海上光伏浮式防波系统及防波方法与流程

本发明涉及地下储能，具体地指一种海上光伏浮式防波系统及防波方法。

背景技术：

1、漂浮式水面光伏电站利用水面资源实现光伏发电功能，避免占用宝贵的土地资源，可建设在用电负荷中心，利于就近消纳。随着土地资源的日趋紧张，近年来漂浮式水面光伏发展迅猛。受限于内陆环保及水域面积不大等因素，漂浮式水面光伏出现了逐步向海上发展的趋势。我国海岸线漫长，近海海域广阔，海上水面光伏开发潜力巨大。

2、与内陆水面光伏相比，海上光伏因海浪大、风速高、风浪流耦合复杂等原因，其锚固方面面临更大的挑战。现有技术通常通过高强度的固态形体阻挡波浪，如通过高强度的箱体、挡板或类似结构抵抗海浪的冲击，同时设置强力的锚固系统吸收海浪的冲击能量。

3、例如中国专利一种自适应移动式翼型浮式防波堤(专利号：cn202210994716.2)通过异形消波箱体、移动式挡浪板抵消波浪的冲击力，最终波浪冲击力通过设置的锚固系统吸收，达到防波消浪的效果。但是，单独的加强锚固设计大大提高了海上光伏开发的成本。

4、例如专利一种无锚式柔性防波堤及无锚式柔性防波堤的安装方法(专利号：cn202111524722.3)通过长条柱状结构的柔性膜袋注入水沙混合物使柔性膜袋底部沉入海底压在海床上，通过自重形成柔性防波堤。但是，该方案需要将大量的细沙运送到防波堤布设的海上，为抵抗大的海浪冲击，需要运输的细沙量会非常庞大，另外由于该方案需要将防波堤底部沉入海底固定，在水深较深的海域应用将非常困难。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提出一种海上光伏浮式防波系统及防波方法，该防波系统结构简单，造价低廉，重量轻，布设容易，方便运输；该防波方法操作方便，适用于各种水深的海域。

2、为达到上述目的，本发明所设计的一种海上光伏浮式防波系统，其特别之处在于：包括漂浮在海面上、且内部装填有海水的柔性主浮体，所述主浮体上部设置有对称布置的柔性副浮体，每个所述副浮体内部装填有用于确保主浮体顶端始终露出水面的压缩空气，所述主浮体顶端、且对应于对称布置的所述副浮体之间设置有阀门台，所述阀门台上集成有用于为主浮体和副浮体充填或排出压缩空气、海水的进排气阀门；

3、所述主浮体迎浪侧上部设置有用于在海浪拍击时能够自动打开的常开单向进水口，所述主浮体背浪侧下部设置有用于在主浮体内部海水迎浪扰动时能够自动打开的常开单向排水口；

4、所述主浮体四周还设置有对称布置的锚索，每个所述锚索底端连接有锚块，每个所述锚索顶端连接有用于在极端大风条件下为防波系统提供逆风向水拉力的风动力帆。

5、进一步地，所述主浮体和副浮体为橡胶、pe、hdpe浮体。

6、更进一步地，所述主浮体内部还充填有压缩空气，所述副浮体内部还充填有海水。

7、更进一步地，所述主浮体和副浮体之间不连通。

8、更进一步地，充满海水的所述主浮体的浮体高度大于或等于最小海浪波高，防浪最大不超过10m，防风最大不超过50m/s。

9、进一步地，所述风动力帆包括位于水面上的支架台，所述支架台上端面设置有凹槽，所述凹槽内设置有与凹槽相匹配的立式、环状定子；

10、所述定子环形内侧设置有卡环，所述卡环内部设置有能够自由转动的转子，所述转子环形内侧固定连接有多个叶轮，且每个所述叶轮均朝向外侧倾斜扭曲布置，使得来风吹向位于水面以上的叶轮时，水面以上的叶轮带动转子逆时针旋转，水面以下的叶轮朝向来风方向排挤水流，水流对转子产生逆风方向划水推力，从而抵消来风方向推力；

