一种漂浮结构及海上大型浮式能源站及其安装方法与流程

1.本发明涉及一种漂浮结构及海上大型浮式能源站及其安装方法。适用于海洋工程领域。


背景技术：

2.目前，单一的海上风电业务已难以形成明显的竞争性配置优势，亟需融合更多相关的产业提高海上风电场的收益，如海上制氢、海上救援等业务。然而，随着海上风电场向深远海发展，多座深水固定式平台(海上变电站、海上制氢站、海上生活平台、海上救援平台)模式的建造、安装成本急剧增加，同时水深的增加将直接导致下部基础在海底的投影面积增大，从而使得上部组块间距离增加，连接步桥设置困难且检修人员后期运维工作量增大。无论从前期投入及后期运维，该型式的能源平台集群都具有明显的劣势，无法满足降本增效、集约用海的发展理念。另一方面，现有的超大型海上浮式结构单个模块体积较大，容易受浮体模块的中垂或中拱变形而导致巨大的受力问题，现有的超大型海上浮式结构与多产业、多业务平台直接结合无法保证电气、制氢等精密设备的可靠运行，对海上风电场正常运作带来影响。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为解决上述技术问题，本发明提供一种汇集海上输变电系统、海上制氢系统、海上生活辅助设施、救援设施等模块的漂浮结构及海上大型浮式能源站及其安装方法。
4.本发明所采用的技术方案是：一种漂浮结构，其特征在于，具有：
5.甲板层；
6.漂浮体，固定安装在甲板层下方，用于为甲板层提供浮力；
7.侧向浮翼结构，固定安装在甲板层两侧，用于提高甲板层的整体稳定性；
8.所述漂浮体具有均匀布置在甲板层下方的球形浮体，相邻两个球形浮体之间通过柔性铰链连接，每个球形浮体的顶部通过悬挂装置与甲板层固定连接。如此，通过漂浮体和侧向浮翼结构使安装在甲板层上的设备能稳定安装在海面上。
9.所述悬挂装置具有固定安装在球形浮体顶部的支座和固定安装在甲板层下方与浮球顶部支座位置对应的支杆，在所述支座的顶部设有与支杆配合的凹槽，在支座内固定安装有弹簧，弹簧的一端固定安装在凹槽底部，弹簧的另一端固定安装在支杆底部。如此，在漂浮体内球形浮体受到海浪作用时，柔性铰链使得相连的两个球形浮体之间允许一定的垂直于海面的相对位移；假设球形浮体在稳定状态时位移为0，球形浮体朝向海面的位移为负位移，球形浮体背向海面的位移为正位移。当球形浮体在海浪的作用向向上移动时，悬挂装置中的弹簧被压缩，悬挂装置拉伸刚度变小，通过悬挂装置中弹簧的压缩来吸收球形浮体正位移所产生的能量；当球形浮体在海浪的作用下向下移动时，悬挂装置中的弹簧被拉伸，悬挂装置拉伸刚度变大，通过悬挂装置中弹簧的拉伸来吸收球形浮体负位移所缠身的
能量，使得球形浮体维持在稳定位置附近缓慢变化，大大降低了传递给甲板层上设备的动力响应。
10.所述侧向浮翼结构具有若干浮筒组，所述浮筒组具有若干个圆柱形浮筒，每个浮筒组内相邻的两个圆柱形浮筒之间通过固定连杆连接，靠近甲板层的圆柱形浮筒通过固定连杆固定安装在甲板层上。
11.所述圆柱形浮筒中部设有分隔板，圆柱形浮筒内在分隔板上部未储氢舱，在圆柱形浮筒顶部设有开孔，圆柱形浮筒内在分隔板下部为用于调节圆柱形浮筒内压载水的压载水舱。如此，通过压载水舱内的水量可以调节圆柱形浮筒的沉浮，便于对海上大型浮式能源站的吃水深度进行调节。
12.一种海上大型浮式能源站，其特征在于：具有上述的一种漂浮体，在所述甲板层上布置有能源站设备室，在甲板层的四周固定安装有用于将能源站固定在指定海域的系泊缆。
13.所述系泊缆通过系缆柱分别固定连接在甲板层的边缘角落位置处。
14.在所述甲板层上为安装侧向浮翼结构的侧边上固定安装有靠船件和海缆保护管。如此便于通过运输船运输到海上大型浮式能源站旁时，便于人员通过靠船件登上海上大型浮式能源站，同时海缆保护管用于保护从海上大型浮式能源站进出的海缆。
15.在甲板层上布设的设备室具有氢能利用区、生产辅助区、输变电区、生活休闲区及逃生救援区，氢能利用区、生产辅助区、输变电区、生活休闲区及逃生救援区之间通过廊道连接；
