一种海上风力发电机的复合筒型基础和使用该基础的组合发电结构及其施工方法技术领域
本发明涉及可再生能源利用领域，具体的说涉及该领域内的一种海上风力发电机
的复合筒型基础和使用该基础的组合发电结构及其施工方法。
背景技术
21世纪被称为海洋的世纪，面对世界人口急剧膨胀、陆上资源日渐枯竭、环境条件
不断恶化这三大问题，人类只能将未来发展的希望寄托于尚未得到充分开发的海洋中。在
全球节能减排的大背景下，风能、波浪能、潮流能等清洁海洋能源的使用是必然的发展方
向。我国近海风能蕴藏量88300万千瓦，技术可开发量57034万千瓦；波浪能蕴藏量1600万千
瓦，技术可开发量1471万千瓦；潮流能蕴藏量833万千瓦，技术可开发量166万千瓦。巨大的
海洋可再生能源潜力为我国海洋可再生能源的开发提供了基础，沿海地区更靠近我国经济
中心，开发利用市场前景良好，因此，海上风能、波浪能、潮流能的商业化应用必将迎来巨大
发展。
现有技术中，波浪能捕能装置分为振荡水柱（OWC）型、越浪型、机械液压（振荡体）
型三种形式，潮流能发电机主要分水平轴和竖直轴两种，波浪能和潮流能多种利用方式的
研究都取得了长足进步。但相对于海上风力发电，波浪能和潮流能装置的支撑结构基础投
资比较大、施工成本高，转化效率不高，单位功率投资巨大，单位发电成本居高不下，这在一
定程度上限制了两种能源的商业化应用。
公开号为103967714A的中国发明专利申请虽然公开了一种基于单桩平台的风
能—波浪能——潮流能集成发电结构，但是该结构需要在海上施工，时间长难度大。此外将
波浪能发电装置和潮流能发电装置安装至单桩平台上，不但无法调整潮流能发电装置的发
电机水平轴使之与来流方向一致，而且单桩平台导流效果不明显，潮流流速较低的海域无
法有效利用潮流能。因此，这种集成发电结构不利于对潮流能和波浪能的利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种海上风力发电机的复合筒型基础，以
便利用该基础构建风能-波浪能-潮流能组合发电结构，此外，本发明还提供了上述组合发
电结构的施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种海上风力发电机的复合筒型基础，包括地基和设置在地基外侧的筒裙，其改进之
处在于：在地基的顶部设置反弧形过渡段，所述反弧形过渡段的横截面宽度自底部至顶部
逐渐缩小，在反弧形过渡段的顶部安装基础法兰盘。
进一步的，所述反弧形过渡段的横截面形状为圆形。
进一步的，在反弧形过渡段的内部施加预应力钢绞线。
一种风能-波浪能-潮流能组合发电结构，基于上述的海上风力发电机的复合筒型
基础，其改进之处在于：在复合筒型基础的顶部安装风力发电机，在复合筒型基础的基础法
兰盘上安装波浪能发电装置，在复合筒型基础的反弧形过渡段上套设潮流能发电装置。
进一步的，所述的风力发电机为MW级变速变桨海上风力发电机。
进一步的，所述的波浪能发电装置为组合型振荡浮子波浪能发电装置，各振荡浮
子通过支撑结构与波浪能发电装置法兰盘连接，该波浪能发电装置法兰盘则与基础法兰盘
相连接；各振荡浮子均配有一液压缸，所述的液压缸内置活塞结构，活塞结构伸出液压缸的
部分与振荡浮子相连接，活塞结构在液压缸内的部分将液压缸分为上下两部分，液压缸的
下部通过第一单向出流阀与液压缸外的液压马达相连接，液压马达则通过第一单向入流阀
与液压缸的上部相通，此外，液压缸的上部还通过第二单向出流阀与液压缸外的液压马达
相连接，液压马达则通过第二单向入流阀与液压缸的下部相通，液压马达与液压发电装置
相连接。
进一步的，所述振荡浮子的数量为4个；在液压马达和第一单向出流阀、第二单向
出流阀之间均安装有储能器，在第一单向出流阀和第一单向入流阀之间以及第二单向出流
阀与第二单向入流阀之间均安装有节流阀。
进一步的，所述的潮流能发电装置为水平轴潮流能发电机，发电机通过支撑结构
与套筒结构相连接，套筒结构为反弧形，并且其横截面直径自底部至顶部逐渐缩小，该套筒
结构可在套入复合筒型基础的反弧形过渡段后与之紧密贴合。
进一步的，所述发电机的数量为2个，对称分布在套筒结构的两侧。
一种风能-波浪能-潮流能组合发电结构的施工方法，其改进之处在于，包括如下
