CN114844444A - 风光渔互补的海上设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风光渔互补的海上设备，该海上设备由多个单元结构阵列而成，该单元结构包括风力发电***、光伏发电***以及网箱养殖***；风力发电***位于光伏发电***的边缘；光伏发电***由多个光伏发电单元阵列而成；光伏发电单元包括浮体单元、光伏组件和光伏发电框架；光伏发电单元之间通过第二连接器连接；光伏发电框架包括第一层框架和第二层框架，浮体单元由多个浮体串联在第二层框架上组成；光伏组件包括光伏支架和光伏板；光伏组件位于第一层框架上；网箱养殖***通过浮体连接在光伏发电***的下方。本发明将风力发电、光伏发电以及网箱养殖结合，实现了风光渔互补；同时使光伏组件位于水面上方，避免波浪对光伏组件的影响，提高了安全性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术以及光伏发电领域中的海上设备，尤其涉及一种风光渔互补的海上设备。
背景技术
光伏是将太阳能直接转化为电能的新型发电装置，在清洁能源发电领域已经得到了初步的使用。目前，由于陆地空间的不足，光伏电站的大规模布置受到了很大的影响。对于陆地空间不足的现象而言，依托海上空间在满足条件的情况下，将光伏布置在海上，形成浮式光伏阵列可以有效地解决这一问题。
而大规模布置的浮式光伏占据一定的海洋区域，影响了这部分海洋区域资源的开发利用。“渔光互补”的提出有效地解决了对光伏布置海域资源利用开发不足的问题，是对浮式光伏的功能性进一步的完善。网箱养殖同样也需要对海洋区域进行大规模占用，因此将浮式光伏和网箱结合，在水上和水下分别进行光伏发电和网箱养殖，增大了对布置海域的利用率，提高经济效益。
在海洋环境中，风能也是一种可再生资源。对风能的利用，目前已经较为成熟，其主要设备是风机。对于单一光伏平台而言，结合风机既提高了平台自身在海上工作的发电量，也通过风机立柱来增大平台的储备浮力。
单独开发或建设太阳能、风能或渔箱养殖项目需要花费巨额的成本，特别是海洋基础建设。海洋的环境十分复杂，基础设施和施工建设要求较高，因此将海上资源统一协调，使其采用共同的基础结构，成本将会大大降低，具有良好的市场前景。
目前现有的技术设备中，如中国专利CN112701994A公布了一种基于风光渔互补的海上设备，此发明的风机与光伏发电装置通过缆绳连接在一起，在海上工作时受波浪环境影响各组件运动幅度较大，不可避免出现各种碰撞问题。同时本发明光伏发电装置的浮体体积较小，在工作过程中出现上浪现象，降低光伏组件的发电效率，使海水腐蚀整个光伏组件，从而减少光伏组件的寿命。
类似地，如中国发明CN209553448U也公开一种结合风机、光伏发电以及网箱养殖的设备。此类发明均为中小型规模，缺少大型设施保障工作的安全性，同时设计较为复杂，模块化设计的程度不高，难以实现批量化生产，不利于后期的保养和维修。
因此，需要通过对自身结构形式的改进，来抵御海上较为恶劣的环境下工作。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的不足之处，本发明提出一种风光渔互补的海上设备，该设备将风力发电、光伏发电以及网箱养殖结合，实现了风光渔互补；同时通过光伏发电***自身结构形式的改进，通过框架连接，并且抬高了整个浮体，使光伏组件位于水面上方，预留了足够的气隙，避免波浪对光伏组件的影响，提高了整个海上设备工作的安全性和稳定性。
技术方案：本发明风光渔互补的海上设备由多个单元结构阵列而成，该单元结构包括风力发电***、光伏发电***以及网箱养殖***；风力发电***位于光伏发电***的边缘；
光伏发电***由多个光伏发电单元阵列而成；光伏发电单元包括浮体单元、光伏组件和光伏发电框架；光伏发电单元之间通过第二连接器连接；
