海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础。


背景技术：

2.随着内陆及近海区域风资源开采逐渐趋于饱和及国民生活能源需求的进一步增大，加上远海及深海风电建造成本的高昂及复合型产业的发展，海上风电产业开始尝试融入深远海养殖等产业以开展复合产业的研究，从潮间带近海区域走向深海区域。浅海距海岸较近，容易对近海渔业养殖、航道规划等产生影响，与浅海风电相比，深海风电风资源储备量丰富，风资源稳定，具有风速高、风切变低和湍流程度小等优势，对航道规划影响小。深远海的水温适宜，海水交换律好，水中养分充足，相比近海污染小，鱼类生长环境更好。同时，我国深远海风电能源的资源储备量位居世界前列，海洋产品市场需求量大，过度捕捞已减少海洋生物的多样性和丰富性，海上浮式风电产业与深海养殖产业前景广阔，融合度高。
3.目前国内外海上浮式风机的研究尚处于初期阶段，我国正在开展对海上浮式风电的进一步研究，目前主流的海上浮式风电的主要形式有单立柱式、半潜型、张力腿式和驳船式。根据我国海域的环境地理条件，半潜型是目前最适合我国海域浮式风电基础的形式。
4.目前，半潜型的主要形式为柱稳式结构，主体之间通过横撑桁架来连接，通常横撑桁架由众多的支杆构成，这不仅增加了整个浮式基础结构的复杂性，同时又增加了建造及后期维护成本，众多的支杆结构使结构的疲劳问题突出，同时，为保证整个浮式风电结构的稳定性，浮式基础需要达到一定吃水，全钢形式的浮式基础则需要更大的外部压载。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述问题，提供一种海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础，在解决整体结构的疲劳与强度的同时，降低材料使用成本。
6.一种海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础，包括：
7.立柱单元，多组所述立柱单元相互间隔设置围成多边形，所述立柱单元包括垂荡板及立柱，所述立柱设置于所述垂荡板上，所述立柱内填充有混凝土；
8.横撑组件，包括第一横撑杆及第二横撑杆，所述第一横撑杆连接相邻两个所述垂荡板，所述第二横撑杆连接相邻两个所述立柱，所述第一横撑杆及所述第二横撑杆内均填充有混凝土；
9.桁架结构，连接在所述第一横撑杆及所述第二横撑杆之间，所述立柱单元、所述横撑组件和所述桁架结构围成养殖空间；及
10.养殖网箱，安装于所述养殖空间内。
11.在其中一个实施例中，所述垂荡板和所述立柱同轴设置，所述垂荡板的直径大于所述立柱的直径。
12.在其中一个实施例中，所述立柱包括环状结构的内层钢板和外层钢板，所述外层
钢板同轴套设在所述内层钢板外侧，所述外层钢板和所述内层钢板之间的空腔浇筑混凝土。
13.在其中一个实施例中，还包括控制装置，所述控制装置包括智能控制中心及廊道，所述智能控制中心位于所述立柱单元围成的多边形内，所述智能控制中心通过廊道与所述第二横撑杆连接。
14.在其中一个实施例中，所述智能控制中心包括智能环境监测系统、智能饵料投食系统、智能网箱破损预警系统和智能养殖监测系统。
15.在其中一个实施例中，所述多边形为正多边形，所述智能控制中心位于正多边形的中心，所述廊道与所述第二横撑杆相垂直。
16.在其中一个实施例中，还包括下托板，所述下托板位于所述立柱单元围成的多边形内，所述下托板与所述垂荡板连接，所述下托板和所述垂荡板形成的平面承载所述养殖网箱。
17.在其中一个实施例中，所述垂荡板、所述立柱、所述第一横撑杆、所述第二横撑杆、所述桁架结构及所述下托板设有供所述养殖网箱各平面网衣的系点位置。
18.在其中一个实施例中，风力发电的风机设置于其中一个所述立柱上。
19.在其中一个实施例中，所述立柱内设有压载水舱，所述压载水舱通过加载压载水或卸载压载水，以改变所述浮式基础的吃水。
20.上述海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础，立柱内填充有混凝土，第一横撑杆及第二横撑杆内均填充有混凝土，钢混结构形式作为固定压载增加了浮式基础吃水，降低了总体结构用钢量，同时加强了局部结构的刚度与强度，同时作为网箱养殖的主体结构，将风电和深海养殖产业结合，降低了材料使用成本，增加收益。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
22.图1为一实施方式中海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础的结构示意图；
23.图2为图1中立柱的剖视图；
24.图3为图1中第一横撑杆及第二横撑杆内浇筑混凝土的示意图；
