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OGF-B-032·B 级报告·新能源与能源转型

漂浮式海上风电是什么

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海太深打不了桩,风机干脆浮在海上——这就是漂浮式风电

上一篇聊海上和陆上风电的区别时,冒出过一句:水深过了几十米、打桩不划算,就得请出漂浮式基础——风机浮在海面上,靠系泊锚固到海底。当时一笔带过,可这恰恰是海上风电走向深远海最见功力的一手:同样在海上转,"站着"和"浮着",是两套完全不同的活法。今天单把它掰开揉碎讲明白——漂浮式海上风电到底是什么,风机凭什么能"浮着"发电。

一句话先说清楚

漂浮式海上风电,指的是不再把风机基础打进海床,而是让整台风机坐在一个能浮起来的浮体(漂浮式基础)上,靠浮力托住,再用系泊系统像"拴船"一样锚固到海底,发出的电经动态海缆送回岸。 说白了,固定式风机是"脚踩海底、稳稳站着",漂浮式风机是"浮在水面、拿缆拴着"——个头、原理都还是那台风机,可"怎么待在海上"这件事,整套换了个思路。

为什么非得"浮"起来:深水里桩打不动

风机立在海上,浅水区好办:一根粗钢管桩直接打进海床(单桩),或者上借鉴海洋石油平台的导管架,都属于固定式基础。可水一深,桩就得越打越长、越打越贵,深到一定程度,固定式在经济上就吃不消了。偏偏更深、更远的那片海,风往往更大更稳、是块好风田。漂浮式的妙处正在这儿——浮体的造价对水深不那么敏感,水再深,浮的还是那套浮体,只把系泊缆放长些。于是固定式打桩不划算的深水海域,就交给漂浮式来啃,这就是它存在的根本理由。

OGF-B-032 封面

浮体怎么稳得住:四种基础型式

难点也在这儿:风机头重脚轻,浮在水上还得抗住风推浪打不倾覆,浮体稳性是头号课题。按"靠什么获得稳性"这条线,主流漂浮式基础分成四种:

  • 单柱式(Spar):一根细长大立柱,底部压重,把重心死死压到浮心之下,像不倒翁一样自动扶正;稳,但吃水很深,得有足够深的水域才施展得开。
  • 半潜式(Semi-sub):三四根浮筒立柱撑开布置,靠宽大的水线面变化产生扶正力矩;适用水深范围广、能在码头把风机整台装好再湿拖出海,技术最成熟,也是国内示范样机的主力型式。
  • 张力腿式(TLP):浮体的浮力故意做得比重力大,多出来的那截浮力被几根绷紧的张力筋腱向下拽住,"上下绷直",垂向几乎不晃;运动性能好,但安装复杂、造价偏高。
  • 驳船式(Barge):像一条大平底船,靠宽阔的水线面浮稳,结构简单、易造、成本低,缺点是吃水浅、对波浪更敏感。

一句话,漂浮式风机光是"怎么浮得稳",就是一门独立的大学问,基础型式怎么选,得看水深、海床和海况一起定。

拴住它、把电送出去:系泊与动态海缆

浮体不能随波逐流漂走,得靠系泊系统把它拴在原地。常见路数有几种:锚链一路垂到海底、靠自重下垂段形成回复力的悬链线式,用钢缆或纤维缆绷紧、靠拉伸变形提供张力的张紧式,还有张力腿专用的垂向张力腿系泊;缆的另一头,用锚、桩基或吸力锚锚固在海底,牢牢咬住不松口。

发出来的电还得送回岸,这里又冒出一道坎。固定式风机不动,海缆埋着接走就行;漂浮式风机一直在晃,硬邦邦的海缆迟早被晃出毛病,所以靠近浮体这一段得换成动态海缆——给海缆挂上浮力单元,让它在水里弯成一个能缓冲的"S"形,随浮体摆动一伸一缩地卸掉受力,再接到海床上的静态海缆送上岸。这条"会跟着浮体一起动的电缆",正是漂浮式区别于固定式的又一处硬骨头。

说到底

漂浮式海上风电的巧,全在一个"浮"字:风机不再把基础插进海床,而是坐在浮体上,靠浮力托、靠系泊拴、靠动态缆送电。 它的用武之地也很清楚——固定式打桩不经济的那片深水好风区。看懂了单柱、半潜、张力腿、驳船这四种"浮法",看懂了系泊锚固与动态海缆这两道坎,也就摸到了海上风电挺进深远海的门道所在。

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