步骤：
（1）进行组合型振荡浮子波浪能发电装置和潮流能发电装置的生产制造，同时在船坞
中预制复合筒型基础；
（2）将复合筒型基础拖航到近岸组装场地，进行风力发电机及潮流能发电装置的组装；
（3）利用复合筒型基础的浮力将风力发电机和潮流能发电装置拖航到指定安装海域，
并进行基础的负压沉放安装；
（4）将组合型振荡浮子波浪能发电装置安装到复合筒型基础上，从而完成发电结构的
施工。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的海上风力发电机的复合筒型基础，由钢筋、预应力筋、混凝土、钢板（用
作分仓板）构成，体积巨大，防腐性能优良，安全性和稳定性好。反弧形过渡段有效地将风机
塔架传递来的巨大的弯矩荷载通过弧形段逐步扩散，转化为有限的拉压应力，不仅使结构
具有了良好的传力性能，避免了传统筒型基础严重的应力集中问题，而且在反弧形过渡段
的内部施加预应力钢绞线，可承受较大荷载，力学性能稳定，不易开裂，为安装波浪能、潮流
能发电装置提供了条件。
本发明所公开的风能-波浪能-潮流能组合发电结构，充分利用复合筒型基础的结
构、体型特点，将风能开发与波浪能、潮流能开发集成一体，使三者共享复合筒型基础支撑
结构和电力传输系统，从而有效降低了开发成本，对促进海上风能、波浪能、潮流能的商业
化应用具有重要的意义。复合筒型基础反弧段尺寸巨大，潮流经过复合筒型基础时，反弧形
过渡段可提供导流罩的作用以增大反弧形过渡段两侧的潮流流速，为潮流流速较低海域有
效利用潮流能提供了基础。反弧形过渡段是一种自下而上直径迅速减小的结构，相对于桩
基础等直立式基础，波浪经过复合筒型基础时爬高现象明显，这也为波浪能发电装置的使
用提供了便利。
本发明所公开的风能-波浪能-潮流能组合发电结构的施工方法，可充分利用复合
筒型基础的浮力在岸边或船坞中组装风力发电机和潮流能发电装置，然后将整个组合发电
结构拖航到指定海域下沉。这与传统的在指定海域进行风电基础结构施工组装和波浪能、
潮流能结构安装的施工过程相比，缩短了结构在复杂海洋环境中的施工过程，避免了海上
恶劣环境的影响，极大地提高安装速度，降低了施工成本。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开的海上风力发电机的复合筒型基础的剖面示意图；
图2是本发明实施例1所公开的风能-波浪能-潮流能组合发电结构的正面示意图；
图3是本发明实施例1所公开的风能-波浪能-潮流能组合发电结构的侧面示意图；
图4是本发明实施例1所公开的波浪能发电装置的俯视图；
图5是本发明实施例1所公开的波浪能发电装置的液压系统连接示意图；
图6是本发明实施例1所公开的潮流能发电装置的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种海上风力发电机的复合筒型基础，包括
地基4和设置在地基外侧的筒裙3，在地基的顶部设置反弧形过渡段1，所述反弧形过渡段的
横截面宽度自底部至顶部逐渐缩小，在反弧形过渡段的顶部安装基础法兰盘2。作为一种可
供选择的方式，在本实施例中，所述反弧形过渡段的横截面形状为圆形，在反弧形过渡段的
内部施加预应力钢绞线。
本实施例所公开的海上风力发电机的复合筒型基础，由钢筋、预应力筋、混凝土、
钢板（用作分仓板）构成，体积巨大，防腐性能优良，安全性和稳定性好。反弧形过渡段有效
地将风机塔架传递来的巨大的弯矩荷载通过弧形段逐步扩散，转化为有限的拉压应力，不
仅使结构具有了良好的传力性能，避免了传统筒型基础严重的应力集中问题，而且在反弧
形过渡段的内部施加预应力钢绞线，可承受较大荷载，力学性能稳定，不易开裂，为安装波
浪能、潮流能发电装置提供了条件。
如图2，3所示，本实施例还公开了一种风能-波浪能-潮流能组合发电结构，基于上
述的海上风力发电机的复合筒型基础5，在复合筒型基础的顶部安装风力发电机6，在复合
筒型基础的基础法兰盘上安装波浪能发电装置8，在复合筒型基础的反弧形过渡段上套设
潮流能发电装置9。
作为一种可供选择的方式，在本实施例中，所述的风力发电机为MW级变速变桨海
