一种漂浮式海上输电装置

1.本发明涉及海上输电技术领域，尤其是涉及一种漂浮式海上输电装置。


背景技术：

2.海上风电资源是优质的新能源资源之一，对电力低碳转型具有重要意义。目前，我国海上风电产业正从近海向深远海发展，而如何将深远海场景下风力发电机所产生的电能传送回陆地电力系统是一个不得不考虑的问题。海底电缆是目前海上输电最常用的一种方式，但考虑到海底电缆输电的铺设施工难度大、技术复杂。因此，在深远海场景下的长距离送电方案中，采用技术成熟的高压交流架空输电方式更加合适。
3.在现有技术中，通常采用在输电杆塔的下方设置浮式结构，以满足输电杆塔在海上的建造需求，而现有的浮式结构所处的位置相当于是悬浮固定于海水某一深度的位置，当遇到海平面上升时，可能会导致输电杆塔沉浸得越来越深，甚至被海水完全淹没，极大影响了输电可靠性，当遇到海平面下降时，可能会导致整个浮式结构下降，若所处海域的深度较小，则可能使得浮式结构直接接触海床，从而因受到作用力而造成损坏。


技术实现要素：

4.本发明提供一种漂浮式海上输电装置，通过输电塔结构下方设置至少一个立柱，且立柱包括具有气体容置腔的浮力舱，浮力舱内存在气体以产生与整体装置重力相平衡的浮力，确保漂浮支撑结构能够在海面上漂浮，降低了因海平面下降而接触海床的风险，同时，能够确保输电塔结构受浮力舱的浮举力而始终处于海面上方，避免浸泡在海水之中。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种漂浮式海上输电装置，包括输电塔结构以及设于所述输电塔结构下方的漂浮支撑结构；
6.所述漂浮支撑结构包括系泊定位组件和设于所述输电塔结构下方的至少一个立柱；
7.所述立柱包括浮力舱和设于所述浮力舱下方的压载舱；
8.所述系泊定位组件的一端与所述立柱连接，所述系泊定位组件的另一端设于海底；
9.所述浮力舱内具有气体容置腔，所述压载舱内具有液体容置腔；所述输电塔结构受所述浮力舱的浮举力而设于海面上方。
10.作为优选方案，所述漂浮支撑结构还包括支撑平台；
11.所述支撑平台设于所述输电塔结构的下方；所述支撑平台的底部设有至少一个所述立柱。
12.作为优选方案，所述支撑平台的底部设有若干所述立柱；
13.所述系泊定位组件连接于所述立柱的底部；
14.所述立柱内靠近所述支撑平台的一侧设有所述浮力舱，所述立柱内靠近所述系泊定位组件的一侧设有所述压载舱。
15.作为优选方案，所述支撑平台的底部设有一个所述立柱；
16.所述立柱还包括设于所述浮力舱和所述压载舱之间的连接部；
17.所述浮力舱设于所述支撑平台的底部，所述连接部的一端连接于所述浮力舱的底部，所述压载舱连接于所述连接部的另一端；
18.所述系泊定位组件的一端连接于所述连接部的外壁。
19.作为优选方案，所述漂浮支撑结构还包括若干撑杆和踩水板；
20.若干所述立柱之间连接有所述撑杆；
21.每个所述立柱的底部设有所述踩水板；
22.所述系泊定位组件连接于所述踩水板的底部。
23.作为优选方案，所述系泊定位组件包括若干系泊线和锚固件；
24.每条所述系泊线的一端与所述立柱连接，每条所述系泊线的另一端与所述锚固件连接；所述锚固件设于海底。
25.作为优选方案，所述系泊线通过悬链式系泊方式或张紧式系泊方式连接于所述立柱和所述锚固件之间。
26.作为优选方案，所述输电塔结构包括输电塔体、用于支撑架空地线的地线横担和若干用于支撑三相架空输电线路的导线横担；
27.所述地线横担设于所述输电塔体的顶部；
28.所述若干导线横担设于所述输电塔体的侧壁上；
29.所述输电塔体的下方设有至少一个所述立柱。
30.作为优选方案，所述输电塔体包括塔头部、塔身部和塔脚部；
31.所述地线横担设于所述塔头部的顶部；
