一種浮體單元及組合式水上平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海上工程基礎(chǔ)設(shè)施、海上發(fā)電裝置和海上工程平臺，尤其是一種在懸浮式浮體單元上集成安裝發(fā)電裝置，并將浮體單元組合構(gòu)成的潛水懸浮式水上平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人類利用能源的方式面臨轉(zhuǎn)型升級，特別是我國以燃煤為主的發(fā)電方式迫切需要用清潔能源取代。海洋能屬于清潔能源，主要包括風(fēng)能、波浪能、太陽能和海流能等，海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積所擁有的能量較小。也就是說，要想得到更多能量，就得從大面積海面或大量的海水中獲得。海洋能具有可再生性，可以說取之不盡，用之不竭。
[0003]海洋占地球表面的70%，是最大的太陽能和風(fēng)能吸收器，風(fēng)能量傳遞速率和風(fēng)速有關(guān)，也和風(fēng)與水相互作用的距離有關(guān)。海洋的波浪能儲量巨大，在每平方公里的海面上，運動著的海浪蘊藏約30萬千瓦的能量，全球可供開發(fā)的波浪能約30億千瓦。
[0004]據(jù)研宄報告，中國海域上空的風(fēng)速估計常年在7米/秒以上，即風(fēng)能功率密度在每平方米200瓦以上，離岸越運，風(fēng)能功率密度越高，總風(fēng)能資源非常可觀。在上海向東一百五十多公里的海域，年平均波浪高度在2米以上，由此推算，那里70米高上空年平均風(fēng)能功率密度在每平方米六百瓦左右?？偟膩碚f，中國海域的風(fēng)能和波浪能資源非常豐富，具有商業(yè)開發(fā)價值。
[0005]波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比，大約95%的波浪能包含在水面與深度為1/4波長的水層里。目前，海浪能發(fā)電裝置可謂五花八門，無非是利用波浪運動的位能差、往復(fù)力、浮力產(chǎn)生動力，主要的利用方法有三種:1.利用海洋波浪推動轉(zhuǎn)換裝置上下運動帶動發(fā)電機發(fā)電；2.利用海洋波浪推動轉(zhuǎn)換裝置前后擺動帶動發(fā)電機發(fā)電；3.把大波浪的低壓水變?yōu)樾◇w積高壓水送入高位水池積蓄起來，再推動下方水輪發(fā)電機發(fā)電。
[0006]中國專利CN201210149837.3，于2012年5月2日公開了一種鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的漂浮式海上發(fā)電平臺，包括平臺主體、浮體式波浪能收集裝置、海風(fēng)能量收集裝置、發(fā)電裝置。所有能量收集裝置收集的流體運動能量都能同步偶合、集中發(fā)電。可望實現(xiàn)安全、長壽命、規(guī)?；?、維護方便、低成本的商業(yè)化應(yīng)用。漂浮式的發(fā)電平臺使可利用的海域面積大大增加。但該發(fā)明的制造難度大、成本高，其自重較大，承載的重量受限，平臺主體漂浮在海面上，抵御海上強風(fēng)浪的生存能力較低。
[0007]據(jù)報道，2013年11月12日，世界第一座海上浮動式風(fēng)力發(fā)電基站在日本福島縣近海投入運營。該浮動式風(fēng)力發(fā)電基站高120米，被三艘拖輪拖到距離福島第一核電站20余公里的海上，并開始發(fā)電。該浮動式風(fēng)力發(fā)電基站的成本高，不能綜合利用波浪能和太陽會K。
[0008]本發(fā)明人于2011年9月6日提交的中國發(fā)明專利CN201110263980.0，公開了風(fēng)光互補波浪發(fā)電站，包括支柱和浮體，支柱固定在海床上，浮體設(shè)有支柱孔，每個支柱孔中套設(shè)有一根支柱，浮體與支柱活動連接并可以相對支柱上下往復(fù)運動；浮體和支柱之間設(shè)有直線發(fā)電機。波浪發(fā)電站由若干獨立的浮體和支柱組成，每一支柱與浮體之間都設(shè)有發(fā)電機，支柱上端設(shè)有風(fēng)力發(fā)電機，浮體上表面設(shè)有太陽能電池。本發(fā)明在波浪的前進方向布置若干安裝有發(fā)電機的浮體和支柱，通過導(dǎo)線連接形成供電網(wǎng)絡(luò)，在較大范圍內(nèi)不間斷采集波浪起伏的能量，將各個發(fā)電機產(chǎn)生的電量通過供電網(wǎng)絡(luò)匯聚，實現(xiàn)持續(xù)供電。該發(fā)明只提出在近海綜合利用風(fēng)能、波浪能和太陽能的解決方案，未能提出在遠離海岸的海域綜合利用海洋能和太陽能的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種適合在深海區(qū)域綜合采集海洋能和太陽能的基礎(chǔ)浮體單元，以及由浮體單元構(gòu)成的多功能水上平臺，浮體單元與水上平臺上都可以安裝發(fā)電裝置。
[0010]本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0011]一種浮體單元，包括設(shè)有中空密閉內(nèi)腔的浮體本體、支承體和用于增加浮體本體承載重量的壓載裝置；所述壓載裝置包括與浮體本體可拆卸連接的配重塊，或，用于向浮體本體內(nèi)注入或排出水的進排水裝置；所述進排水裝置包括泵和設(shè)在浮體單元上的進排水接口，進排水接口與浮體本體的內(nèi)腔連通，進排水接口設(shè)有控制閥；所述支承體與浮體本體設(shè)為整體結(jié)構(gòu)，或，支承體通過可拆卸的安裝方式與浮體本體連接和固定；所述浮體單元能夠浮在水面上；浮體單元通過安裝或移去承載物，或，通過所述進排水裝置向浮體本體內(nèi)腔中注入或排出適量的水，可以使浮體單元下沉或上升；當浮體本體淹沒并懸浮在水面下時，所述支承體的至少一部分露出并保持在水面上。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述支承體包括若干設(shè)在浮體本體上的支承柱，所述支承柱中至少設(shè)有一根浮力平衡支承柱，該浮力平衡支承柱設(shè)為中空結(jié)構(gòu)，其單位體積在水中產(chǎn)生的浮力大于其自身的重量；所述浮體本體懸浮在水面下時，浮力平衡支承柱的至少一部分露出并保持在水面上。