導(dǎo)讀

由于近海空間資源有限，海上風(fēng)電的發(fā)展不斷地從淺近海走向深遠(yuǎn)海；相應(yīng)的，海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)形式隨著水深發(fā)生變化，從固定式支撐結(jié)構(gòu)到漂浮式支撐結(jié)構(gòu)演變；漂浮式海上風(fēng)電市場(chǎng)經(jīng)歷了從單臺(tái)樣機(jī)(2009—2015年) 到小型風(fēng)電場(chǎng)示范(2016—2022年) 的演變過(guò)程。目前，漂浮式風(fēng)機(jī)樣機(jī)測(cè)試項(xiàng)目主要集中在歐洲地區(qū)，以蘇格蘭、葡萄牙和地中海區(qū)域?yàn)橹鳎夹g(shù)研發(fā)和設(shè)計(jì)則主要集中于挪威、法國(guó)、葡萄牙、英國(guó)、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。因此本文將通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外實(shí)際風(fēng)機(jī)漂浮案例以期為關(guān)工程項(xiàng)目帶來(lái)一定參考。

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國(guó)外海上漂浮式風(fēng)電案例

1挪威Hywind demo項(xiàng)目

2009年，挪威國(guó)家石油(2018年更名為Equinor)在挪威海域開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)全尺寸漂浮式機(jī)組的樣機(jī)項(xiàng)目，離岸距離10km，機(jī)位水深200m，作業(yè)水深達(dá)到200m，基礎(chǔ)重量約為3200噸，單機(jī)發(fā)電功率為2.3MW。該樣機(jī)原計(jì)劃部署兩年，但至今仍在服役發(fā)電，期間經(jīng)受住了44m/s風(fēng)速和19m最大浪高的考驗(yàn)。同時(shí)，一般基礎(chǔ)的扶正、壓載需在開(kāi)闊的海域進(jìn)行，但由于挪威有條件良好的深水港灣，基礎(chǔ)的扶正、壓載可以在港灣內(nèi)進(jìn)行。

2葡萄牙Wind Float項(xiàng)目

基于美國(guó)西雅圖的PPI(Principle Power， Inc)公司提出的Wind Float三立柱半潛式海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，2011年，EDP (Energias de Portugal)等企業(yè)在葡萄牙近海安裝了全球首個(gè)半潛式海上風(fēng)電祥機(jī)項(xiàng)目。在5年的驗(yàn)證階段，經(jīng)受住了超過(guò)17m的巨浪以及30m/s大風(fēng)的惡劣天氣考驗(yàn)。相比傳統(tǒng)固定式海.上風(fēng)機(jī)較為繁瑣的海上部署與安裝流程，Wind Float海上浮式風(fēng)機(jī)借助其半潛式平臺(tái)良好的穩(wěn)性特點(diǎn)，成為世界上首臺(tái)可以在陸地上完成所有組裝和調(diào)試，且在海上不使用重型吊船或樁基設(shè)備的商業(yè)化海上風(fēng)機(jī)。2017年， 該項(xiàng)目以少于50萬(wàn)歐元的成本拆除，充分體現(xiàn)出漂浮式機(jī)組在拆除方面的優(yōu)勢(shì)。

3法國(guó)FLOATGEN項(xiàng)目

FLOATGEN項(xiàng)目是法國(guó)第一個(gè)浮式風(fēng)機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目是基于Ideol公司開(kāi)發(fā)的阻尼池半潛式海上風(fēng)電機(jī)組，于2013年啟動(dòng)，2017年底安裝完畢，2018年開(kāi)始進(jìn)行樣機(jī)運(yùn)行測(cè)試，場(chǎng)址水深為33m，采用Vestas的V80 2.0MW機(jī)組；基礎(chǔ)吃水淺，垂向特征尺寸小，對(duì)港口、航道和風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境水深的適應(yīng)性強(qiáng)，登船便捷，基礎(chǔ)平臺(tái)上作業(yè)空間較大，設(shè)施維護(hù)容易。運(yùn)營(yíng)以來(lái)，樣機(jī)表現(xiàn)優(yōu)異，2019年共發(fā)電6GW·h，下半年的可利用率達(dá)94.6%，期間經(jīng)受住11.7m波高海況的考驗(yàn)。

4日本GOTO項(xiàng)目

除歐美外，日本在漂浮式海上風(fēng)電方面走在世界前列，GOTO項(xiàng)目是亞洲首例全尺寸漂浮式機(jī)組樣機(jī)項(xiàng)目，位于日本的長(zhǎng)崎縣五島市樺島離岸1km、水深91m的海域，采用富士重工的2MW下風(fēng)向式機(jī)組，基礎(chǔ)為單樁式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)76m、直徑7.8m。該樣機(jī)的五十年一遇設(shè)計(jì)浪高為8.4m，但試運(yùn)行不久即遭遇2012年的第16號(hào)臺(tái)風(fēng)Sanba，成功抵抗9.5 m高的波浪。2015年，完成樣機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)定這一漂浮式基礎(chǔ)的安全性好，且對(duì)環(huán)境影響小，可繼續(xù)運(yùn)行。此后，樣機(jī)遷移至福江島東岸崎山?jīng)_近海約100m水深海域繼續(xù)運(yùn)行。