光伏发电框架包括第一层框架和第二层框架，浮体单元由多个浮体串联在第二层框架上组成；
光伏组件包括光伏支架和光伏板；光伏组件位于第一层框架上；
网箱养殖***通过浮体连接在光伏发电***的下方。
第一层框架包括第一连接器、第二连接器、横梁和第一连接管，第一连接管***第一连接器的连接孔中形成方形框架，两根第一连接管之间通过第二连接器和横梁连接。
第二层框架包括第一连接器和第一连接管，第一连接管***第一连接器的连接孔中形成方形框架。
第二连接器由两个大小不同的空心圆柱交叉组成。
风力发电***包括风扇、风机立柱和第一连接器；风机立柱的顶部连接风扇，风机立柱的底部与第一连接器连接。
网箱养殖***包括连接柱、支撑框架以及网衣；连接柱贯穿浮体的连接孔，网衣布置在支撑框架的四周及底部。
浮体侧面开设有中间孔和侧孔，第一连接管穿过中间孔；网箱养殖***通过侧孔与浮体连接。
第一层框架和第二层框架通过第二连接管连接。
光伏支架为由管件拼接而成的屋顶形状的结构。
光伏支架的一边为斜边，该斜边上搭接有多根管件，光伏板布设在管件上。
工作原理：本发明对水面光伏进行优化，并且结合了风能发电与养殖***，通过自身结构形式的整合优化以及对浮体的改造，进而适应海上较为复杂工作环境，使海洋资源被高效率的开发和利用，使设备在海洋风浪环境下稳定运行。
本发明渔光风互补的海上设备包括风力发电***、光伏发电***以及网箱养殖***。风力发电***固定于渔光风互补海上设备的边缘位置，通过风机合理位置的布置有效地提高了对风能的利用，从而最大效率地利用风力发电。光伏发电***的作用除了最基本的发电以外，还是渔光风互补海上设备最基础的部分，这个***中的浮体提供整个设备所需要的浮力，使整个海上设备稳定的漂浮在海面上。网箱养殖***位于水下，连接在光伏发电***里的浮体下。这三个***组合在一起对海洋资源，太阳能和风能进行利用。
风力发电***位于光伏支架上方，通过连接器固定于光伏支架的四角处，合理的位置布置有益于对风能的充分利用，同时风机立柱与整个光伏发电***的连接处通过电力驱动进行转动，以适应不同风向的海上环境，最大效率地利用风能。
光伏发电***的浮体中有三个连接孔，用三根连续的空心钢管插于浮体之中从而将浮体连接在一起。最中间的钢管作为主要连接固定的钢管，旁边的两根钢管作为辅助连接，并且钢管直径小于孔洞直径，让浮体既安全的连接在一起，也做一定程度的运动。光伏支架位于浮体上方，和海面有一定的距离，光伏板固定于光伏支架上，目的是为了在复杂海浪环境下，海水不会上浪到光伏板上，避免了波浪对光伏板的波浪冲击。
网箱养殖***固定在光伏发电***的浮体下方。浮体有4根辅助连接的钢管，网箱养殖***固定在辅助钢管下。通过网衣上的空隙阻碍工作环境中的流载荷，达到阻流的效果。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过对海上光伏发电***，海上风力发电***和海上网箱养殖***的改进，在网箱养殖上方布置了多个光伏板，使其对太阳能进行更高效率的利用。光伏板与海面有相当足的空间，避免了波浪对于光伏板的冲击，从而避免整个光伏组件受损，降低了维修成本。
(2)风机位于光伏发电***的四周，从而对风能进行有效利用。
(3)***结构零件之间的连接均采用空心钢管组装，易于装配与维修。
(4)光伏发电***作为整个设备的主体，其中的浮体提供浮力，其连接部位的优化，避免了将波浪外力传递到整个光伏主体上。同时，光伏板防止太阳光直射水面，能稳定控制睡眠温度，给养殖的鱼类一个良好的生存环境。光伏板与海面有一定的距离，防止海面波浪对光伏发电的影响。
(5)网箱养殖***连接在辅助钢管下，易于安装、拆卸和维修，使得对网箱养殖***作业时不影响整个设备的稳定性。
附图说明
图1是本发明风光渔互补的海上设备中单元结构的轴侧图；
