一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统及安装施工方法与流程

1.本发明涉及海上光伏发电技术领域，具体涉及一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统及安装施工方法。


背景技术：

2.海上光伏是新能源发展新的重要领域，发展潜力大、综合效益高、生态环境友好。我国海域面积广阔、海洋太阳能资源丰富，海上光伏将成为未来的主战场。但目前，海上光伏的支撑形式主要是固定式，采用预应力混凝土管桩打入海底泥面中，光伏板通过管桩上的支架固定。固定式海上光伏技术相对成熟，已经在盐碱地、滩涂、近海区域开始建设应用。随着海上光伏不断向中远海发展，固定式光伏形式已不能满足要求，漂浮式海上光伏由于不受水深限制，将成为未来发展的重点方向。
3.如专利号【cn208046527u】公开了一种内置弹性缓冲件的气垫作为漂浮光伏支架的浮体结构形式，能够在气垫下的浪涌左右两侧浪高不同时起到缓冲作用。如专利号【cn109178227a】公开了一种拼装式海上光伏发电平台，其支撑结构为钢筋混凝土箱，能够实现陆上批量预制、海上一体化拖运拼装。如专利号【cn113349129a】公开了一种柔性拼装式海上光伏发电与养殖网箱综合开发平台，采用小单元拼接的阵列结构，具备一定的消浪能力。但上述装置及方法的光伏容量不大，并且在较恶劣的风浪流海况下的结构强度存在不确定性。
4.由于内陆水面光伏所处环境相对平稳，而海洋环境中风浪流条件恶劣，海上漂浮式光伏不能直接照搬内陆水面光伏方案，因此如何适应恶劣的海洋环境是支撑结构系统设计的难点，并且在恶劣的风浪流条件下，如何确保光伏阵列在任意水深的环境中，并防止海水上浪对光伏阵列造成发电影响，同时如何提高平台上光伏阵列发电量的问题也是海上光伏发电需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于，提供一种可以保证结构强度可靠、并应用在任意水深的环境中，防止海水上浪的半潜式海上光伏支撑系统。
6.为此，本发明采用以下技术方案：
7.一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统，包括海上光伏支撑平台，以及将所述海上光伏支撑平台与海底泥面连接的锚泊系统，所述海上光伏支撑平台包括半潜式浮体，以及设置在所述半潜式浮体上承载光伏阵列的光伏平台；所述半潜式浮体底部设有下浮筒；相邻的所述下浮筒之间连接设置有连接浮筒，通过所述连接浮筒与所述下浮筒之间连接形成三角形的主浮力底盘部分；所述主浮力底盘部分从其端点的所述下浮筒上部竖直延伸设置有立柱；所述下浮筒、所述连接浮筒和所述立柱内皆设置压载舱，通过对所述压载舱内注入和排出海水来调整所述半潜式浮体的吃水状态和浮力状态；所述半潜式浮体内
设置加强结构；所述光伏平台设置于所述立柱上，所述半潜式浮体与所述光伏平台之间设置外扩连接结构，通过所述外扩连接结构对所述光伏平台外轮廓呈外扩式连接状态。
8.进一步的：所述加强结构包括设置在所述立柱内部的立柱加强框架，通过所述立柱加强框架将所述立柱内的所述压载舱分隔为多个独立的压载舱舱室。
9.进一步的：所述加强结构包括设置在所述连接浮筒内部的浮筒加强框架，通过所述浮筒加强框架将所述连接浮筒内的所述压载舱分隔为多个独立的压载舱舱室。
10.进一步的：所述下浮筒或所述立柱与所述光伏平台之间连接有立柱撑杆。
11.进一步的：所述外扩连接结构包括连接于所述连接浮筒和所述光伏平台之间的外扩斜撑。
12.进一步的：所述立柱轴线或与所述下浮筒轴线之间同轴设置，或与所述下浮筒轴线之间呈外扩状夹角，所述立柱顶端朝所述光伏平台外部方向延展，增加所述光伏平台的承载面积。
13.本发明的第二目的在于，提供一种对半潜式海上光伏支撑系统进行安装、拖航的实施方式。
14.为此，本发明采用以下技术方案：
15.一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统的安装施工方法，包括如下步骤：
16.s1：在陆地上完成对所述海上光伏支撑平台的组装连接；
17.s2：往所述海上光伏支撑平台内的所述下浮筒和所述连接浮筒内压载舱注水，以满足所述海上光伏支撑平台的拖航工况；
18.s3：通过拖船将所述海上光伏支撑平台拖至目标海域，进一步往所述立柱内的压载舱注水以满足运行工况；
19.s4：在海底泥面内进行所述锚固桩的固定，并通过所述系泊缆索对所述海上光伏支撑平台进行连接；