16.所述氢能利用区布设在甲板层上的左下区域，具有制氢设备间、燃料电池柜、制氢控制室、海水淡化间及海水循环间；
17.所述输变电区布设在甲板层上的右下区域，具有gis室、高压电抗器室、主变压器室及配电室；
18.所述生产辅助区布设在甲板层上氢能利用区与输变电区之间，具有消防泵房、通风机房及柴油机房；
19.所述生活休闲区布设在甲板层上的上部区域，在甲板层上部区域在生活休闲区两侧分别布设有集合区ⅰ和集合区ⅱ，在生活休闲区一侧的集合区外布设有直升机平台。
20.一种海上大型浮式能源站的安装方法，其特征在于：
21.在陆上加工厂内加工制作甲板层、漂浮体及侧向浮翼结构，并在码头上装配连接，设备室可在装配连接完成后焊接装配在甲板层上或与甲板层、漂浮体及侧向浮翼结构一起在加工厂制作成预制舱室，并在加工厂内一起完成装配连接；
22.在码头上对海上大型浮式能源站各部件进行调试；
23.调试完成后由运输船运输至指定海域，运输过程中，对侧向浮翼结构内的圆柱形浮筒内压载水舱注水，使得甲板层位于海平面附近，降低海上大型浮式能源站的重心，保证运输过程中的稳定性；
24.运输至指定海域后，调节圆柱形浮筒内压载水舱内的水量，使甲板层与海面之间的距离达到设计高程，下放甲板层上的海缆保护管及甲板层上的系泊缆，将系泊缆沉入到海底，用于固定海上大型浮式能源站；
25.将海缆牵引安装至海上大型浮式能源站上，完成安装。
26.本发明的有益效果是：上层模块融合了海上风电及制氢模块，可采用自身电能来进行制氢，消纳部分风电，能源结构更为合理，清洁能力利用效率高，能源种类丰富；同时，本发明额外设置生活区块及救援区块，可供本场区甚至临近场区突发事件人员的休息与生活，为海上施工、作业、运维提供便利与支撑，总体上甲板层上各功能分区明确，具有运维方便、功能齐全、能源结构丰富优势；
27.下层浮体的球形浮体设计、柔性铰接设计及其与中间甲板层连接的可变悬挂设计，均可有效降低波浪对整体结构的动力响应作用，降低上层模块精贵电气设备在浮式平台垂荡作用下的振动响应，保障能源岛各模块的可靠平稳运行；
28.本发明海上施工流程简单，无需用到大型海上施工船机进行打桩、吊装等作业，大大降低海上施工周期，使得海上施工窗口期可选择性高，可大幅降低海上施工成本，提高工程经济性。
附图说明
29.附图1是本发明总平面布置图。
30.附图2是本发明甲板层下方漂浮体与侧向浮翼结构布置图。
31.附图3是本发明正视图.
32.附图4是本发明及侧视图。
33.附图5是本发明甲板层上设备室布置图。
34.附图6时本发明甲板层下漂浮体与侧向浮翼结构的示意图。
35.附图7是本发明安装施工过程示意图。
36.图中：1、设备室，11、氢能利用区，12、生产辅助区，13、输变电区，14、生活休闲区，151、集合区ⅰ，152、集合区ⅱ，16、直升机平台，2、甲板层，21、系泊缆，22、靠船件，23、海缆保护管，24、系缆柱，3、漂浮体，31、球形浮体，32、柔性铰链，33、悬挂装置33，4、侧向浮翼结构，41、圆圆柱形浮筒，42、固定连杆，43、储氢舱，44、压载水舱，5、运输船。
具体实施方式
37.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
38.本实施例为一种海上大型浮式能源站，具有甲板层2，在甲板层2上布设设备室1。本实施例中，在甲板层2上布设的设备室1具有氢能利用区11、生产辅助区12、输变电区13、生活休闲区14及逃生救援区，氢能利用区11、生产辅助区12、输变电区13、生活休闲区14及逃生救援区之间通过廊道连接；其中氢能利用区11布设在甲板层2上的左下区域，具有制氢设备间、燃料电池柜、制氢控制室、海水淡化间及海水循环间；其中输变电区13布设在甲板层2上的右下区域，具有gis室、高压电抗器室、主变压器室及配电室；所述生产辅助区12布设在甲板层2上氢能利用区11与输变电区13之间，具有消防泵房、通风机房及柴油机房；其中生活休闲区14布设在甲板层2上的上部区域，在甲板层2上部区域在生活休闲区14两侧分别布设有集合区ⅰ151和集合区ⅱ152，在生活休闲区14一侧的集合区外布设有直升机平台16。如此，在甲板层2上的设备房区域内融合了海上风电及制氢模块，可采用自身电能来进行制氢，消纳部分风电，能源结构更为合理，清洁能力利用效率高，能源种类丰富；同时，本