11、所述支架台对应于凹槽长度方向两侧面分别设置有能够上下调节的限位调节杆，所述定子与每个限位调节杆上端固定连接。

12、更进一步地，所述限位调节杆与支架台之间通过限位锁紧卡槽连接。

13、本发明还设计一种海上光伏浮式防波方法，适用于上述的海上光伏浮式防波系统，其特别之处在于，包括如下步骤：

14、s1)将折叠的主浮体运至海面，通过设置的阀门台向主浮体中注入海水，随着海水不断注入，卷曲的主浮体会逐渐展开；

15、s2)将充填海水的多个主浮体拖拽到防波堤所在位置，通过锚块和锚索将每个主浮体固定在海面上；

16、s3)防波堤固定后，通过阀门台向副浮体注入压缩空气，并根据风浪大小，调整主浮体内部海水量的多少，从而调整浮式防波堤的吃水深浅；

17、s4)将风动力帆连接至锚索顶端。

18、进一步地，s3)中，若海浪波高为0～3m，则主浮体内部海水量空间占比为60％～90％；若海浪波高为3～10m，则主浮体内部海水量空间占比为20％～60％。

19、本发明的优点在于：

20、1、本发明中的主浮体由高强度柔性材料构成，其内部不充填海水时，浮体可折叠压缩，方便运输及布设；其内部充填海水时，浮体整体可依靠加压保持一定的刚性，用以抵抗不同强度的海浪；拍击向浮式防波堤的海浪挤压主浮体结构时，主浮体材料容易变形，主浮体材料会进一步挤压主浮体内部的海水，通过主浮体材料的变形将海浪冲击力传递给主浮体内部的海水，主浮体内部的海水发生扰动，同时在主浮体内部海水压力作用下，设置在主浮体背浪侧下部的常开单向排水口打开，海水从常开单向排水口排出，浮式防波堤系统产生逆海浪方向的拉力；

21、2、本发明中的副浮体位于主浮体顶部，并呈对称布置，用以平衡主浮体在水中的姿态，确保主浮体顶部始终露出水面且朝上；

22、3、本发明设置在主浮体迎浪侧上部的常开单向进水口在海浪拍击时能够打开，吸收部分海浪的冲击和海水，释放部分施加给浮式防波堤系统的冲击力；

23、4、本发明中的风动力帆在大风浪工况下能够自动投入运行，吹向风动力帆的风能被其上设置的风轮捕获，通过齿轮传动转换成逆风方向的拉力，该逆风向拉力作用于浮式防波系统，起到风越大系统越稳定的效果；

24、本发明海上光伏浮式防波系统及防波方法为负反馈运行，来风越大时，反向拉力越大，从而阻止防波系统被吹走，达到降低来风影响的目的；同时该防波系统结构简单，造价低廉，重量轻，布设容易，方便运输，适用于各种水深的海域。

技术特征：

1.一种海上光伏浮式防波系统，其特征在于：包括漂浮在海面上、且内部装填有海水的柔性主浮体(1)，所述主浮体(1)上部设置有对称布置的柔性副浮体(2)，每个所述副浮体(2)内部装填有用于确保主浮体(1)顶端始终露出水面的压缩空气，所述主浮体(1)顶端、且对应于对称布置的所述副浮体(2)之间设置有阀门台(3)，所述阀门台(3)上集成有用于为主浮体(1)和副浮体(2)充填或排出压缩空气、海水的进排气阀门；

2.根据权利要求1所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述主浮体(1)和副浮体(2)为橡胶、pe、hdpe浮体。

3.根据权利要求2所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述主浮体(1)内部还充填有压缩空气，所述副浮体(2)内部还充填有海水。

4.根据权利要求3所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述主浮体(1)和副浮体(2)之间不连通。

5.根据权利要求4所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述主浮体(1)高度为10～20m，充满海水的所述主浮体(1)的浮体高度大于或等于最小海浪波高，防浪最大不超过10m，防风最大不超过50m/s。

6.根据权利要求1所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述风动力帆(8)包括位于水面上的支架台(8-4)，所述支架台(8-4)上端面设置有凹槽(8-41)，所述凹槽(8-41)内设置有与凹槽(8-41)相匹配的立式、环状定子(8-1)；

7.根据权利要求6所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于：所述限位调节杆(8-5)与支架台(8-4)之间通过限位锁紧卡槽连接。

8.一种海上光伏浮式防波方法，适用于如权利要求1～7任一项所述的海上光伏浮式防波系统，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的海上光伏浮式防波方法，其特征在于：s3)中，若海浪波高为0～3m，则主浮体(1)内部海水量空间占比为60％～90％；若海浪波高为3～10m，则主浮体(1)内部海水量空间占比为20％～60％。

技术总结
本发明公开了一种海上光伏浮式防波系统及防波方法。该防波系统包括内部装填有海水的柔性主浮体，所述主浮体上部设置有对称布置的柔性副浮体，每个所述副浮体内部装填有用于确保主浮体顶端始终露出水面的压缩空气，所述主浮体顶端、设置有阀门台，所述阀门台上集成有用于为主浮体和副浮体充填或排出压缩空气、海水的进排气阀门；所述主浮体迎浪侧上部设置常开单向进水口，所述主浮体背浪侧下部设置有常开单向排水口；所述主浮体四周还设置有对称布置的锚索，每个所述锚索底端连接有锚块，每个所述锚索顶端连接有风动力帆。本发明来风越大时，反向拉力越大，而且结构简单，造价低廉，重量轻，布设容易，方便运输，适用于各种水深的海域。

技术研发人员：胡向阳,张涛,刘海波,金乾,袁博,张顺,刘爽,刘一亮,段偲默,吴为果
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19