一种浮式海上升压站及海上清洁能源系统的设计方法与流程

本发明涉及海洋工程，尤其是一种浮式海上升压站及海上清洁能源系统的设计方法。

背景技术：

1、海上清洁能源开发利用海上风电、光伏发电和波浪能发电等技术，通过海上升压站集中电能并送入电网，为终端用户提供大规模清洁电力。这种低碳、可再生的能源开发模式对实现“双碳”目标、推进能源绿色低碳转型意义重大，是应对气候变化、实现可持续发展的有力举措。

2、随着深远海浮式风电、浮式光伏平台等能源群建设逐步进入商业化示范阶段，并且部分漂浮式清洁能源平台需要布放在较深海域，离岸距离达几十、上百公里，现有的陆上升压站、固定桩基式的海上升压站不适用于深水使用，如采用海底电缆输送至陆上升压站会导致线路压降大，电能损耗多和投资成本高等问题。

3、因此，从这个阶段开始，布置在深远海且总装机容量较大的海上清洁能源电场亟需设置一种漂浮式海上升压站，就近将汇集来的电能进行升压后传输，一方面能够保证深远海就地升压工作的安全稳定性，另一方面将大幅降低海洋开发利用的成本。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种浮式海上升压站及海上清洁能源系统的设计方法，从而实现将升压站漂浮式设置于海面上，使升压站便于布置于深海海域，并且提出了清洁能源装置群与升压站协同布置的设计方法，保证升压工作安全稳定、降低海洋开发利用成本，便于清洁能源平台的推广。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种浮式海上升压站，包括主体结构及系泊系统，所述主体结构通过所述系泊系统系泊于目标水域；

4、所述主体结构包括下浮体，所述下浮体为圆环形平台构型，所述下浮体的中部为贯穿所述下浮体上下表面的中心通道，所述下浮体的上方设置有上甲板，所述上甲板为中心对称平台构型，所述上甲板的重心与所述下浮体的浮心位于同一重垂线上，所述下浮体上设置有多根立柱，用于支撑所述上甲板，所述主体结构的水线面位于所述立柱处，所述上甲板上布置升压变电系统；

5、还包括电力传输系统，所述电力传输系统用于将需要升压的电传入所述升压变电系统，并将升压后的电传出所述升压变电系统，所述电力传输系统包括连接清洁能源平台与升压变电系统的输入电缆。

6、其进一步技术方案在于：

7、所述上甲板上设置有与所述中心通道对应的通孔；

8、所述电力传输系统还包括输出电缆，所述输入电缆连接所述升压变电系统的输入端，将所述清洁能源平台所发的电传输至所述升压变电系统，所述输出电缆采用坐底固定式海缆；

9、还包括连接电缆，所述连接电缆采用悬浮式动态缆，所述连接电缆的一端依次穿过所述中心通道和通孔后连接升压变电系统的输出端，所述连接电缆的另一端连接所述输出电缆的一端，所述输出电缆将升压后的电流传输至目标并网点。

10、所述输入电缆采用悬浮式动态缆，所述输入电缆的一端连接所述升压变电系统的输入端，所述输入电缆的另一端依次穿过所述通孔和所述中心通道后与清洁能源平台连接。

11、所述系泊系统包括系泊缆，所述系泊缆的一端与所述主体结构连接，所述系泊缆的另一端与系泊点连接；

12、所述系泊系统的数量为多组，以所述下浮体的中心轴线为中心均布。

13、还包括安装于主体结构上的绞车和导缆孔，所述绞车连接所述系泊缆，所述系泊缆穿过所述导缆孔后连接有锚链，所述锚链的末端连接锚固基础，所述锚固基础位于系泊点，所述系泊点为海底。

14、所述系泊点为所述清洁能源平台的甲板，所述系泊缆位于水面以上，所述输入电缆与所述系泊缆并排并固定于所述系泊缆上。

15、一种包括上述浮式海上升压站的海上清洁能源系统的设计方法，包括以下步骤：

16、步骤一：收集现场基础数据，所述基础数据包括海况环境信息和清洁能源系统的工程数据；

17、步骤二：确定海上清洁能源系统的总布局；

18、步骤三：确定浮式海上升压站的系泊方式；

19、步骤四：确定电缆布线方案。

20、作为上述技术方案的进一步改进：

21、对于在清洁能源平台群已存在的情况，

22、步骤二中需要选择最佳的浮式海上升压站布置地点，确保浮式海上升压站的耐波性以及电力传输系统的路径最优；

23、步骤三中对浮式海上升压站进行单独系泊，系泊系统包括连接主体结构的系泊缆，所述系泊缆连接位于海底的锚固基础，所述系泊系统的数量为多组，以所述主体结构的中心轴线为中心均布；

24、步骤四中输入电缆采用悬浮式动态缆，确定输入电缆的方位角和数量。

25、对于清洁能源平台群和浮式海上升压站同时规划设计的情况，

26、步骤二中根据清洁能源平台的数量、尺寸设计清洁能源平台的排布及距离，根据现场基础数据选择位于多个清洁能源平台之中的位置作为浮式海上升压站的安装位置；

27、步骤三中依托浮式海上升压站周围的清洁能源平台进行多点牵缆系泊，在浮式海上升压站的周围采用多组系泊系统均布的方式在海面以上和多个清洁能源平台进行连接，形成一个分布式的牵引网络；

28、步骤四中海上升压站与其周围的清洁能源平台之间采用输入电缆进行电力传输，输入电缆固定于系泊系统的系泊缆上。

29、清洁能源平台群包括风电平台组和波浪能发电平台组，波浪能发电平台组分布于风电平台组外周或间隙处，浮式海上升压站位于风电平台组中央。

30、本发明的有益效果如下：

31、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置以圆环形构型的下浮体为基础的半潜式浮体，使海上升压站在海域中的水动性能良好，保证升压变电系统的稳定运行，从而实现将升压站漂浮式设置于海面上，使升压站便于布置于深海海域，保证升压工作安全稳定、降低海洋开发利用成本，便于清洁能源平台的推广。

32、同时，本发明还存在如下优势：

33、(1)连接电缆采用悬浮式动态缆，一方面为主体结构的位置变化提供连接电缆的缓冲变形余量，使得电缆主体形态较优不会发生张紧断裂情形，即使连接电缆局部冗余，便于变形；另一方面降低连接电缆上端连接处的拉力，确保浮式海上升压站的稳定性，保证风浪袭击下的海上升压站的有效工作。

34、(2)多组系泊系统从下浮体的周围进行均匀系泊，提高系主体结构对各个方向的来流来浪的抵抗能力。结合特殊的主体结构的构型，使浮式升压站不管面对任何方向的来流来浪都能有很好的水动力响应和较优的系泊定位表现，适用于布置在清洁能源平台群的核心位置而不发生碰撞的危险。

35、(3)浮式海上升压站与其周围的清洁能源平台通过系泊缆连接，使清洁能源平台与处于中心位置的浮式海上升压站联动，一方面，可以使清洁能源平台与浮式海上升压站距离近，充分利用海域面积，降低电能损耗；另一方面将系泊系统置于海面以上避免与清洁能源平台的系泊系统干扰，降低海上结构的复杂度，减小了各构件之间的碰撞风险；同时将输入电缆固定于系泊缆上，使输入电缆随着系泊系统运动，不仅避免了输入电缆的缠绕问题，也给输入电缆提供一定的支撑，避免输入电缆独自承担环境载荷力情况提高了系统的安全性。