32.所述若干导线横担同侧设于所述塔身部的侧壁上或者在所述塔身部相对两侧的侧壁上分布设置；
33.所述塔脚部的下方设有至少一个所述立柱。
34.作为优选方案，所述立柱呈圆柱状或方柱状。
35.相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，通过输电塔结构下方设置至少一个立柱，且立柱包括具有气体容置腔的浮力舱，浮力舱内存在气体以产生与整体装置重力相平衡的浮力，确保漂浮支撑结构能够在海面上漂浮，降低了因海平面下降而接触海床的风险，同时，能够确保输电塔结构受浮力舱的浮举力而始终处于海面上方，避免浸泡在海水之中。
附图说明
36.图1是本发明提供的漂浮式海上输电装置的一个优选实施例的结构示意图；
37.图2是图1中的立柱的剖视图；
38.图3是本发明提供的漂浮式海上输电装置的另一个优选实施例的结构示意图；
39.图4是本发明实施例中采用张紧式系泊方式的漂浮式海上输电装置的结构示意图；
40.图5是本发明实施例中采用多横担结构的漂浮式海上输电装置的结构示意图；
41.其中，1、立柱；101浮力舱；102、压载舱；103、连接部；2、支撑平台；3、撑杆；4、踩水
板；5、系泊线；6、锚固件；7、地线横担；8、导线横担；9、塔头部；10、塔身部；11、塔脚部。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.参见图1至图5，本发明实施例提供一种漂浮式海上输电装置，包括输电塔结构以及设于所述输电塔结构下方的漂浮支撑结构；
44.所述漂浮支撑结构包括系泊定位组件和设于所述输电塔结构下方的至少一个立柱1；
45.所述立柱1包括浮力舱101和设于所述浮力舱101下方的压载舱102；
46.所述系泊定位组件的一端与所述立柱1连接，所述系泊定位组件的另一端设于海底；
47.所述浮力舱101内具有气体容置腔，所述压载舱102内具有液体容置腔；所述输电塔结构受所述浮力舱101的浮举力而设于海面上方。
48.值得说明的是，本实施例的输电塔结构采用架空输电方式以解决在深远海场景下的海上风电场长距离电力输送的难题，相较于海底电缆输电方式，本实施例能够显著降低施工难度。
49.具体地，本实施例所提供的漂浮式海上输电装置包括输电塔结构以及设于输电塔结构下方的漂浮支撑结构，输电塔结构用于实现海上架空输电，漂浮支撑结构用于确保输电塔结构始终处于海平面的上方，从而确保输电可靠性。
50.进一步地，漂浮支撑结构包括系泊定位组件和设于输电塔结构下方的至少一个立柱1，立柱1包括具有气体容置腔的浮力舱101和具有液体容置腔的压载舱102。通过在浮力舱101的气体容置腔内填充气体，用以产生与整体装置重力相平衡的浮力，能够确保漂浮支撑结构漂浮于海面上，进而能够确保输电塔结构处于海平面的上方。通过在压载舱102的液体容置腔内填充液体，如海水，能够调节漂浮支撑结构的重心，确保装置整体结构保持稳定而不倾覆。通过系泊定位组件的一端与立柱1连接，另一端设于海底，能够起到整体装置的定位作用。
51.作为优选方案，所述漂浮支撑结构还包括支撑平台2；
52.所述支撑平台2设于所述输电塔结构的下方；所述支撑平台2的底部设有至少一个所述立柱1。
53.值得说明的是，本实施例中的漂浮支撑结构还包括支撑平台2，通过支撑平台2设于输电塔结构的下方，能够有效提高输电塔结构的安装稳定性，从而能够提高输电可靠性。
54.作为优选方案，所述支撑平台2的底部设有若干所述立柱1；
55.所述系泊定位组件连接于所述立柱1的底部；
56.所述立柱1内靠近所述支撑平台2的一侧设有所述浮力舱101，所述立柱1内靠近所述系泊定位组件的一侧设有所述压载舱102。