20.s5：进行所述光伏平台上所述光伏阵列的安装，以及电气系统的布置。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明为对海上光伏阵列具有足够水面浮力和强度，并且通过对其内部加强结构设计，极大增强了恶劣海洋环境的适应性；其次，在支撑系统内部的压载舱，可以通过调节压载容量，满足光伏支撑系统在托运、安装、运行过程中吃水要求，可以防止海水上浪；以及，通过平台外扩的形式，使光伏平台面积远大于下浮筒和连接浮筒围成的海上投影面积，使得平台具有更大供阵列光伏使用的面积，并且利用半潜式浮体具备大倾角的特点布置光伏阵列，以此来进一步提高单个光伏支撑系统的发电量。
附图说明
23.图1为本发明的整体结构示意图；
24.图2为本发明提出的半潜式海上光伏支撑系统受力示意图；
25.图3为本发明海上光伏支撑平台的整体结构示意图；
26.图4为本发明半潜式浮体部分的整体示意图；
27.图5为本发明半潜式浮体部分内部结构透视图；
28.图6为本发明立柱加强框架的结构示意图；
29.图7为本发明浮筒加强框架的结构示意图；
30.图8为本发明光伏平台及阵列的布置示意图。
31.附图中的标记为：1-顶起螺栓；2-紧固螺栓；3-压板；31-帽檐部分；32-帽顶部分；33-沉孔；34-螺栓孔；35-通孔；4-承压螺栓；41-承压部分；5-泄水锥；6-转轮；7-转轮主轴；701-主轴轴头。
具体实施方式
32.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。
33.如图1-8所示，一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统，包括海上光伏支撑平台，以及将海上光伏支撑平台与海底泥面连接的锚泊系统，海上光伏支撑平台包括半潜式浮体1，以及设置在半潜式浮体1上承载光伏阵列19的光伏平台16；半潜式浮体1底部设有下浮筒11；相邻的下浮筒11之间焊接连接设置有连接浮筒13，通过连接浮筒13与下浮筒11之间连接形成三角形的主浮力底盘部分；主浮力底盘部分从其端点的下浮筒11上部竖直延伸设置有立柱12；下浮筒11、连接浮筒13和立柱12内皆设置压载舱，通过对压载舱内注入和排出海水来调整半潜式浮体1的吃水状态和浮力状态，并且也可通过压载舱调节半潜式浮体1的单侧在海上的漂浮高度，以达到利用半潜式浮体1具备大倾角的特点布置光伏阵列19，来提高光伏阵列19的发电量；半潜式浮体1内设置加强结构，加强结构可对压载舱进行独立分隔；光伏平台16设置于立柱12上，半潜式浮体1与光伏平台16之间设置外扩连接结构，通过外扩连接结构对光伏平台外轮廓呈外扩式连接状态，光伏平台16上安放光伏阵列19的承载面积大于半潜式浮体1围设而成的横截面面积。
34.本实施例中，下浮筒11、连接浮筒13和立柱12的数量均为三个，下浮筒11通过连接浮筒13的连接，使主浮力底盘部分更佳的围设呈等边三角形的结构形式，由于其等边三角形结构使主浮力底盘部分具有较高的支撑强度。同时，下浮筒11的横截面面积大于立柱12的横截面面积，以便由下浮筒11提供对立柱12的主要支撑浮力。
35.下浮筒11的形状可为圆柱、圆台、棱柱、棱台结构形式，同时，立柱12的形状也可为圆柱、圆台、棱柱、棱台结构形式，当下浮筒11形状和立柱12形状相同时为最佳。整个海上光伏支撑平台的水线面面积主要由立柱12组成，较小的水线面面积可以避开大部分海洋波浪的频率区间以避免海上光伏支撑平台结构共振。
36.如图1-5所示，立柱12轴线或与下浮筒11轴线平行之间同轴设置，或与下浮筒11轴线之间呈外扩状的钝角夹角，立柱12顶端朝光伏平台16外部方向延展，增加光伏平台16外轮廓周围的连接强度，同时也可扩大光伏平台16外轮廓的坐在位置以此增加光伏平台16的承载面积。
37.本实施例中，光伏平台16为圆盘形式，光伏平台16为钢质桁架结构，光伏阵列19布置在桁架结构的光伏支架上。因此可通过增大光伏平台的承载面积，以此增加光伏阵列19的布置数量，来提高单个海上光伏支撑平台内的光伏发电量。光伏平台16将多个立柱12顶端连接形成三角状连接支架，当光伏平台16面积远大于三个立柱12之间围设的面积时，光伏平台16上设置与单个立柱12单独形成直线连接的加强撑杆，同时光伏平台16对外扩斜撑
15与其连接部分同样形成三角状连接支架，而两组三角状连接支架之间焊接连接形成六角状加强支架。
