一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础的制作方法

本技术涉及寒区海上固定式光伏发电领域，具体涉及一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础。

背景技术：

1、随着全球传统能源危机问题日益严峻以及绿色环保理念的不断深化，太阳能作为清洁无污染可再生的资源受到世界各国的重视。随着“双碳”战略的提出，我国正致力于构建更加节能环保的新的能源体系，光伏电站的建设对我国能源结构的优化意义重大。然而，陆上和内陆水上光伏建设占地面积较大，用地浪费明显。同时，海上太阳能资源较为丰富，因此，有必要进一步开发建设海上光伏电站。与陆上和滩涂光伏开发不同，海上光伏支撑结构将面临更加复杂的海洋环境，尤其是在寒区海域，除风、浪、流等常规荷载外，还面临海冰荷载的威胁。

2、现有的寒区海上结构物主要有油气平台和风电结构，其通常采用较大直径钢管桩基础，通过自身较大的承载力来实现抗冰防冰；在冰情比较严重的区域通常设置钢制锥体或者斜面结构，此种结构可将冰力减小1/3～2/3；此外，还可使用破冰船，主动干预，达到破冰防冰的目的，但费用较高。相比于上述结构物，寒区海上固定式光伏电站离岸更近，水深更小，系统上部质量很小，结构整体高度较低，对桩基承载力要求较低，同时考虑经济性要求，其桩基础尺度通常较小，主要采用建造成本较低的phc管桩。然而，该类型桩基础在抗冰方面存在较大挑战。结合光伏发电系统的特点，考虑经济性和抗冰性能等因素，亟须研究和发展一种适用于寒区固定式海上光伏电站的抗冰型支撑基础结构，为寒区近海固定式光伏电站的建设提供可行的方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础。本实用新型采用phc管桩和带有驱动机构驱动的小型正倒装钢制锥体组合，具有成本较低，安装简单，控制灵活，抗冰高效的优点。

2、为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

3、一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：自动破冰支撑基础由phc管桩和设置于phc管桩上的小型正倒装钢制锥体组合构成，小型正倒装钢制锥体上连接驱动机构，小型正倒装钢制锥体通过驱动机构驱动从而在phc管桩上进行升降，驱动机构与海上的光伏电站电路连接。

4、进一步的：所述驱动机构包括与小型正倒装钢制锥体固定连接的电动齿轮传动箱和滑轮箱，所述phc管桩上设有沿phc管桩高度方向设置的齿条和滑轨；所述电动齿轮传动箱内设电机、转向轮和设于电机输出端的齿轮、设于电机另一端的收线轮，齿轮与齿条啮合连接，所述电机经控制线缆与海上的光伏电站电路连接，控制线缆进入电动齿轮传动箱内经过转向轮后绕在收线轮上；所述滑轮箱设置与滑轨滑动配合的滑轮。

5、进一步的：在phc管桩桩身相应高度呈径向对称预埋齿条安装部件，在phc管桩桩身相应高度，在径向两端对称预埋滑轨安装部件，齿条安装部件和滑轨安装部件在phc管桩上交替布置，且两者位置呈90°布置；所述小型正倒装钢制锥体、齿条安装部件和滑轨安装部件上粘贴伴热条带。

6、进一步的：所述齿条安装部件和滑轨安装部件均由背板和侧板组成，齿条安装部件设有供控制线缆穿过的线缆槽，齿条安装部件上设有供所述齿条安装的区域，滑轨安装部件上设有供所述滑轨安装的区域。

7、进一步的：所述小型正倒装钢制锥体为上下对称的正倒装型式，小型正倒装钢制锥体具有对称布置的上部锥体和下部锥体，上部锥体和下部锥体的表面由多块扇形板依次拼接组成，上部锥体和下部锥体内部设置锥体主加强板，上部锥体和下部锥体内部的锥体主加强板之间连接锥体交接面内板。

8、进一步的：所述小型正倒装钢制锥体的顶部和底部分别设有上环板和下环板，上部锥体内的锥体主加强板与上环板连接，下部锥体内的锥体主加强板与下环板连接。

9、进一步的：所述扇形板内部竖向布置第一加强肋骨，扇形板中间位置处横向布置第二加强肋骨；所述锥体交接面内板上轴向均匀布置多条第三加强肋骨，多条第三加强肋骨与锥体主加强板位置交错相间，锥体交接面内板上环向布置第四加强肋骨。

10、进一步的：所述锥体交接面内板上开设齿条安装部件通过槽和滑轨安装部件通过槽，所述驱动机构与锥体交接面内板固定连接。

11、进一步的：所述phc管桩顶部连接的上部支架上或phc管桩顶部平台上设置海冰监测探头；所述自动破冰支撑基础设有多个，多个自动破冰支撑基础设于海上冰区内的光伏场区。

12、本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

13、1、本实用新型采用的phc管桩经济性好，工艺成熟，与海上光伏低成本低收益的开发特点相匹配，且可提供较好的竖向承载力，为锥体结构运动破冰提供支撑。

14、2、本实用新型正倒装钢制锥体采用小尺度且可运动的形式，设置可满足破冰要求的锥角，与常规固定式破冰锥相比，其高度不会受场区冬季水位变化的影响，锥直径不会很大，结构刚度较好，无冰期可将锥体调节到大气区，避免因增加锥体而造成波流荷载增大，此外，钢制锥体也可起到消除海冰对phc管桩磨蚀的作用。