57.值得说明的是，本实施例中的漂浮支撑结构采用半潜式浮式结构，在支撑平台2的
底部设有若干立柱1，如图1所示。每根立柱1的内部均为中空结构，可以分隔成为漂浮支撑结构提供浮力的浮力舱101以及布置压载的压载舱102，如图2所示。
58.作为其中一种优选实施例，所述支撑平台2的横截面呈矩形状，则支撑平台2的底部设有四根立柱1，且该四根立柱1分别靠近支撑平台2底部的四个端点进行设置，从而能够提高漂浮支撑结构的稳定性，进而能够提高输电可靠性。
59.作为优选方案，所述支撑平台2的底部设有一个所述立柱1；
60.所述立柱1还包括设于所述浮力舱101和所述压载舱102之间的连接部103；
61.所述浮力舱101设于所述支撑平台2的底部，所述连接部103的一端连接于所述浮力舱101的底部，所述压载舱102连接于所述连接部103的另一端；
62.所述系泊定位组件的一端连接于所述连接部103的外壁。
63.值得说明的是，本实施例中的漂浮支撑结构采用单立柱1式浮式结构，在支撑平台2的底部设有一个立柱1，如图3所示，所述立柱1还包括设于浮力舱101和压载舱102之间的连接部103，浮力舱101位于立柱1的上部且位于支撑平台2的底部，对支撑平台2及输电塔结构起到支撑作用，浮力舱101内存在气体，其排水量大于整个漂浮支撑结构和其他负责的总重量，使得漂浮支撑结构能够漂浮于海面上，压载舱102位于立柱1的下部，为漂浮支撑结构调整重心，使得装置整体结构保持稳定而不倾覆。
64.作为其中一种可选的实施例，位于立柱1中部的连接部103的一端与浮力舱101刚性连接，另一端与压载舱102刚性连接。
65.作为其中一种优选实施例，所述立柱1设于支撑平台2底部的中心位置，即支撑平台2与立柱1为同轴设置，能够提高漂浮支撑结构的稳定性，进而能够提高输电可靠性。
66.作为优选方案，所述漂浮支撑结构还包括若干撑杆3和踩水板4；
67.若干所述立柱1之间连接有所述撑杆3；
68.每个所述立柱1的底部设有所述踩水板4；
69.所述系泊定位组件连接于所述踩水板4的底部。
70.值得说明的是，本实施例通过在若干立柱1之间连接撑杆3，能够进一步提高漂浮支撑结构的稳定性，此外，不同立柱1之间所连接的撑杆3的数量可以为一个或一个以上，本实施例在此不作具体限定。
71.进一步地，通过在每个立柱1的底部设有踩水板4，能够在一定程度上减小漂浮支撑结构在海水中的垂荡运动，从而能够提高输电可靠性。
72.作为优选方案，所述系泊定位组件包括若干系泊线5和锚固件6；
73.每条所述系泊线5的一端与所述立柱1连接，每条所述系泊线5的另一端与所述锚固件6连接；所述锚固件6设于海底。
74.具体地，由于锚固件6固定设于海底，而与锚固件6连接的系泊线5的一端与立柱1连接，因此通过若干系泊线5和锚固件6的配合能够避免漂浮支撑结构偏离预设位置，从而起到定位的作用，同时，系泊线5能够通过自身的重力来提供回复力。
75.作为优选方案，所述系泊线5通过悬链式系泊方式或张紧式系泊方式连接于所述立柱1和所述锚固件6之间。
76.值得说明的是，对于深度不同的深水海域，本实施例的系泊线5通过不同的系泊方式连接于立柱1和锚固件6之间。如图1、图3及图5所示，系泊线5采用悬链式系泊方式，悬链
式系泊结构通常为钢链(也叫锚链)结构，由若干链环连接而成，适用于1000m以下的深水海域；如图4所示，系泊线5采用张紧式系泊方式，张紧式系泊结构一般由上下两端的钢缆和中部的合成纤维缆组成，通过系泊线5的弹性伸长提供回复力，相比于悬链式系泊方式，张紧式系泊方式减小漂浮支撑结构的纵、横荡和垂荡的效果更好，且在海床上所占据海床空间更小，适用于1000m以上的深水海域。
77.值得说明的是，纵、横荡和垂荡是海上漂浮式结构物因收到各种作用力的综合影响而产生的向四面八方以及上下方向的运动。