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體本體和支承體分別設(shè)有連接裝置，浮體本體通過連接裝置與系泊裝置或其它浮體單元連接；所述支承體通過連接裝置與承載物或其它浮體單元連接。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體本體由鋼筋混凝土、高強度復(fù)合材料或金屬材料制成，浮體本體設(shè)為球形、圓柱形、橢圓形、立方體或長方體結(jié)構(gòu)。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體單元設(shè)有電源線接口、信號線接口、壓縮氣體管道接口以及用于人員或設(shè)備出入的艙門。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體本體內(nèi)設(shè)有水位監(jiān)測裝置，水位監(jiān)測裝置與所述信號線接口電路連接；所述浮體本體內(nèi)設(shè)有進排水設(shè)備，所述進排水設(shè)備通過管道與進排水接口連接。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體單元在水中的定位或連接方式包括下述的一種或一種以上:①浮體本體通過錨鏈或纜繩固定在水底；?浮體單元通過錨鏈或纜繩與水中的固定物連接和固定浮體本體上可拆卸連接若干配重塊浮體單元通過剛性連接構(gòu)件與水中的其它浮體單元連接和固定。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述浮體單元設(shè)有發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置包括與所述支承體連接的波浪能發(fā)電裝置，在支承體上安裝的太陽能發(fā)電裝置，在支承體上安裝的風(fēng)力發(fā)電裝置，以及安裝在浮體本體上面或支承體水下部分的海流發(fā)電裝置。
[0019]一種由浮體單元構(gòu)成的水上平臺，包括若干浮體單元模塊，若干浮體單元模塊連接構(gòu)成水上平臺；所述浮體單元模塊由至少兩個所述浮體單元連接構(gòu)成。
[0020]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述相鄰浮體單元的浮體本體之間通過連接柱相互連接，相鄰支承體之間通過連接梁相互連接；所述連接梁上面設(shè)有臺板，臺板保持在水面上；所述構(gòu)成浮體單元模塊的浮體本體之間的連接方式包括水平方向連接和垂直方向連接；所述浮體單元模塊設(shè)有發(fā)電裝置；所述浮體本體與連接柱之間的連接方式包括固定連接、轉(zhuǎn)動連接和彈性連接；所述支承體與連接梁、相鄰連接梁之間以及連接梁與臺板之間的連接方式包括固定連接、轉(zhuǎn)動連接和彈性連接；所述水上平臺安裝或承載設(shè)定重量的承載物后，至少有一個浮體單元的浮體本體懸浮在水面下，同時使所述浮體單元支承體的至少一部分露出并保持在水面上。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用浮體單元作為海上發(fā)電站的基礎(chǔ)設(shè)施，既可以獨立發(fā)電，也可以組成浮體單元發(fā)電模塊，或?qū)⒏◇w單元連接構(gòu)成具有發(fā)電功能的水上平臺。
[0022]本發(fā)明浮力平衡支承柱，既可以用于支承或安裝其它構(gòu)件，又可以用于平衡浮體單元承載的重量與所受的浮力，使浮體單元在懸浮狀態(tài)受到大于設(shè)定承載重量的外力時，能夠及時平衡浮體單元的浮力，避免浮體單元沉沒，從而保證浮體單元的安全。
[0023]本發(fā)明浮體單元的制造成本相對較低，便于標準化、大批量制造和實施。浮體單元通過連接構(gòu)件連接形成框架結(jié)構(gòu)，不僅重量輕，強度高，而且便于大面積安裝施工。本發(fā)明浮體單元和水上平臺可以用于不同的用途，實現(xiàn)多種功能應(yīng)用。例如用于海上石油與天然氣開采、海上通信基站、跨海交通、旅游、海洋工程等，還可以用于軍事用途。
[0024]本發(fā)明浮體本體懸浮在海面下，受風(fēng)浪的影響小，波浪發(fā)電裝置同時能抑制海浪的搖擺作用，水上平臺高于海面、強度高，具備抵御惡劣海況的能力，從而能夠保證海上整體設(shè)施的安全運行。本發(fā)明實現(xiàn)大面積采集海洋能量，降低發(fā)電成本，提高綜合發(fā)電效益，為大規(guī)模、商業(yè)化開發(fā)利用海洋能源與海洋資源提供了切實可行的解決方案。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明浮體單元固定在水底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明浮體單元懸浮在水中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明浮體單元連接組成水上平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4是圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5是本發(fā)明采用雙層浮體單元連接組成水上平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6是圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖7是本發(fā)明設(shè)有發(fā)電裝置的浮體單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖8是本發(fā)明設(shè)有發(fā)電裝置的浮體單元模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:1、浮體本體，2、支承體，3、波浪能發(fā)電裝置，4、風(fēng)力發(fā)電裝置，5、太