设浮体外板(2)，以此对所述水下浸没区域形成水密；若干块所述防水型高强光伏板(5)围设在所述外部骨架(1)的所述水上工作区域外部，以此将所述水上工作区域形成水密，通过所述防水型高强光伏板(5)与所述浮体外板(2)形成所述浮体结构(a)内部的水密状态。2.根据权利要求1所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述外部骨架(1)内部设置内甲板(9)；所述内甲板(9)顶部设置有电器设备箱(6)，若干块所述防水型高强光伏板(5)上电缆统一连接集线管(7)，通过所述集线管(7)与所述电器设备箱(6)连接；所述电器设备箱(6)内引出设置电缆管(3)。3.根据权利要求2所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述内甲板(9)上设置甲板加强筋(8)。4.根据权利要求2所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述内甲板(9)与所述外部骨架(1)内壁之间连接有支撑管(4)，所述支撑管(4)对所述电缆管(3)呈导向稳定状态。5.根据权利要求1所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述外部骨架(1)在所述水上工作区域顶部设置平台，所述防水型高强光伏板(5)铺设在所述平台上。6.根据权利要求1所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述外部骨架(1)顶部设置进人孔(14)，所述进人孔(14)上设置可打开或封闭的盖板。7.根据权利要求1所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述防水型高强光伏板(5)与所述连接杆(15)之间设置密封件(53)。8.根据权利要求1所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，其特征在于：所述外部骨架(1)其所述水下浸没区域的所述连接杆(15)上设置与所述锚泊结构连接的系缆点(10)。9.一种类球体式海上漂浮式光伏浮体的实施方法，用如权利要求1-8任一项所述的一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构进行施工，其特征在于：包括如下步骤：s1：对类球体式的所述外部骨架(1)进行制作和组装；s2：对所述浮体外板(2)与所述防水型高强光伏板(5)进行相应加工，并将所述浮体外板(2)与所述防水型高强光伏板(5)组装并安装在所述外部骨架(1)外表面；s3：通过将锚固基础(13)预先安装在目标工程海域的海床上；
s4：通过拖轮将所述浮体结构(a)拖航至工程海域，并将所述系缆点(10)与系泊缆(11)连接，以此完成对所述浮体结构(a)的系泊定位安装。

技术总结
本发明提供了一种类球体式海上漂浮式光伏浮体结构，包括将所述浮体结构与海底泥面连接的锚泊结构，使所述浮体结构定点漂浮于海面上；所述浮体结构包括外部骨架，以及若干块防水型高强光伏板；所述外部骨架通过若干根线段式的连接杆交叉连接，以此围设形成所述外部骨架的类球体式外形；所述外部骨架与其中部外表面周向方向的所述连接杆处相应形成设计吃水线；所述外部骨架通过所述设计吃水线将其两端分为水下浸没区域和水上工作区域，所述外部骨架在其的所述水下浸没区域外铺设浮体外板；本发明的浮体结构整体呈类球体，结构运动姿态自由，可不受风浪条件限制，具有更好的抗风浪性能，可适用多样的海洋环境。可适用多样的海洋环境。可适用多样的海洋环境。


技术研发人员：戚海峰 姜贞强 王滨 高山 徐健 王刚 赵朝志 沈侃敏 何奔 王德志
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/6/27