25.图4为图1所示海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础的俯视图。
26.附图标记：
27.10
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立柱单元，12
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垂荡板，14
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立柱，142
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内层钢板，144
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外层钢板，20
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横撑组件，22
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第一横撑杆，24
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第二横撑杆，30
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桁架结构，32
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支杆，40
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混凝土，50
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控制装置。52
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智能控制中心，54
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廊道，60
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下托板，62
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连杆。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此实用新型不受下面公开
的具体实施的限制。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
31.请参阅图1，一实施方式中的海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础，可以作为海上浮式风机基础，同时作为海上养殖网箱主体结构。具体地，该海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础包括立柱单元10、横撑组件20、桁架结构30及养殖网箱(图未示)。
32.立柱单元10设有多组，多组立柱单元10相互间隔设置围成多边形。立柱单元10围成多边形的形状可以是三角形、四边形和五边形等，可以根据需要灵活设置。一实施方式中，立柱单元10的数量为三个，三个立柱单元10围成正三角形。
33.具体地，立柱单元10包括垂荡板12及立柱14，立柱14设置于垂荡板12上。一实施方式中，立柱14和垂荡板12同轴设置，一般情况下，垂荡板12的轴向高度小于立柱14的高度。垂荡板12的直径大于立柱14的直径，实现垂荡板12的截面积大于立柱14的截面积，垂荡板12可以增加整个浮式基础的整体阻尼，改善浮式基础的垂荡性能。
34.请一并参阅图2，立柱14是提供整个浮式基础浮力的主要部件，风力发电的风机位于任意一个立柱14之上。具体地，立柱14顶端与风机塔筒16通过法兰连接。立柱14内填充有混凝土40，钢混结构形式作为固定压载增加了浮式基础吃水，降低了总体结构用钢量，同时加强了局部结构的刚度与强度。一实施方式中，立柱14包括内层钢板142及外层钢板144，内层钢板142和外层钢板144为环形结构，外层钢板144同轴套设在内层钢板142的外侧，外层钢板144和内层钢板142之间的空腔浇筑混凝土40。
35.横撑组件20用于连接相邻两个立柱单元10。具体地，横撑组件20包括第一横撑杆22及第二横撑杆24，第一横撑杆22连接相邻两个垂荡板12，第二横撑杆24连接相邻两个立柱14。其中，第一横撑杆22连接垂荡板12的底部，第二横撑杆24位于立柱14中部以上顶部以下区域，便利最大化利用轴向高度，减少外部结构形式的增加。
