漂浮式基礎(chǔ)平臺(tái)演進(jìn)

本刊|張雪偉

海上風(fēng)電從近海走向遠(yuǎn)海、從淺海走向深海，已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，漂浮式海上風(fēng)電必將在未來(lái)海上風(fēng)電發(fā)展中扮演重要角色。海上風(fēng)電基礎(chǔ)也隨之演進(jìn)，漂浮式基礎(chǔ)平臺(tái)近年來(lái)越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。

2017年，全球第一座漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)Hywind在蘇格蘭東海岸正式投產(chǎn)運(yùn)行，這也是單柱式漂浮基礎(chǔ)的成功應(yīng)用。與此同時(shí)，不同形式的漂浮式基礎(chǔ)平臺(tái)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，包括半潛式、張力腿式、駁船式。其中單柱式、半潛式漂浮式基礎(chǔ)技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。

典型的半潛式海上風(fēng)電基礎(chǔ)技術(shù)Wind fl oat采用三浮體浮動(dòng)穩(wěn)性原理，已在Wind fl oat Atlantic海上風(fēng)電項(xiàng)目上應(yīng)用。該項(xiàng)目位于葡萄牙北部海域，安裝3臺(tái)V164-8.0機(jī)組。Dounreay Trì海上風(fēng)電項(xiàng)目位于蘇格蘭北部海域，采用了較為特別的Hexicon的雙機(jī)組半潛式基礎(chǔ)，安裝兩臺(tái)5MW機(jī)組。該平臺(tái)會(huì)隨著風(fēng)向調(diào)整角度，避免同一平臺(tái)上的機(jī)組互相受尾流影響、影響發(fā)電量。1基礎(chǔ)+2機(jī)組的組合有很多優(yōu)勢(shì)，不僅能夠降低單位兆瓦的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)投資、減少場(chǎng)內(nèi)電纜的量，而且運(yùn)輸與安裝更方便。

張力腿式海上風(fēng)電基礎(chǔ)因存在一定技術(shù)挑戰(zhàn)，應(yīng)用還較少。法國(guó)地中海海域的Provence Grand Large試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)采用了張力腿技術(shù)，安裝3臺(tái)西門子—歌美颯SWT-8.0-154風(fēng)電機(jī)組，預(yù)計(jì)將于2020年投入使用。駁船式平臺(tái)為方形，其結(jié)構(gòu)材料是鋼筋混凝土，不僅造價(jià)低，維護(hù)保養(yǎng)要求低，并且使用壽命長(zhǎng)。愛(ài)爾蘭的Gaelectric海上風(fēng)電項(xiàng)目采用的即為駁船式海上風(fēng)電基礎(chǔ)，裝機(jī)容量30MW，預(yù)計(jì)2021年投產(chǎn)。

丹麥Stiesdal A/S公司開(kāi)發(fā)的Tetraspar基礎(chǔ)，則結(jié)合了單柱式、半潛式、張力腿式三種漂浮式基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、波浪荷載較小、錨系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用水深范圍大（100米至1000多米），最大的優(yōu)勢(shì)是真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，所有的部件都可以在工廠預(yù)制，并且通過(guò)陸路運(yùn)到港口完成組裝，這種方式帶來(lái)了成本的大幅下降。

圖1 TetraSpar漂浮式基礎(chǔ)

表1 TetraSpar帶來(lái)大幅成本下降

據(jù)該公司CEO Henrik Stiesdal介紹，“2020年春天，我們將在環(huán)境極其惡劣的北海北部建設(shè)第一個(gè)TetraSpar示范項(xiàng)目，位置靠近2009年吊裝的世界第一臺(tái)漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組。示范項(xiàng)目采用一臺(tái)3.6MW的西門子—歌美颯機(jī)組，由兩大能源企業(yè)殼牌和Innogy投資。2020年晚些時(shí)候，我們打算安裝兩臺(tái)以上8MW級(jí)的示范基礎(chǔ)。”

當(dāng)前，大多數(shù)漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)技術(shù)仍處于概念設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、樣機(jī)試驗(yàn)階段，技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性有待檢驗(yàn)，但這絲毫不影響業(yè)內(nèi)對(duì)漂浮式海上風(fēng)電的呼聲。Stiesdal認(rèn)為，“漂浮式海上風(fēng)電是最具潛力的可再生能源技術(shù)。”

除了英國(guó)、法國(guó)、丹麥、荷蘭等歐洲國(guó)家之外，美國(guó)和日本也在積極進(jìn)軍漂浮式海上風(fēng)電領(lǐng)域。我國(guó)前期海上風(fēng)電規(guī)劃主要位于水深小于50m的區(qū)域內(nèi)，未來(lái)隨著海上風(fēng)電發(fā)展的進(jìn)深，也必然需要在漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)平臺(tái)創(chuàng)新方面發(fā)力。