5Hywind Scotland

Hywind Scotland項(xiàng)目是目前僅有的已建成小批量漂浮式海上風(fēng)電的商業(yè)化項(xiàng)目。它于2015年由挪威Equinor公司與阿聯(lián)酋Masdar公司聯(lián)合發(fā)起；2017年，基于第二代Hywind漂浮式技術(shù)在英國(guó)蘇格蘭的北海區(qū)域建立。該項(xiàng)目裝機(jī)容量為30MW，采用5臺(tái)西門(mén)子的6MW機(jī)組，相對(duì)于Hywind demo的單立柱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了主尺度優(yōu)化，水下浮體直徑增加至14.4m，吃水深度減小至78 m，每套系統(tǒng)排水量為11200噸。

6 Wind Float Atlantic項(xiàng)目

PPI公司的Wind Float半潛式技術(shù)起步晚于Hywind Scotland項(xiàng)目所用的單立柱式技術(shù)，但其適用于更寬的水深范圍，更符合市場(chǎng)的需求，目前已啟動(dòng)兩個(gè)小批量示范項(xiàng)目。位于葡萄牙的Wind Float Atlantic項(xiàng)目由Wind Plus公司開(kāi)發(fā)，項(xiàng)目裝機(jī)容量為25.2MW，采用3臺(tái)MHI Vestas的V164-8.4MW機(jī)組；風(fēng)場(chǎng)于2020年完成安裝及并網(wǎng)。

7Kineardine項(xiàng)目

Kineardine項(xiàng)目是繼Hywind Scotland之后蘇格蘭海域的第二個(gè)漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目，由Cobra公司開(kāi)發(fā)，裝機(jī)容量為49.5 MW，采用1臺(tái)2MW和5臺(tái)MHI Vestas的V164 9.5 MW機(jī)組。第一臺(tái)漂浮式機(jī)組來(lái)自于Wind Float項(xiàng)目的退役機(jī)組和基礎(chǔ)，現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電，2020年完成1臺(tái)9.5MW機(jī)組安裝。

國(guó)內(nèi)海上漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目案例

1海裝工信部示范項(xiàng)目

2018年底，由中國(guó)海裝牽頭的工信部工程漂浮式項(xiàng)目得到批復(fù)，該項(xiàng)目涉及海上漂浮式風(fēng)電裝備總體設(shè)計(jì)、系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造與調(diào)試等，需按照要求完成大功率海.上浮式風(fēng)電裝備研制，并實(shí)現(xiàn)海上浮式風(fēng)電裝備的工程示范研究；參研單位包括中船重工下屬研究所和船舶裝備單位、CCS和哈工程；示范場(chǎng)址選在湛江某海域，水深在60m左右，同樣是采用半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

2龍?jiān)茨先諐u項(xiàng)目

龍?jiān)茨先諐u固定式項(xiàng)目在2017年開(kāi)工建設(shè)，由于福建地區(qū)巖石地質(zhì)，采用嵌巖樁基礎(chǔ)成本也較高。尤其是隨著水深的增加，嵌巖施工難度也逐漸加大，因此南日島預(yù)留機(jī)位擬采用漂浮式風(fēng)機(jī)。根據(jù)當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主要求，設(shè)計(jì)方案需兼顧風(fēng)漁結(jié)合。該項(xiàng)目目前參與單位主要包括龍?jiān)措娏Α⑷A東院、煙臺(tái)來(lái)福士、上海電氣等，采用“風(fēng)電+漁業(yè)”的模式，考慮養(yǎng)魚(yú)噪音的問(wèn)題，采用桁架式網(wǎng)箱設(shè)計(jì)，整體構(gòu)件尺寸較小。

3三峽陽(yáng)江示范項(xiàng)目

2018年，由三峽集團(tuán)珠江公司牽頭，華南理工、明陽(yáng)智能參與，啟動(dòng)一臺(tái)單機(jī)容量5.5MW的漂浮式試驗(yàn)樣機(jī)研究，于2021年完成，項(xiàng)目選址位于陽(yáng)江某海域，基礎(chǔ)形式為半潛式，是根據(jù)50年一遇的極端風(fēng)浪流工況設(shè)計(jì)，最高可抗17級(jí)臺(tái)風(fēng)。

結(jié)語(yǔ)

這些年來(lái)，海上漂浮式風(fēng)電技術(shù)伴隨著全球海上風(fēng)電商業(yè)化開(kāi)發(fā)熱潮而逐漸趨于成熟，并處于商業(yè)化的起始階段。對(duì)于中國(guó)的海上風(fēng)電行業(yè)而言，開(kāi)展漂浮式風(fēng)電技術(shù)研究和工程化實(shí)踐，將有助于拓展海上風(fēng)電的空間范圍，是海上風(fēng)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一，也是我國(guó)未來(lái)保持海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要抓手。