一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统

1.本发明涉及可再生能源技术以及海洋水上发电领域，特别涉及一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统。


背景技术：

2.当前世界面临着能源紧张、环境污染等问题，随着科学技术的发展，最近几年人们研发了多种新能源发电技术。海洋能源发电技术使用的能源主要包括风能、潮汐能、太阳能、波浪能等清洁能源；充分开发海洋清洁能源，可有效缓解当前全球能源紧张的局面。
3.我国海域面积广阔，海上能源丰富。目前我国已经开始尝试在远海区域设置海上光伏电站。通过海上光伏发电，可以有效提供电能，然而相比于陆地光伏以及内陆水上光伏，难以保障海洋光伏设备在海洋复杂极端天气荷载作用下能够正常稳定运行，海上巨大波浪的冲击作用使得海上光伏设备无法稳定运行的重要原因。因此，为了有效开发海上太阳能的同时，助力海洋能源的高效开发利用，提出一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，通过创造性地将阻尼器的减振动特性以及压载水舱根据不同海上情况精确调整平台浮心的作用相结合，从而最大程度保证发电平台在极端风浪荷载下的稳定性和安全性。


技术实现要素：

本发明提供一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，以海上舱体作为安装的基础，在海上舱体上方布置海上贯通平台以及光伏发电系统，在海上舱体内部布置压载水舱以及摆球阻尼器，导管系统布置在海上舱体内部的上下舱板，通过压载水舱结合导管系统对平台浮心的精确调节以及舱体内部摆球阻尼器对发电平台自身的减振作用，实现发电平台在海上波浪巨大起伏作用下，持续保持发电平台的浮心持续稳定，并抵消平台自身的巨大晃动，保证光伏发电设备的稳定性和安全性，确保光伏设备安全稳定运行。
5.本发明采用以下的技术方案：一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，包括光伏发电系统、海上贯通平台、海上舱体、传感器、导管系统、系泊系统、摆球阻尼器、压载水舱；在海上舱体上方布置海上贯通平台以及光伏发电系统，在海上舱体内部布置压载水舱以及摆球阻尼器，导管系统布置在海上舱体内部的上下舱板，系泊系统由锚链和吸力基础组成，整个平台通过系泊系统固定。
6.光伏发电系统由光伏板和逆变器组成，光伏发电系统设置在海上贯通平台的上部，进行水平放置处理。
7.海上贯通平台的中间有多条纵横贯通的通道，平台的四个方向留有两个圆孔，用于气体导管的铺设。
8.海上舱体的外壳采用钢材料，并经过喷漆防腐蚀处理，舱体内部包括阻尼器布置舱室以及压载水舱，海上舱体的外壳上部留有系泊位置，用于连接锚链，在底部留有四个圆孔，用于铺设进排水管。
9.传感器主要由波浪传感器、气压传感器、液压传感器组成。波浪传感器主要布置在海上舱体与海面交界处，气压传感器主要布置在压载水舱顶板，液压传感器主要布置在压载水舱底板。
10.导管系统主要由气体导管和进排水管组成。气体导管从压载水舱的顶板一直铺设到海上贯通平台上方，进排水管从压载水舱底板铺设到海上舱体外部。
11.系泊系统，其中包括系泊位置，锚链，吸力基础。系泊位置设置在海上舱体的四个方向，根据发电平台的大小以及指定海域的水文情况，决定系泊点的个数。系泊系统采用直上直下的形式。吸力基础采用钢材料，每个吸力基础设置一条锚链，光伏发电系统传输电线通过锚链实现远距离输电传输。吸力基础通过自重贯入和压力贯入，使得吸力基础贯入至海床设计深度。
12.摆球阻尼器主要由阻尼铁索、阻尼铁球、阻尼铁环、阻尼缓冲液压杆、阻尼缓冲磁铁环、阻尼固定铁棒、阻尼器托盘组成。阻尼铁索采用的是高强度抗拉铁索，阻尼铁球为高密度铁球、阻尼铁环固定在阻尼铁球外侧，用于连接阻尼铁索以及阻尼缓冲液压杆。阻尼器托盘上方布置阻尼缓冲磁铁环以及阻尼缓冲液压杆，阻尼缓冲磁铁环通过阻尼固定铁棒固定。
13.压载水舱是海上舱体的核心舱室，压载水舱内布置了传感器以及导管系统。除了导管系统所需的圆孔之外，整个舱室需要密封处理，舱室内所用的材料为高强度铁板，并经过喷漆防腐蚀处理。