发明额外设置生活区块及救援区块，可供本场区甚至临近场区突发事件人员的休息与生活，为海上施工、作业、运维提供便利与支撑。
39.本实施例中，在甲板层2的两侧均固定安装有侧向浮翼结构4，该侧向浮翼结构4具有若干浮筒组，每个浮筒组具有若干个通过固定连杆42相互连接的圆柱形浮筒41，靠近甲板层2的圆柱形浮筒41通过固定连杆42固定安装在甲板层2上。在每个圆柱形浮筒41中部设有分隔板，圆柱形浮筒41内在分隔板上部为储氢舱43，在圆柱形浮筒41顶部设有开孔，圆柱形浮筒41内在分隔板下部为用于调节圆柱形浮筒41内压载水的压载水舱44。如此，便于在运输该海上大型浮式能源站时，通过向圆柱形浮筒41内的压载水舱44内注水，使该海上大型浮式能源站的重心向下沉，保证海上大型浮式能源站运输过程中的稳定性，同时在将海上大型浮式能源站布设在海面上时，也可以通过调节圆柱形浮筒41内压载水舱44内的水量，来调节海上大型浮式能源站整体的吃水深度。
40.本实施例中，在甲板层2下方布设有漂浮体3，该漂浮体3具有若干互相连接的球形浮体31，球形浮体31成矩阵式分布在甲板层2下，相邻的两个球形浮体31之间通过柔性铰链32连接。如此，两个球形浮体31之间的柔性铰链32允许两个球形浮体31之间存在相对位移，进而消耗波浪前进的能量，提高甲板层2的稳定性；球形浮体31在各个方向上受力均匀，可有效减小复杂海洋环境中不同方向上的波浪载荷，减小整体结构的转动位移。每个球形浮体31均通过悬挂装置33与甲板层2连接，如此，有效降低了波浪对海上大型浮式能源站整体结构的动力响应作用。在漂浮体3内球形浮体31受到海浪作用时，柔性铰链32使得相连的两个球形浮体31之间允许一定的垂直于海面的相对位移；假设球形浮体31在稳定状态时位移为0，球形浮体31朝向海面的位移为负位移，球形浮体31背向海面的位移为正位移。当球形浮体31在海浪的作用向向上移动时，悬挂装置33中的弹簧被压缩，悬挂装置33拉伸刚度变小，通过悬挂装置33中弹簧的压缩来吸收球形浮体正位移所产生的能量；当球形浮体31在海浪的作用下向下移动时，悬挂装置33中的弹簧被拉伸，悬挂装置33拉伸刚度变大，通过悬挂装置33中弹簧的拉伸来吸收球形浮体负位移所缠身的能量，使得球形浮体31维持在稳定位置附近缓慢变化。
41.本实施例中，甲板层2采用了矩形结构，在甲板层2的四个角落位置均通过系缆柱24连接有系泊缆21，所述系泊缆21用于在将海上大型浮式能源站运输至指定位置后，通过将系泊缆21沉入到海底实现将海上大型浮式能源站固定在指定位置处。
42.本实施例中，在甲板层2上未安装侧向浮翼结构4的侧边上固定安装有用于当运输船运输人员至海上大型浮式能源站旁时方便人员登上海上大型浮式能源站的靠船件22和用于保护进出海上大型浮式能源站内外海缆的海缆保护管23。
43.本实施例中海上大型浮式能源站的安装方法为：
44.在陆上加工厂内加工制作甲板层2、漂浮体3及侧向浮翼结构4，并在码头上装配连接，设备室1可在装配连接完成后焊接装配在甲板层2上或与甲板层2、漂浮体3及侧向浮翼结构4一起在加工厂制作成预制舱室，并在加工厂内一起完成装配连接；
45.在码头上对海上大型浮式能源站各部件进行调试；
46.调试完成后由运输船5运输至指定海域，运输过程中，对侧向浮翼结构4内的圆柱形浮筒41内压载水舱44注水，使得甲板层2位于海平面附近，降低海上大型浮式能源站的重心，保证运输过程中的稳定性；
47.运输至指定海域后，调节圆柱形浮筒41内压载水舱44内的水量，使甲板层2与海面之间的距离达到设计高程，下放甲板层2上的海缆保护管23及甲板层2上的系泊缆21，将系泊缆21沉入到海底，用于固定海上大型浮式能源站；
48.将海缆牵引安装至海上大型浮式能源站上，完成安装。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。