图2是本发明中的风力发电***正视图；
图3是本发明中风力发电***的第一连接器轴测图；
图4是本发明中风力发电***的框架布置图；
图5是本发明中光伏发电***的轴测图；
图6是本发明中的浮体轴测图；
图7是本发明光伏发电***的第二连接器的轴测图；
图8是本发明中光伏发电***的光伏发电框架轴测图；
图9是本发明中光伏发电***的第一层框架轴测图；
图10是本发明的光伏组件轴测图；
图11是本发明网箱养殖***的轴测图；
图12是本发明风光渔互补的海上设备整体结构轴测图。
具体实施方式
如图1所示，本发明风光渔互补的海上设备由多个单元结构阵列而成，每个单元结构包括风力发电***1、光伏发电***2以及网箱养殖***3。风力发电***1固定在风光渔互补海上设备的边缘位置，合理的距离保证对风力的充分利用，从而最大效率地利用风力发电。
光伏发电***2除了最基本的发电以外，还是渔光风互补海上设备基础的部分，这个***中的浮体提供整个设备所需要的浮力，使整个海上设备稳定的漂浮在海面上。网箱养殖***3位于水下，连接在光伏发电***里的浮体下。这三个***组合在一起做到对海洋资源，太阳能和风能的综合利用。
如图2所示，风力发电***1由风扇4、风机立柱5和第一连接器6组成。其中，风扇4为风力发电***1最主要的组成部分，风扇4的中心部位固定在风机立柱5上部。
如图3所示，风机立柱5的顶部连接风扇4，立柱5的底部***第一连接器6的连接孔7中。风机立柱5底部与连接孔7之间通过电力驱动进行转动，风力发电***根据海上环境中风向的变化来调整风机的方位，最大程度的利用风能。
如图4所示，圆钢9和方形钢10通过第一连接器6组成平台的主体框架，8根圆钢9***4个第一连接器6的连接孔8中，并通过螺栓螺母进行固定。上下两个第一连接器6通过方形钢10拼接在一起。风力发电***1分布在平台的四角处，进而对风能进行利用。
如图5所示，该光伏发电***2由多个光伏发电单元阵列而成，该光伏发电单元包括浮体单元、光伏组件和光伏发电框架，该光伏发电单元之间通过第二连接器11连接。
光伏发电框架包括第一层框架和第二层框架，浮体单元由多个浮体12串联在第二层框架上组成。
光伏组件包括光伏支架15和光伏板16；该光伏组件位于第一层框架上。
第一层框架包括第一连接器6、第二连接器11、横梁13和第一连接管，第一连接管***第一连接器6的连接孔中形成方形框架，两根第一连接管之间通过第二连接器11和横梁13连接。
第二层框架包括第一连接器6和第一连接管，第一连接管***第一连接器6的连接孔中形成方形框架。
本实施例中，第一连接管为圆钢9；第二连接管为方形钢10。
如图6所示，该浮体12中部有三个开孔，中间部位开孔放置圆钢9，并完全贯穿，两侧的开孔用来布置网箱养殖***3。浮体12的开孔半径大于贯穿的钢管的半径，使浮体12保留了自由度，在工作的过程中避免将波浪外力传递到整个平台主体。
如图7所示，该第二连接器11为两个大小不同的空心圆柱交叉在一起，作用为连接放置于平台上部的光伏组件，并作为连接结构阵列式分布整个光伏单元，同时还防止平台单元之间的碰撞。
如图8、图9所示，该第二连接器11通过中部圆孔固定在上部的圆钢9上，方形横梁13***分布在两侧圆钢9上的第二连接器11的方形插槽中，本实施例中，每3个方形横梁13为一组，用来放置光伏组件14。
如图10所示，该光伏组件14由光伏支架15以及光伏板16组成，光伏支架15为屋顶形状结构形式，由铝合金方形管件拼接而成。光伏支架15斜边管件搭接着三根不同尺寸的方形管件，利用三根方形管件的高度差，放置光伏板16。
如图11所示，该网箱养殖***3包括连接柱17、支撑框架18以及网衣19，其中，连接柱17是围绕着网箱上部边缘的圆形钢管，连接柱17安装在浮体12中间靠外侧的连接孔中，同时连接孔的半径大于连接柱17的半径，使网箱养殖***3在工作过程中保留一定的运动幅度。