14.本发明一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统的优点在于：本发明在实现太阳能高效发电的同时，还可以利用海上贯通平台的分流消波效果以及海上舱体的精确调整平台浮心平衡和阻尼器减缓平台自身振动效果，最大程度地提高发电平台的稳定性。光伏发电系统水平放置于海上贯通平台上，海上贯通平台有多条纵横贯通的通道，可有效对装置附近波浪进行分流消波处理，且能够实现低成本且批量安置于海洋上。导管系统和阻尼器以及压载水舱布置在海上舱体内部，通过导管系统结合压载水舱根据海上风浪环境精确调整平台浮心以及阻尼器的减振作用最大程度稳定平台。系泊系统通过采用钢材质的吸力基础，在实现平台稳定的基础上，可以减少装置的制造费用。
附图说明
15.下面结合附图对本发明专利进一步说明图1是本发明整体外观结构布置示意图图2是本发明整体结构示意图图3是本发明整体外观结构正视图图4是本发明贯通漂浮平台节点图图5是本发明阻尼器节点图图6是本发明传感器节点图图7是本发明装置导管节点图图8是本发明内部结构剖面图图9是本发明系泊系统的示意图。
16.图中：1为光伏发电系统，2为海上贯通平台，3为海上舱体，4为传感器，5为导管系
统，6为系泊系统，7为摆球阻尼器，8为压载水舱；2-1为纵横贯通通道，2-2为贯通漂浮平台外壳；4-1为波浪传感器，4-2为气压传感器，4-3为液压传感器；5-1为气体导管，5-2为进排水管；6-1为系泊位置，6-2为锚链，6-3为吸力基础；7-1为阻尼铁索，7-2为阻尼铁球，7-3为阻尼铁环，7-4为阻尼缓冲液压杆，7-5为阻尼缓冲磁铁环，7-6为阻尼固定铁棒，7-7为阻尼器托盘；
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
18.如图2和8所示，一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统。其中包括：光伏发电系统、海上贯通平台、海上舱体、传感器、导管系统、系泊系统、阻尼器、压载水舱；在海上舱体上方布置海上贯通平台以及光伏发电系统，在海上舱体内部布置压载水舱以及摆球阻尼器，导管系统布置在海上舱体内部的上下舱板，系泊系统由锚链和吸力基础组成，整个平台通过系泊系统固定。
19.在本实施例中，所述光伏发电系统由光伏板和逆变器组成，光伏发电系统设置在浮箱平台的上部，进行水平放置处理，并根据海上贯通平台的大小，对称的分布在平台的四个方向。
20.在本实施例中，所述海上贯通平台的中间有多条纵横贯通的通道，平台的四个方向留有两个圆孔，用于气体导管的铺设。海上波浪冲向发电平台时，通过海上贯通平台的多条纵横通道可以有效对装置附近的波浪进行分流、碎波、消波，从而减小波浪对平台的作用效果。
21.在本实施例中，所述海上舱体的外壳采用钢材料，并经过喷漆防腐蚀处理，舱体内部包括阻尼器布置舱室以及压载水舱。除了铺设导管的圆孔外，其他位置均进行机械密封处理，圆孔与导管之间用硅胶密封处理，保证压载水舱对平台浮心的精确调控。
22.在本实施例中，所述传感器主要由波浪传感器、气压传感器、液压传感器组成。波浪传感器主要布置在海上舱体与海面交界处，用于实时监测发电平台周围波浪水文情况。气压传感器主要布置在压载水舱顶板，用于监测压载水舱内部的气体压强，液压传感器主要布置在压载水舱底板，通过监测水底压强从而得出舱体内部水位。
23.在本实施例中，所述导管系统由气体导管和进排水管组成。气体导管根据海上舱体外部的波浪传感器传输的波浪起伏信号以及压载水舱的气压传感器传输的气压信号决定气体导管的排气以及吸气。进排水管根据海上舱体外部的波浪传感器传输的波浪起伏信号以及压载水舱的液压传感器传输的液压信号决定进出水管的进水以及排水。
24.在本实施例中，所述的系泊系统包括：系泊位置，锚链，吸力基础。系泊位置根据平台大小决定布置的数目，每个系泊位置上设置锚链以及吸力基础。吸力基础通过自重沉贯和吸力沉贯，将基础下沉到预定位置，使得基础贯入至海床上。
