一种基于多能互补的多产业融合浮式装备

本发明涉及海洋可再生能源发电技术和海洋产业开发技术，特别是涉及一种基于多能互补的多产业融合浮式装备。

背景技术：

1、随着全球能源、资源和环境问题的突出，特别是全球气候变化日趋明显，亟需加快能源绿色低碳转型，海洋能源利用迎来了发展契机。海洋能源包括海风、波浪、太阳辐射等。其中应用最为成熟的当属风能，海上风能资源丰富，发展前景广阔。波浪运动蕴藏着巨大的能量，能量密度高、分布广、易于直接利用、清洁无污染、取之不尽用之不竭。此外，相比陆地光伏，海上光伏土地占用少，发电量却高出5％-10％，原因是水面开阔无遮挡，日照时间长且有水面反射光。

2、虽然海洋可再生能源拥有无限的前景，但传统的单一能源形式的海洋可再生能源装备的建造和运维成本高，并且海洋可再生能源输送和消纳难度大。而深远海养殖、海上制氢、甲烷甲醇合成等新兴海洋产业的开发还面临能源供应不充足和使用的海洋平台不可靠的问题。因此，业界亟待开发出一种结构简单、耐波性好、安全性高、适用水域广、经济性好的基于多能互补的多产业融合浮式装备，既可以有效地利用海上可再生能源，又可以解决海洋产业的能源供应、空间利用问题，对我国海洋资源更高效、更合理的开发利用有着重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于解决上述问题，提供一种基于多能互补的多产业融合浮式装备。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于多能互补的多产业融合浮式装备，其包括浮式基础、大兆瓦水平轴风力发电机组、塔筒、太阳能光伏板、振荡浮子式波浪能装置、养殖网箱、生产生活设施和系泊系统；所述浮式基础用于支撑上部结构，所述浮式基础包括长方形的浮筒、舭龙骨、主立柱、次立柱、主梁、次梁、下甲板、层间柱、层间梁和上甲板；所述舭龙骨设置在所述浮筒的长边的外侧且远离所述浮式基础的横摇中心；所述主立柱和所述次立柱均设置在所述浮筒和所述主梁之间，用于支撑所述主梁，所述次梁布置在所述主梁上部，所述主梁和所述次梁共同组成一个稳固的空间框架，所述下甲板设置于所述空间框架上部；所述层间柱设置在所述下甲板上方，用于支撑所述层间梁，所述上甲板布置在所述层间梁上；所述大兆瓦水平轴风力发电机组通过所述塔筒偏置于所述浮式基础船首对应的短边中点，用于风力发电；所述太阳能光伏板布置于所述上甲板上，用于光伏发电；所述振荡浮子式波浪能装置布设在所述浮筒和所述主梁之间并位于养殖网箱外围，用于波浪能发电；所述养殖网箱布设在所述下甲板下方，在所述浮式基础的镂空区域形成至少一个养殖空间以进行渔业养殖；所述生产生活设施位于所述下甲板上；所述系泊系统连接在所述浮式基础上，用于将所述浮式基础与海床连接，以约束其水平运动。

4、本发明的基于多能互补的多产业融合浮式装备(以下也简称为“浮式装备”)至少具有如下有益效果：

5、(1)本发明的浮式基础属于半潜基础，耐波性好，安全性高，适用性广，经济性好，适应水深范围大，有效荷载大，由于浮筒类似双体船，拥有较长的舭部，因此在浮筒上设置的舭龙骨可以降低浮式装备的横摇响应，本发明提供了一种可靠的海洋平台。

6、(2)本发明的浮式基础内部拥有巨大的空间，通过设置养殖网箱可进行深远海渔业养殖。

7、(3)本发明的浮式基础的浮筒和主梁之间的超长空间用以布设振荡浮子式波浪能装置。振荡浮子式波浪能装置在利用波浪能进行发电的同时，可以降低入射波浪的能量，减小波浪对养殖网箱内部鱼类生活的影响。另外，振荡浮子式波浪能装置安装在养殖网箱的外侧也方便后期维护。

8、(4)本发明的浮式基础具有上下甲板。上甲板用来支撑数量多、质量轻的太阳能光伏板，进行太阳能发电，同时，在优选的技术方案中，在上甲板上还设有若干卫星天线用于构建海上通讯基站。下甲板作为生产生活平台，搭配生产生活设施，在优选的技术方案中，例如可在其上进行喂鱼、收鱼、海水淡化、制氢、储氢、甲烷甲醇合成、海上通讯、环境监测以及生活娱乐等活动。另外，在优选的技术方案中，下甲板上还配备了起重机和直升机停机坪用于人员和物资的转运。

9、(5)在本发明的浮式基础的一侧设有大兆瓦水平轴风力发电机组，方便安装与维护。另外，风力发电可与太阳能、波浪能发电形成多能互补，为生产生活设施提供能源供给。

10、(6)在优选的方案中，本发明的喂收鱼模块在收鱼的同时也会吸收大量的海水至下甲板上，可将分离鱼后的海水直接用于电解水制氢，减小额外抽水的功耗。

11、(7)在优选的方案中，本发明的化学储能模块中的电解制氢系统产生的氧气可用于在养殖网箱中氧气不足时(如阴雨闷热天气时)进行增氧，减小养殖损失。

12、(8)在优选的方案中，由于本发明中的太阳能光伏板和振荡浮子式波浪能装置比大兆瓦水平轴风力发电机组的发电功率小，可将其产生的电能用于浮式基础和系泊系统的外加电流阴极防腐。

