一种波浪能装置阵列群的共享锚泊系统及布设方法

技术领域

本发明涉及波浪能装置技术领域，具体涉及一种波浪能装置阵列群的共享锚泊系统及布设方法。

背景技术

波浪能发电技术近年来已经取得了较大技术进步，众多波浪能装置已经进入工程样机示范或开始进入商业开发阶段，随着节约用海与集约用海需求以及波浪能装置阵列化发展趋势，波浪能装置低成本可规模利用显得尤为重要。

首先，波浪能装置由于其工作特性需要布置在波浪资源较好的海域，为了更高效俘获波浪能，其次，波浪能装置需要采用正向对浪设计，因此，波浪能装置的锚泊系统受到的锚泊载荷远比传统船舶受到的锚泊载荷大，所以，波浪能装置的锚固装置需要能承载更大的载荷；最后，由于波浪能装置俘获的波浪能需要传导到岛礁或者送电到近海岸，所以，其配置有海底电缆，为了防止海底电缆缠绕损坏，波浪能装置通常需要避免风标性，所以，波浪能装置常常采用多点系泊方式，因此，波浪能装置的锚泊系统需要匹配更多的锚固装置。

据统计海上石油钻井平台的锚泊系统占总造价的2％左右，而波浪能装置的锚泊系统造价占比达到18％，高成本锚泊系统是制约波浪能装置走向市场化的一个主要因素，阵列化波浪能装置群的大规模利用对锚泊系统的锚固装置提出更高的技术和经济需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种波浪能装置阵列群的共享锚泊系统及布设方法，可以更好地俘获波浪能、降低共享锚固装置的极值载荷、降低波浪能场锚固装置使用数量，提高锚固装置的利用效率。

为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：

第一方面，本发明提供一种波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，其包括：

若干波浪能装置，其阵列式设置在海面，每个所述波浪能装置均设置有若干处于不同方位的导缆孔；

若干锚固装置，其分别以每个所述波浪能装置为中心环绕设置在海底，所述锚固装置与相近的所述导缆孔固定连接；

其中，相邻所述波浪能装置之间的所述锚固装置被两所述波浪能装置共享，当面临风浪流环境载荷的冲击时，锚固装置同时受到与其连接的不同系泊线载荷共同载荷作用。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，每个所述波浪能装置设置有三个处于不同方位的导缆孔，且相邻所述导缆孔的中心线的夹角为120°。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，每个所述波浪能装置设置有四个处于不同方位的导缆孔，且相邻所述导缆孔的中心线的夹角为90°。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，所述阵列式为矩形阵列。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，若干所述波浪能装置的数量为四个。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，若干所述锚固装置采用桩锚或者吸力锚。

如上述的波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，进一步地，所述锚固装置与所述导缆孔通过锚链固定连接。

第二方面，本发明提供一种波浪能装置阵列群的共享锚泊布设方法，其适用于上述的锚泊系统，具体包括以下步骤：

S1：将若干所述波浪能装置以矩阵阵列的方式布置在适当的海域；

S2：每个所述波浪能装置下方的海底处设置有若干所述锚固装置；

S3：每个所述波浪能装置均设置有若干不同方位的所述导缆孔，所述导缆孔与相近的所述锚固装置固定连接，以此形成多点系泊；

S4：相邻两个所述波浪能装置之间的所述锚固装置由该两个所述波浪能装置共享。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、相比于传统的锚泊系统，本锚泊系统能有效提高锚固装置的利用效率，降低成本；

2、相比于传统的锚泊系统，本锚泊系统能更好地俘获波浪能同时避免海底电缆的损坏；

3、相比于传统的锚泊系统，本锚泊系统中的相邻共享锚系泊线成90°和120°的布置方式能降低共享锚受到的极值载荷，降低锚固装置锚定失效风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的锚泊系统(三点系泊)结构示意图；

图2为本发明实施例的锚泊系统(三点系泊)结构俯视图；

图3为本发明实施例的锚泊系统(四点系泊)结构示意图；

图4为本发明实施例的锚泊系统(四点系泊)结构俯视图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一方面，本发明提供一种波浪能装置阵列群的共享锚泊系统，包括若干波浪能装置和若干锚固装置，若干波浪能装置阵列式设置在海面，每个波浪能装置均设置有若干处于不同方位的导缆孔，若干锚固装置分别以每个波浪能装置为中心环绕设置在海底，锚固装置与相近的导缆孔固定连接，其中，相邻波浪能装置之间的锚固装置被两波浪能装置共享，当面临风浪流环境载荷的冲击时，锚固装置同时受到与其连接的不同系泊线载荷共同载荷作用。由于锚固装置受到多个不同方向的系泊线载荷受力，根据力的合成原理，系泊线受力相互间夹角大于等于90°情况下，其受到合力将不高于单根系泊线载荷。如下所示，设计的共享锚泊系统拓扑阵列型式，所述各系泊线相邻间的夹角互为120°或90°。