78.作为优选方案，所述输电塔结构包括输电塔体、用于支撑架空地线的地线横担7和若干用于支撑三相架空输电线路的导线横担8；
79.所述地线横担7设于所述输电塔体的顶部；
80.所述若干导线横担8设于所述输电塔体的侧壁上；
81.所述输电塔体的下方设有至少一个所述立柱1。
82.值得说明的是，横担是输电杆塔上用来支撑架空输电线的重要支撑物，包括地线横担7和导线横担8，其中导线横担8用来支撑架空输电导线，地线横担7用来支撑架空地线(避雷线)。架空输电导线是电力系统中传导电流的导线，将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来，输送或交换电能。架空地线(避雷线)是为了保护设备，避免雷击而安装的引雷入地的导线，由地线横担7支撑。
83.在本实施例中，导线横担8用于支撑三相架空输电线路，即本实施例采用三相交流架空输电方式进行海上输电。架空输电方式包括直流架空输电和交流架空输电，其中直流架空输电方式所输送的电为直流，输电线一般为两条，包括正、负两极，而交流架空输电方式所输送的电为交流，输电线一般为三条。相比于直流架空输电方式，交流架空输电方式具有构成网架更灵活、配送电更方便、应用成熟、设备齐全、总体上更经济等优势，更加适合海上长距离输电。
84.作为优选方案，所述输电塔体包括塔头部9、塔身部10和塔脚部11；
85.所述地线横担7设于所述塔头部9的顶部；
86.所述若干导线横担8同侧设于所述塔身部10的侧壁上或者在所述塔身部10相对两侧的侧壁上分布设置；
87.所述塔脚部11的下方设有至少一个所述立柱1。
88.具体地，如图1、图3和图4所示，输电塔体包括塔头部9、塔身部10和塔脚部11，地线横担7设于塔头部9的顶部，两个导线横担8分别设于塔身部10相对两侧的侧壁上，使输电塔结构呈“干”字型塔结构，根据实际输电需求，还可以呈“上”字型塔结构、“门”字型塔结构、“v”字型塔结构等，本实施例在此不作具体限定。此外，若干导线横担8不仅能够在塔身部10相对两侧的侧壁上分布设置，还能够同侧设于塔身部10的侧壁上。而且，本实施例不对导线横担8的数量作具体限定，可以采用多横担结构来实现同塔多回路技术，如图5所示，从而节省输电走廊空间，降低输电成本，提高输电可靠性。
89.作为优选方案，所述立柱1呈圆柱状或方柱状。
90.本发明实施例提供的一种漂浮式海上输电装置，通过输电塔结构下方设置至少一个立柱，且立柱包括具有气体容置腔的浮力舱，浮力舱内存在气体以产生与整体装置重力相平衡的浮力，确保漂浮支撑结构能够在海面上漂浮，降低了因海平面下降而接触海床的
风险，同时，能够确保输电塔结构受浮力舱的浮举力而始终处于海面上方，避免浸泡在海水之中。
91.此外，采用三相交流架空输电方式，针对传统的海底电缆输电造价成本高、输电海底电缆铺设施工难度大、技术复杂等问题，采用适用性更好、技术更成熟、造价更低、维护更简单的交流架空输电方式，能够大大降低海上输电成本，提高海上输电效率。
92.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种漂浮式海上输电装置，其特征在于，包括输电塔结构以及设于所述输电塔结构下方的漂浮支撑结构；所述漂浮支撑结构包括系泊定位组件和设于所述输电塔结构下方的至少一个立柱；所述立柱包括浮力舱和设于所述浮力舱下方的压载舱；所述系泊定位组件的一端与所述立柱连接，所述系泊定位组件的另一端设于海底；所述浮力舱内具有气体容置腔，所述压载舱内具有液体容置腔；所述输电塔结构受所述浮力舱的浮举力而设于海面上方。2.