25.在本实施例中，所述阻尼器包括：阻尼铁索、阻尼铁球、阻尼铁环、阻尼缓冲液压杆、阻尼缓冲磁铁环、阻尼固定铁棒、阻尼器托盘组成。高强度抗拉阻尼铁索通过阻尼铁环连接阻尼铁球，将平台自身受到的振动能量转化阻尼铁球的动能。阻尼缓冲液压杆连接阻尼铁环，通过液压杆的推力减缓阻尼铁球的摆动程度。阻尼磁铁环用阻尼固定铁板固定，通过磁力减缓铁球的摆动程度。
26.在本实施例中，所述压载水舱是海上舱体采用高强度钢板的内部舱室，在压载水舱内，通过气压传感器和液压传感器以及导管系统的配合，完成海上舱体浮心的调整过程。
27.在本实施案例中，所述一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统调节平台浮心的具体过程为：当发电平台遇到巨大的波浪升起情况时，传感器感应到装置处于巨大波浪的波峰，传感器发送电信号给舱体内部，导管系统开始工作，气体导管排出舱内气体，进排水管开始进水，装置的浮心开始下降，气压传感器和液压传感器同时监测压载水舱内部情况，保证装置浮心一直处于海面以下的指定设计位置，通过降低装置浮心，使得装置减少随波浪上升的高度；当发电平台遇到巨大的波浪下降情况时，传感器感应到装置处于巨大波浪的波谷，传感器发送电信号给舱体内部，导管系统开始工作，气体导管向舱内输送气体，进排水管开始排水，装置的浮心开始上升，气压传感器和液压传感器同时监测压载水舱内部情况，保证装置浮心一直处于海面以下的指定设计位置，通过提高装置浮心，使得装置减少随波浪下降的高度；整个过程最大程度减小装置由于海上巨大波浪所造成的装置自身上下起伏的情况，使得装置在经历巨大海浪前后，装置浮心基本保证稳定在可控的幅度之内。
28.在本实施案例中，所述一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统的摆球阻尼器减缓平台晃动的过程具体为：当发电平台因为巨大的风浪而产生平台的自身晃动时，舱体内阻尼器中的阻尼球因为平台的晃动而自身产生相反的摆动，由于阻尼球是高密度的铁球，很好的将平台晃动的能量转化为自身的动能，同时阻尼器的阻尼缓冲液压杆对阻尼球的摆动进行缓冲，阻尼磁铁环通过磁力很好地限制阻尼球每次的摆动程度，通过摆球阻尼器内部自身的设备，消耗阻尼球的摆动的能量，最后实现稳定减缓平台振动的过程。
29.在本实施案例中，所述一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统的安装过程具体为：将光伏板、海上贯通平台、传感器、海上舱体、摆球阻尼器、导管、吸力基础等运送到装配工厂或者装配码头，并进行发电平台的安装：首先将光伏板组装并固定在海上贯通平台上方。将气体导管、阻尼器、进排水管、传感器依次在海上舱体内部进行安装。安装海上舱体内部设备后，从海上舱体的系泊位置铺设出锚链，连接外部的吸力基础，发电平台的安装工作完成。通过安装船将海上光伏一体化结构的吸力基础同时进行沉放，保证沉放过程中基础在水中垂直度。基础海床接触后，进行吸力沉贯，直至沉贯至海床设计深度，对吸力基础进行密封处理后，一体化安装完成。对发电平台进行试运行，满足运行要求后，工作船只离场，一体化安装过程完成。整个施工过程耗时短，所需施工成本低，简单快捷。
30.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.本发明提出一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统；其中包括：光伏发电系统、海上贯通平台、海上舱体、传感器、导管系统、系泊系统、摆球阻尼器、压载水舱；在海上舱体上方布置海上贯通平台以及光伏发电系统，在海上舱体内部布置压载水舱以及摆球阻尼器，导管系统布置在海上舱体内部的上下舱板，系泊系统由锚链和吸力基础组成，整个发电平台通过系泊系统固定。2.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述光伏发电系统由光伏板和逆变器组成，光伏发电系统设置在浮箱平台的上部，进行水平放置处理，并根据海上贯通平台的大小，对称的分布在平台的四个方向，海上平台上方正中间处留有过道，用于维护人员的检修时通行。3.