15、3、本实用新型小型正倒装钢制锥体运动有齿条、电动齿轮传动箱内部电机、齿轮、滑轮和滑轨安装部件的限制和约束，保证锥体破冰稳定；同时，在关键部位布置伴热条带，避免发生结冰堵塞现象，可保证小型正倒装钢制锥体上下运动稳定顺滑，保障破冰的可靠性和稳定性。

16、4、电动齿轮传动箱内部电机由海冰监测探头的实时监测结果反馈控制，通过对海平面透光程度的监测，判断平整冰的存在与否，从而实现锥体运动自动控制，实现主动破冰；实现根据冰情变化完成破冰的管理，实现自动化破冰，减少人的工作，方便整个光伏电场的抗冰管理。

17、5、该组合式的抗冰基础将phc管桩和钢制锥体组合，锥体可单独制作，工艺成熟，用钢量小，phc管桩沉桩完成后，单独装配破冰锥装置，施工简单，与常规的抗冰钢管桩相比，经济性更好；此外，方案可形成产品化，可在冰区海上光伏电场大规模推广应用，配合海冰监测管理系统，有利于冰区海上光伏的规模化开发和智能化运维管理。

技术特征：

1.一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：自动破冰支撑基础由phc管桩(1)和设置于phc管桩(1)上的小型正倒装钢制锥体组合构成，小型正倒装钢制锥体上连接驱动机构，小型正倒装钢制锥体通过驱动机构驱动从而在phc管桩(1)上进行升降，驱动机构与海上的光伏电站电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述驱动机构包括与小型正倒装钢制锥体固定连接的电动齿轮传动箱(7)和滑轮箱(12)，所述phc管桩(1)上设有沿phc管桩(1)高度方向设置的齿条(81)和滑轨(91)；所述电动齿轮传动箱(7)内设电机(73)、转向轮(76)、设于电机(73)输出端的齿轮(71)、设于电机(73)另一端的收线轮(74)；齿轮(71)与齿条(81)啮合连接，所述电机(73)经控制线缆(75)与海上的光伏电站电路连接，控制线缆(75)进入齿轮传动箱(7)内，经过转向轮(76)绕在收线轮(74)上；所述滑轮箱(12)设置与滑轨(91)滑动配合的滑轮(121)。

3.根据权利要求2所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：在phc管桩(1)桩身相应高度呈径向对称预埋齿条安装部件(8)，在phc管桩(1)桩身相应高度，在径向两端对称预埋滑轨安装部件(9)，齿条安装部件(8)和滑轨安装部件(9)在phc管桩(1)上交替布置，且两者位置呈90°布置；所述小型正倒装钢制锥体、齿条安装部件(8)和滑轨安装部件(9)上粘贴伴热条带(10)。

4.根据权利要求3所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述齿条安装部件(8)和滑轨安装部件(9)均由背板和侧板组成，齿条安装部件(8)设有供控制线缆(75)穿过的线缆槽，齿条安装部件(8)上设有供所述齿条(81)安装的区域，滑轨安装部件(9)上设有供所述滑轨(91)安装的区域。

5.根据权利要求1所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述小型正倒装钢制锥体为上下对称的正倒装型式，小型正倒装钢制锥体具有对称布置的上部锥体和下部锥体，上部锥体和下部锥体的表面由多块扇形板(3)依次拼接组成，上部锥体和下部锥体内部设置锥体主加强板(5)，上部锥体和下部锥体内部的锥体主加强板(5)之间连接锥体交接面内板(4)。

6.根据权利要求5所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述小型正倒装钢制锥体的顶部和底部分别设有上环板(2)和下环板(13)，上部锥体内的锥体主加强板(5)与上环板(2)连接，下部锥体内的锥体主加强板(5)与下环板(13)连接。

7.根据权利要求5所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述扇形板(3)内部竖向布置第一加强肋骨(61)，扇形板(3)中间位置处横向布置第二加强肋骨(62)；所述锥体交接面内板(4)上轴向均匀布置多条第三加强肋骨(63)，多条第三加强肋骨(63)与锥体主加强板(5)位置交错相间，锥体交接面内板(4)上环向布置第四加强肋骨(64)。

8.根据权利要求5所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述锥体交接面内板(4)上开设齿条安装部件通过槽(41)和滑轨安装部件通过槽(42)，所述驱动机构与锥体交接面内板(4)固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，其特征在于：所述phc管桩(1)顶部连接的上部支架(15)上或phc管桩(1)顶部平台上设置海冰监测探头(11)；所述自动破冰支撑基础设有多个，多个自动破冰支撑基础设于海上冰区内的光伏场区。

技术总结
本技术提供了一种适用于冰区海上光伏的自动破冰支撑基础，所述自动破冰支撑基础由PHC管桩和设置于PHC管桩上的小型正倒装钢制锥体组合构成，小型正倒装钢制锥体上设置驱动机构，小型正倒装钢制锥体通过驱动机构驱动从而在PHC管桩上进行升降运动，驱动机构与海上的光伏电站电路连接。本技术采用PHC管桩和带有驱动机构驱动的小型正倒装钢制锥体组合，具有成本较低，安装简单，控制灵活，抗冰高效的优点。

技术研发人员：李炜,王刚,张宝峰,赵悦,熊根,蔡丽,任修迪,高山,夏艳慧,黄国香
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：20221208
技术公布日：2024/1/12