13、(9)在优选的方案中，可通过增大系泊锚链的配重块重量、躺地段长度等措施来增大系泊的回复刚度，以增强系泊系统对浮式装备运动的约束。

技术特征：

1.一种基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：包括浮式基础、大兆瓦水平轴风力发电机组、塔筒、太阳能光伏板、振荡浮子式波浪能装置、养殖网箱、生产生活设施和系泊系统；

2.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述浮筒为“日”字型；优选地，“日”字型的所述浮筒的两条长边对应的截面宽度大于三条短边对应的截面宽度；优选地，所述舭龙骨的长度为所述浮筒的长边的1/2-3/4，宽度为0.5米至2米；

3.如权利要求2所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述主梁为“田”字型，包括组成“口”字型的边主梁和组成“十”字型的中主梁，它们均落在所述主立柱之上；

4.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述塔筒的底部位于所述船首的边主立柱上，贯穿所述上甲板和所述下甲板，并与该处的所述主梁和所述次梁固接，用于支撑所述大兆瓦水平轴风力发电机组。

5.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述太阳能光伏板包括支架和光伏板，均匀布置在所述上甲板上。

6.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：在每个所述次立柱上均安装有一台所述振荡浮子式波浪能装置，所述振荡浮子式波浪能装置位于水线面附近；优选地，所述振荡浮子式波浪能装置被配置为根据海域波浪的卓越周期变化来调整其固有运动周期，实现和波浪共振以最大化运动并发电。

7.如权利要求3所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述养殖网箱包括侧面网衣和底面网衣，所述侧面网衣的底部固定在所述浮筒的内侧，所述侧面网衣的顶部固定在所述边主梁的内侧，所述侧面网衣沿高度固定在所述四根角主立柱和四根边主立柱的柱身上，所述底面网衣设置在所述浮筒的底面，由此在所述浮式基础的镂空区域形成至少一个围栏养殖空间以进行渔业养殖。

8.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述生产生活设施包括八个模块，分别为：中控储电模块、环境监测模块、海上通讯模块、生活娱乐模块、仓储模块、喂收鱼模块、化学储能模块和转运模块；所述上甲板上还布置有卫星天线，所述卫星天线与所述海上通讯模块通信连接；优选地，所述太阳能光伏板和所述塔筒之间的上甲板上预留一定的空间，用来布置所述卫星天线；

9.如权利要求1所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述系泊系统为悬链式，将所述浮式基础与海床连接以约束其水平运动；优选地，采用八根系泊锚链连接所述浮式基础，四根位于浮式基础的顶点，另四根位于船首、船尾、左舷、右舷的中点；所述每根系泊锚链的导缆孔布设在所述“日”字型浮筒的底部或主立柱的柱身上；所述每根系泊锚链的起始躺地段附近设有若干配重，以增大系泊系统的回复刚度。

10.如权利要求8所述的基于多能互补的多产业融合浮式装备，其特征在于：所述化学储能模块包括抽水管道、海水过滤系统、海水淡化系统、淡水蓄水池、电解制氢系统、甲烷甲醇合成车间、大型临时储罐和后处理系统；所述抽水管道与所述海水过滤系统连接，用于抽取海水并将其送至所述海水过滤系统过滤；所述海水过滤系统与所述海水淡化系统连接，用于过滤海水并将其送入所述海水淡化系统进行淡化；所述海水淡化系统与所述淡水蓄水池连接，用于淡化海水并将其送入所述淡水蓄水池；所述淡水蓄水池与所述电解制氢系统连接，用于存储淡化后的海水并将其送入所述电解制氢系统内进行电解制氢，产生氢气和氧气；所述电解制氢系统分别与所述甲烷甲醇合成车间和所述大型临时储罐连接，用于将电解水产生的部分氢气输送到所述甲烷甲醇合成车间合成甲烷和甲醇，氧气和另一部分氢气输送到所述大型临时储罐分别存储；所述甲烷甲醇合成车间与所述大型临时储罐连接，用于将产生的甲烷和甲醇输送到所述大型临时储罐分别存储；所述后处理系统与所述大型临时储罐连接，用于对各化工气体进行分离、纯化、加压或液化并进行封装外运。

技术总结本发明公开了一种基于多能互补的多产业融合浮式装备，包括浮式基础、大兆瓦水平轴风力发电机组、塔筒、太阳能光伏板、振荡浮子式波浪能装置、养殖网箱、生产生活设施和系泊系统；浮式基础用于支撑上部结构，大兆瓦水平轴风力发电机组通过塔筒偏置于浮式基础船首对应的短边中点；太阳能光伏板布置于上甲板上；振荡浮子式波浪能装置布设在浮筒和主梁之间并位于养殖网箱外围；养殖网箱布设在下甲板下方，在浮式基础的镂空区域形成至少一个空间以进行渔业养殖；生产生活设施位于下甲板上；系泊系统将浮式装备与海床连接。本发明耐波性好，安全性高，经济性好，适应水深范围大，有效荷载大，可利用多能互补发电进行深海养殖、分解反应和化学储能等。技术研发人员：郑向远,张晟,赵梦洋,江育聪受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院技术研发日：技术公布日：2024/5/27