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的海上贯通平台的中间有多条纵横贯通的通道，平台的四个方向留有两个圆孔，用于气体导管的铺设，圆孔与气体导管之间需用硅胶进行密封处理。4.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的海上舱体的外壳采用钢材料，并经过喷漆防腐蚀处理，舱体内部舱室主要为摆球阻尼器布置舱室以及压载水舱，海上舱体的外壳上部留有系泊位置，用于连接锚链，在底部留有四个圆孔，用于铺设进排水管，圆孔与进排水管之间用硅胶进行密封处理。5.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的传感器主要由波浪传感器、气压传感器、液压传感器组成；波浪传感器主要布置在海上舱体与海面交界处，气压传感器主要布置在压载水舱顶板，液压传感器主要布置在压载水舱底板，每个传感器均通过传输电线连接舱体内部处理器。6.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的导管系统主要由气体导管和进排水管组成；气体导管从压载水舱的顶部一直铺设到海上贯通平台上方，进排水管从压载水舱底部铺设到海上舱体外部，气体导管优选采用玻璃钢材质，进排水管采用钢管，钢管进行防腐蚀处理。7.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的系泊系统，其中包括系泊位置，锚链，吸力基础；系泊位置设置在海上舱体的四个方向，并对称布置各一个；系泊系统采用直上直下的形式，吸力基础采用钢材料，每个吸力基础设置一条锚链，发电平台传输电线通过锚链实现远距离输电传输，吸力基础通过自重贯入和压力贯入，使得吸力基础贯入至海床设计深度。8.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的摆球阻尼器主要由阻尼铁索、阻尼铁球、阻尼铁环、阻尼缓冲液压杆、阻尼缓冲磁铁环、阻尼固定铁棒、阻尼器托盘组成；阻尼铁索采用的是高强度抗拉铁索，根据阻尼铁球的大小，在阻尼铁球的四个方向布置相应根数的阻尼铁索以及阻尼缓冲液压杆，并根据阻尼铁球的最大截面面积，选取的阻尼磁铁环的面积取值为阻尼铁球截面面积的一半。9.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的压载水舱内部的除了导管系统所需的圆孔之外，整个舱室需要机械密封处理；导管系统穿过圆孔后，需要对圆孔周围进行硅胶密封处理。10.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的特征还包括：具有防浪、调整发电平台浮心、减缓发电平台自身晃动的效果，提高发电平台的稳定
性和安全性。11.根据权利要求1所述的一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统，所述的提高发电平台稳定性和安全性的特征表现为当发电平台遇到极端风浪作用时，通过海上舱体调节自身浮心以及摆球阻尼器减振作用，大幅度减少平台因为巨大波浪起伏而导致的发电平台上下颠簸而出现倾覆的可能性，同时保持发电平台全过程的稳定不产生过大的晃动。

技术总结
本发明提出一种压水舱漂浮式海上光伏一体化发电系统。其中包括：光伏发电系统、海上贯通平台、海上舱体、传感器、导管系统、系泊系统、摆球阻尼器、压载水舱；在海上舱体上方布置海上贯通平台以及光伏发电系统，在海上舱体内部布置压载水舱以及摆球阻尼器，导管系统布置在海上舱体内部的上下舱板，系泊系统由锚链和吸力基础组成，整个发电平台通过系泊系统固定。将阻尼器的减振动特性以及压载水舱根据不同海上情况精确调整平台浮心的作用相结合，实现发电系统在海上波浪巨大起伏作用下，持续保持发电系统的浮心持续稳定，并抵消发电系统自身的巨大晃动，从而保证光伏发电设备的稳定性和安全性，确保光伏设备安全稳定运行。确保光伏设备安全稳定运行。确保光伏设备安全稳定运行。


技术研发人员：张雨坤 李大勇 武江 宋启明 蓝艺超 桑志远 吴宇旗
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/4/18