上风力发电机。根据风资源特征，选取风力发电机，并根据风机性能参数和风荷载确定风机
塔架7高度和尺寸。
作为一种可供选择的方式，在本实施例中，如图4所示，所述的波浪能发电装置为
组合型振荡浮子波浪能发电装置，根据波浪特征，选取组合型振荡浮子波浪能发电装置各
浮子结构尺寸。所述振荡浮子11的数量为4个，各振荡浮子通过支撑结构12与波浪能发电装
置法兰盘10连接，该波浪能发电装置法兰盘则与基础法兰盘相连接。
如图5所示，各振荡浮子均配有一液压缸16，所述的液压缸内置活塞结构17，活塞
结构伸出液压缸的部分与振荡浮子相连接，活塞结构在液压缸内的部分将液压缸分为上下
两部分，液压缸的下部通过第一单向出流阀21与液压缸外的液压马达24相连接，液压马达
24则通过第一单向入流阀18与液压缸的上部相通，此外，液压缸的上部还通过第二单向出
流阀20与液压缸外的液压马达24相连接，液压马达24则通过第二单向入流阀19与液压缸的
下部相通，液压马达24与液压发电装置25相连接。在液压马达和第一单向出流阀、第二单向
出流阀之间均安装有储能器22，在第一单向出流阀和第一单向入流阀之间以及第二单向出
流阀与第二单向入流阀之间均安装有节流阀23。
具体的说，在液压缸16的上部设有第一单向入流阀18，液压缸16的下部设有第一
单向出流阀21。上部第一单向入流阀18与液压缸16之间的通道还设有上部支通道，上部支
通道和下部第一单向出流阀21与液压马达24之间的通道相通，上部支通道设有第二单向出
流阀20，下部第一单向出流阀21与液压缸16之间的通道设有下部支通道，下部支通道与上
部第一单向入流阀18与液压马达24之间的通道连通，下部支通道上设有第二单向入流阀
19，上部第一单向入流阀18与液压马达24之间通道和下部第一单向出流阀21与液压马达24
之间通道连接节流阀23，上部和下部与液压马达24连接端分别设有储能器22，四个液压缸
通过管道并联到液压马达24上，液压马达24与液压发电装置25相连。节流阀23与储能器22
主要起到稳定液压系统压力和保护液压系统安全的作用。
本实施例所公开的波浪能发电装置的工作过程为，当振荡浮子在波浪的浮力作用
下向上移动时，带动液压缸内的活塞结构上移，使液压缸上部的液压油经第二单向出流阀
流入液压马达做功后经第二单向入流阀流回液压缸下部；在振荡浮子失去波浪的浮力作用
后，振荡浮子下移带动液压缸内的活塞结构下移，使液压缸下部的液压油经第一单向出流
阀流入液压马达做功后经第一单向入流阀流回液压缸上部。液压马达与液压发电装置相连
接，实现能量转换及发电。
作为一种可供选择的方式，在本实施例中，如图6所示，所述的潮流能发电装置为
水平轴潮流能发电机，发电机13通过支撑结构15与套筒结构14相连接，套筒结构为反弧形，
并且其横截面直径自底部至顶部逐渐缩小，该套筒结构可在套入复合筒型基础的反弧形过
渡段后与之紧密贴合。所述发电机的数量为2个，对称分布在套筒结构的两侧。
当要调整发电机与潮流方向的角度时，可通过将潮流能发电装置微微上提，套筒
结构与复合筒型基础的反弧形过渡段分开，整个潮流能发电装置便可自由水平旋转，使得
发电机水平轴与来流方向一致，以保证最大的发电功率。根据潮流能特征和水深，选取潮流
能发电装置，并根据潮流荷载参数，确定支撑结构和安装角度，确保发电机水平轴与来流方
向一致。
本实施例还公开了上述风能-波浪能-潮流能组合发电结构的施工方法，包括如下
步骤：
（1）进行组合型振荡浮子波浪能发电装置和潮流能发电装置的生产制造，同时在船坞
中预制复合筒型基础；
（2）将复合筒型基础拖航到近岸组装场地，进行风力发电机及潮流能发电装置的组装；
（3）利用复合筒型基础的浮力将风力发电机和潮流能发电装置拖航到指定安装海域，
并进行基础的负压沉放安装；
（4）将组合型振荡浮子波浪能发电装置安装到复合筒型基础上，从而完成发电结构的
施工。
该施工方法充分利用复合筒型基础的浮力在岸边或船坞中组装风力发电机和潮
流能发电装置，然后将整个组合发电结构拖航到指定海域下沉。这与传统的在指定海域进
行风电基础结构施工组装和波浪能、潮流能结构安装的施工过程相比，缩短了结构在复杂
海洋环境中的施工过程，避免了海上恶劣环境的影响，极大地提高安装速度，降低了施工成
本。