36.请一并参阅图3，一实施方式中，第一横撑杆22和第二横撑杆24内填充有混凝土40，第一横撑杆22和第二横撑杆24为钢混结构形式，不仅作为浮式基础的固定压载，还可以增加结构的局部刚度与刚度。
37.桁架结构30连接在第一横撑杆22及第二横撑杆24之间，桁架结构30的支杆32为空心钢管，支杆32不与立柱14和垂荡板12直接连接，支杆32的连接节点在第一横撑杆22和第二横撑杆24上。一实施方式中，桁架结构30的典型连接形式可以为k型、t型或kt型连接节点。
38.立柱单元10、横撑组件20和桁架结构30围成养殖空间，养殖网箱安装于养殖空间内。本实施方式中，养殖空间为三棱柱空间，当然，养殖空间的形式不限于三棱柱结构形式。养殖网箱的网衣材料为铜合金，可以减少海洋生物附着，保障水体交换的通畅性，减少病虫害等鱼类疾病。
39.一实施方式中，海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础还包括控制装置50，控制装置50包括智能控制中心52及廊道54，智能控制中心52位于立柱单元10围成的多边形内，智能控制中心52位于养殖网箱的顶部，智能控制中心52通过廊道54与第二横撑杆24连接，每个第二横撑杆24均设置一条廊道54。具体地，立柱单元10围成的多边形为正多边形，智能控制中心52位于正多边形的中心，廊道54与第二横撑杆24相垂直。智能控制中心52可以便于环境监测、数据收集和饵料投食等，每条廊道54沿第二横撑杆24到相邻的立柱14上，廊道54可以便于工作人员往返于立柱14和智能控制中心52。
40.在上述实施例的基础上，进一步地，智能控制中心52包括智能环境监测系统、智能饵料投食系统、智能网箱破损预警系统和智能养殖监测系统。该浮式基础位于深远海，人员在上面工作的时间有限，智能化的管理，可以减少人力成本及突发意外情况的发生，降低投资风险增加综合收益。
41.请一并参阅图4，一实施方式中，海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础还包括下托板60，下托板60位于立柱单元10围成的多边形内，下托板60与垂荡板12连接。具体地，下托板60位于正多边形的中心，下托板60的上平面与垂荡板12的上平面平齐，下托板60和垂荡板12的上平面承载养殖网箱。下托板60作为养殖网箱底部的固定结构形式，可以减少养殖网箱变形与洋流、海洋生物和养殖生物之间的冲撞导致网衣破损。养殖网箱的底部位于垂荡板12的上顶面，可以减少养殖网箱形状的不规则性，便于养殖和管理。本实施方式中，下托板60的形状为三角形，下托板60的三个角通过连杆62与三个垂荡板12连接。当然，下托板60的形状可以为其他形状，在此不作限定。
42.在上述实施例的基础上，进一步地，垂荡板12、立柱14、第一横撑杆22、第二横撑杆24、桁架结构30的支杆32及下托板60均设有供养殖网箱各平面网衣的系点位置，其中，下托板60的中点、端点及1/2中点位置，均设置系点位置。系点位置根据实际浮式基础的几何尺寸及网箱网衣结构形式而定，需要按实际情况做具体参考。养殖网箱的结构形式根据风电浮式基础的结构形式，最大限度的利用柱稳型浮式基础的空间建造养殖网箱，降低深远海养殖的建造成本。
43.一实施方式中，立柱14内设有压载水舱，压载水舱加载压载水可以增加浮式基础的吃水，从而增加养殖网箱的养殖空间。压载水舱卸载压载水可以减少浮式基础的吃水，从而减少养殖网箱的养殖空间。增加养殖网箱的养殖空间便于增大养殖规模，减少养殖生物种群密度，降低鱼类病虫害的发生机率，同时在极端海洋环境时，可以减少浮式基础及养殖产品的损失，减少网箱的养殖空间，便于养殖产品的捕捞。
44.上述海上风力发电及网箱养殖的半潜型浮式基础，钢混结构形式作为固定压载增加了浮式基础吃水，降低了总体结构用钢量，同时加强了局部结构的刚度与强度。风电与渔业养殖相结合，解决了风电产业与深海网箱养殖的矛盾，利用整个浮式基础的立柱14、垂荡板12、横撑杆、支杆32作为养殖网箱网衣的系点位置，相比于同类结构极大的利用了浮式基础的空间，减少了网箱钢结构的用量，降低深远海网箱养殖的前期投入，同时利用半潜型浮式基础加载、卸载压载水，改变浮式基础垂向位置，从而调整网箱养殖空间，改善养殖环境，半潜型浮式基础作为深远海养殖网箱的主体结构，合理利用了浮式基础的空间结构，降低了深远海养殖网箱的建造成本及海上养殖的风险系数。
45.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各
实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。