如权利要求1所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述漂浮支撑结构还包括支撑平台；所述支撑平台设于所述输电塔结构的下方；所述支撑平台的底部设有至少一个所述立柱。3.如权利要求2所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述支撑平台的底部设有若干所述立柱；所述系泊定位组件连接于所述立柱的底部；所述立柱内靠近所述支撑平台的一侧设有所述浮力舱，所述立柱内靠近所述系泊定位组件的一侧设有所述压载舱。4.如权利要求2所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述支撑平台的底部设有一个所述立柱；所述立柱还包括设于所述浮力舱和所述压载舱之间的连接部；所述浮力舱设于所述支撑平台的底部，所述连接部的一端连接于所述浮力舱的底部，所述压载舱连接于所述连接部的另一端；所述系泊定位组件的一端连接于所述连接部的外壁。5.如权利要求3所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述漂浮支撑结构还包括若干撑杆和踩水板；若干所述立柱之间连接有所述撑杆；每个所述立柱的底部设有所述踩水板；所述系泊定位组件连接于所述踩水板的底部。6.如权利要求1至5任一项所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述系泊定位组件包括若干系泊线和锚固件；每条所述系泊线的一端与所述立柱连接，每条所述系泊线的另一端与所述锚固件连接；所述锚固件设于海底。7.如权利要求6所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述系泊线通过悬链式系泊方式或张紧式系泊方式连接于所述立柱和所述锚固件之间。8.如权利要求1所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述输电塔结构包括输电塔体、用于支撑架空地线的地线横担和若干用于支撑三相架空输电线路的导线横担；所述地线横担设于所述输电塔体的顶部；所述若干导线横担设于所述输电塔体的侧壁上；所述输电塔体的下方设有至少一个所述立柱。9.如权利要求8所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述输电塔体包括塔头部、
塔身部和塔脚部；所述地线横担设于所述塔头部的顶部；所述若干导线横担同侧设于所述塔身部的侧壁上或者在所述塔身部相对两侧的侧壁上分布设置；所述塔脚部的下方设有至少一个所述立柱。10.如权利要求1所述的漂浮式海上输电装置，其特征在于，所述立柱呈圆柱状或方柱状。

技术总结
本发明公开一种漂浮式海上输电装置，包括输电塔结构以及设于输电塔结构下方的漂浮支撑结构；漂浮支撑结构包括系泊定位组件和设于输电塔结构下方的至少一个立柱；立柱包括浮力舱和设于浮力舱下方的压载舱；系泊定位组件的一端与立柱连接，系泊定位组件的另一端设于海底；浮力舱内具有气体容置腔，压载舱内具有液体容置腔；输电塔结构受浮力舱的浮举力而设于海面上方。本发明通过输电塔结构下方设置至少一个立柱，且立柱包括具有气体容置腔的浮力舱，浮力舱内存在气体以产生与整体装置重力相平衡的浮力，确保漂浮支撑结构能够在海面上漂浮，降低了因海平面下降而接触海床的风险，同时能够确保输电塔结构受浮力舱的浮举力而始终处于海面上方。终处于海面上方。终处于海面上方。


技术研发人员：顾妙松 卞荣 张颖瑶 高美金 张利军 陈科技 李国强
受保护的技术使用者：同济大学 国网浙江省电力有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/6/28