具体的，波浪能装置设置在海面上，并以阵列的方式进行布设，阵列的方式包括但不限于矩形、三角形、环形等，并将波浪能装置的转换装置正对波浪冲击的入射方向，这样，可以更好地俘获波浪，从而将其转化为波浪能；在海底设置若干锚固装置，并且，锚固装置的位置与波浪能装置上各个方位的导缆孔的相互对应(即波浪能装置的四个角上都开设有导缆孔，则在波浪能装置的下方海底处固定有锚固装置，且位置分别与波浪能装置的四个角一一对应)，这样，利用多点系泊的方式可以避免在海底配置的电缆缠绕损坏；两个相邻的波浪能装置之间的锚固装置由这两个波浪能装置共同使用，这样，当面对波浪的冲击时，共享的锚固装置便时刻保持承受波浪能装置的拖拽力，提高了锚固装置的利用效率，又因为共享一个锚固装置的原因，适当减少了锚固装置的数量，从而降低了制造和运输成本。

实施例一：

参见图1，本锚泊系统采用三点系泊方式，具体包括十个波浪能装置，以矩阵阵列排列在海面上，相邻两个波浪能装置之间的锚固装置采用共享的方式，因此，对应的每个波浪能装置上设置有三个不同方位的导缆孔，每个导缆孔通过锚链与海底的锚固装置固定连接，三条锚链在海底形成的投影呈120°夹角，锚固装置根据海底地质采用桩锚或者吸力锚固定在海底。具体的，参见图2，在三点系泊方式下，共享的锚固装置为锚4、锚7、锚8、锚11、锚12和锚13，其工作原理为：当波浪入射时，此时波浪能装置1受到的拖拽力主要作用在锚1和锚2，锚4受到的波浪能装置1的拖拽力较小，但波浪能装置2、波浪能装置3此时受到的拖拽力却需要作用在锚4上，而锚4是波浪能装置1和波浪能装置2、波浪能装置3共享的锚，这样，充分发挥了每个锚的锚定抗拖拽力作用，提高了共享的锚的利用效率，避免某些锚出现闲置状态；其次，由于共享锚4受到三个方向的载荷张力，且其相邻角度为120°，因此对于任何一个方向的载荷将会受到其他两个方向的抑制，即降低共享锚的合力载荷，其他共享的锚工作原理类似。

实施例二：

参见图3，本锚泊系统采用四点系泊方式，具体包括四个波浪能装置，以矩阵阵列排列在海面上，相邻两个波浪能装置之间的锚固装置采用共享的方式，因此，对应的每个波浪能装置上设置有四个不同方位的导缆孔，每个导缆孔通过锚链与海底的锚固装置固定连接，四条锚链在海底形成的投影呈90°夹角，锚固装置根据海底地质采用桩锚或者吸力锚固定在海底。具体的，参见图4，在四点系泊方式下，共享的锚固装置为锚2、锚4、锚5、锚6和锚8，其工作原理为：当波浪入射时，此时波浪能装置1受到的拖拽力主要作用在锚1和锚4，锚2和锚5受到的波浪能装置1的拖拽力较小，但波浪能装置2此时受到的拖拽力却主要作用在锚2和锚5上，而锚2和锚5是波浪能装置1和波浪能装置2共享的锚，这样，充分发挥了每个锚的锚定抗拖拽力作用，提高了共享的锚的利用效率，避免某些锚出现闲置状态，其次由于共享锚2和锚5各受到四个方向的载荷张力，且其相邻角度为90°，因此，对于任何一个方向的载荷将会受到与其成180°方向载荷的抑制，即可降低共享锚的合力载荷，其他共享的锚工作原理类似。

第二方面，本发明提供一种波浪能装置阵列群的共享锚泊布设方法，其适用于上述的锚泊系统进行，具体包括以下步骤：。

S1：海上波浪能装置的布置；

该步骤中，将若干波浪能装置以矩阵阵列的方式布置在适当的海域。

S2：海底锚固装置的布置；

该步骤中，每个波浪能装置下方的海底处设置有若干锚固装置。

S3：波浪能装置与锚固装置之间的连接方式；

该步骤中，每个波浪能装置均设置有若干不同方位的导缆孔，导缆孔与相近的锚固装置固定连接，以此形成多点系泊。

S4：波浪能装置之间设置共享的锚固装置；

该步骤中，相邻两个波浪能装置之间的锚固装置由该两个波浪能装置共享。

为了更好地理解本发明，下面通过具体实施例对本发明的方法进行阐述。

将若干波浪能装置移至波浪资源较好的海域，为了更好地俘获波浪转化成波浪能，波浪能装置采用正向对浪设计，这样，锚固装置需要承受更大的载荷，因此，采用多点(三点或四点)系泊方式，同时，若干波浪能装置以阵列(矩形)方式进行布置，相邻波浪能装置的锚固装置采用共享方式(即两个波浪能装置的系泊线系在同一个锚上)，通过该合理化的设置，有效提高共享的锚的利用效率，同时，还可以减少锚固装置的数量，降低生产和运输的成本。

本发明的成功开发和应用为海洋可再生能源(波浪能)提供先进的设备，这将产生巨大的经济效益，并且强力推动海洋可再生能源相关技术的发展，意义深远。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。