支撑框架18是网箱养殖***3在工作过程中承载波浪-流载荷冲击的重要部件，避免网箱养殖***3出现较大的变形。该支撑框架18由多根纵横交错的方形钢管组成，通过焊接的方式进行连接，构成了网箱养殖***的主体框架。
网衣19布置在支撑框架18的四周以及底部，形成了网箱养殖的养殖区域。同时，通过网衣19上的空隙阻碍工作环境中的流载荷，达到了阻流的效果。
如图12所示，本发明中的第二连接器11和浮体12，使浮体单元与浮体单元之间存在较大的安全距离，同时浮体12的材料为HDPE柔性材料，避免了浮体单元之间的碰撞。
Claims (10)
1.一种风光渔互补的海上设备，其特征在于：由多个单元结构阵列而成，所述单元结构包括风力发电***(1)、光伏发电***(2)以及网箱养殖***(3)；所述风力发电***(1)位于光伏发电***(2)的边缘；
所述光伏发电***(2)由多个光伏发电单元阵列而成；所述光伏发电单元包括浮体单元、光伏组件(14)和光伏发电框架；所述光伏发电单元之间通过第二连接器(11)连接；
所述光伏发电框架包括第一层框架和第二层框架，所述浮体单元由多个浮体(12)串联在所述第二层框架上组成；
所述光伏组件(14)包括光伏支架(15)和光伏板(16)；所述光伏组件位于第一层框架上；
所述网箱养殖***(3)通过浮体(12)连接在光伏发电***(2)的下方。
2.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述第一层框架包括第一连接器(6)、第二连接器(11)、横梁(13)和第一连接管，所述第一连接管***第一连接器(6)的连接孔中形成方形框架，两根第一连接管之间通过第二连接器(11)和横梁(13)连接。
3.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述第二层框架包括第一连接器(6)和第一连接管，所述第一连接管***第一连接器(6)的连接孔中形成方形框架。
4.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述第二连接器(11)由两个大小不同的空心圆柱交叉组成。
5.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于:所述风力发电***(1)包括风扇(4)、风机立柱(5)和第一连接器(6)；所述风机立柱(5)的顶部连接风扇(4)，风机立柱(5)的底部与第一连接器(6)连接。
6.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述网箱养殖***(3)包括连接柱(17)、支撑框架(18)以及网衣(19)；所述连接柱(17)贯穿所述浮体(12)的连接孔，所述网衣(19)布置在支撑框架(18)的四周及底部。
7.根据权利要求3所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述浮体(12)侧面开设有中间孔和侧孔，所述第一连接管穿过所述中间孔；所述网箱养殖***(3)通过侧孔与浮体(12)连接。
8.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述第一层框架和第二层框架通过第二连接管连接。
9.根据权利要求1所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述光伏支架(15)为由管件拼接而成的屋顶形状的结构。
10.根据权利要求9所述的风光渔互补的海上设备，其特征在于：所述光伏支架(15)的一边为斜边，所述斜边上搭接有多根管件，所述光伏板(16)布设在所述管件上。
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