38.如图6所示，加强结构包括设置在立柱12内部的立柱加强框架17，通过立柱加强框架17将立柱12内的压载舱分隔为多个独立的压载舱舱室。以提高立柱12的整体结构强度，以及形成对立柱12内压载水的分段式注入和排出。
39.如图7所示，加强结构包括设置在连接浮筒13内部的浮筒加强框架18，通过浮筒加强框架18将连接浮筒13内的压载舱分隔为多个独立的压载舱舱室。以提高连接浮筒13的整体结构强度，以及形成对连接浮筒13内压载水的分段式注入和排出。
40.海上光伏支撑平台在调整光伏平台16相对海面所处高度时，可通过对立柱12、下浮筒11和连接浮筒13内压载舱注排水调整。立柱12、下浮筒11和连接浮筒13内的压载舱注入压载水的注水顺序为，先进行下浮筒11压载舱内注水、再进行连接浮筒13压载舱内注水、最后进行立柱12压载舱内注水；而在注水时需保证同类型结构内的多个压载舱舱室同时注水或者沿同一个时针方向对多个压载舱舱室进行对称式的逐一注水，以保证光伏支撑结构的稳定性。而在压载舱舱室排水顺序与上述内容相反。
41.立柱12压载舱内压载水的注入顺序为由下而上，依次进行下端压载舱舱室至上端压载舱舱室的注水过程，而排出顺序则相反。连接浮筒13压载舱内压载水的注入顺序为先两端压载舱舱室，后中间压载舱舱室，并以对称的形式注入，而排出顺序则相反。
42.本实施例中，立柱加强框架17和浮筒加强框架18为具有可供工作人员通行时将多个压载舱舱室连通、并在注排水时将多个压载舱舱室分隔封闭的加强隔板，加强隔板内具有可打开、可封闭的通道孔。
43.如图3-5所示，下浮筒11或立柱12与光伏平台16之间连接有立柱撑杆14，且相邻下浮筒11或立柱12上的立柱撑杆14呈夹角设置，其两者间的夹角部分与光伏平台16底部连接，同时立柱撑杆14的延伸方向与连接浮筒13的轴线方向一致。立柱撑杆14可设置在下浮筒11上表面，也可设置在立柱12底部外表面。
44.如图3所示，外扩连接结构包括连接于连接浮筒13和光伏平台16之间的外扩斜撑15。外扩斜撑15的数量为三根，且外扩斜撑15设置于连接浮筒13的中部。
45.立柱撑杆14和外扩斜撑15为高强度圆钢管。外扩斜撑15的安装角度和长度与光伏平台16的外轮廓的所在位置有关，以此可根据光伏平台16的承载面积进行相应角度以及长度的调整和确定。
46.如图1所示，锚泊系统包括系泊缆索2和锚固桩3；锚固桩3固定设置于海底泥面内，系泊缆索2连接于下浮筒11与锚固桩3之间。锚固桩3为钢筋混凝土结构，锚固桩3底部打入泥面一定深度。系泊缆索2为钢质锚链或张力缆索，分别通过锚链重力或者弹性张力提供系泊回复力。
47.在本实施例中，当水深条件为中远海以内时，可以选用悬链线系泊或张紧式系泊，当水深条件为深远海时，可以选择半张紧式或张紧式系泊。
48.如图2所示为半潜式海上光伏支撑系统受力示意，通过调节压载舱内的储水量，可以使得海上光伏支撑平台的浮心位于稳心之上，整个海上光伏支撑平台具备较稳定的漂浮状态而不易倾覆。此外，三根系泊缆索2产生的锚泊点距离浮心与重心的垂向距离较大，使得海上光伏支撑平台具有较大的恢复力矩，能够在大波浪作用下具有较大的恢复力。
49.一种平台外扩的三立柱半潜式海上光伏支撑系统的安装施工方法，通过对海上光伏支撑平台进行海上定点位置安装，以及提高光伏平台16利用率，增加光伏发电面积的方式，包括如下步骤：
50.s1：在陆地上完成对海上光伏支撑平台的组装连接，通过下浮筒11、立柱12和连接浮筒13的组装连接，并对光伏平台16进行安装，以及立柱撑杆14和外扩斜撑15的连接设置；
51.s2：往海上光伏支撑平台内的下浮筒11和连接浮筒13内压载舱注水，并在下浮筒11内注水时可通过同时往所有下浮筒11内压载舱注水，而在连接浮筒13压载舱内压载水时可通过同时往所有连接浮筒13注水，并且其注水顺序为先两端压载舱舱室，后中间压载舱舱室；以此通过改变压载舱储水量来满足海上光伏支撑平台的拖航工况需求；
52.s3：通过拖船将海上光伏支撑平台拖至目标海域，进一步往立柱12内的压载舱注水以满足运行工况，立柱12压载舱内压载水的注入顺序为由下而上，依次进行下端压载舱舱室注水完毕后切换上一层压载舱舱室的注水过程；
53.s4：在海底泥面内进行锚固桩3的固定，并通过系泊缆索2与其对应位置的下浮筒11底部进行连接，使海上光伏支撑平台保持多个锚固桩3围设的中间；
54.s5：对光伏平台16上光伏阵列19进行安装，以及对光伏阵列19进行电气系统的布置。
55.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。