海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)可行性分析

王磊　王娜

自2009年以來(lái)，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展的階段，技術(shù)上迅速走向成熟，大型兆瓦級(jí)機(jī)組開始逐漸成為市場(chǎng)的主打產(chǎn)品，隨著國(guó)家能源局政策上的大力支持，現(xiàn)階段海上風(fēng)電的發(fā)展也勢(shì)在必行，本文從市場(chǎng)化的角度深入剖析了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)平臺(tái)的市場(chǎng)化可行性，為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)創(chuàng)新工程做了前期準(zhǔn)備。

隨著陸地風(fēng)電資源的開發(fā)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)可開發(fā)的優(yōu)質(zhì)風(fēng)電資源逐漸減少，海上風(fēng)電潛在開發(fā)量巨大，并且沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求大需要，所以需要積極開展海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目。

海上風(fēng)電具有優(yōu)勢(shì)：一是海上風(fēng)速較大，年利用率高。二是海上區(qū)域廣闊，允許風(fēng)機(jī)大型化，單機(jī)發(fā)電量高。三是減少電力運(yùn)輸成本，沿海城市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電量較高，有效減少西部電力產(chǎn)能，可以緩解產(chǎn)能過(guò)剩。

行業(yè)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的海上風(fēng)力發(fā)電裝置基本上是在海底打樁后架起來(lái)，與陸地上的差別不大。這樣的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多架設(shè)在淺海水域，水深一般不超過(guò)30米。很可惜，這種技術(shù)運(yùn)用于中國(guó)漫長(zhǎng)的沿岸淺水水域?qū)⑦_(dá)不到應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效果。眾所周知，在冬季，中國(guó)海面上的風(fēng)向是沿岸南下，在夏季則北上。風(fēng)力強(qiáng)度則是離岸越近越弱。一般來(lái)說(shuō)，海上風(fēng)力發(fā)電裝置的造價(jià)是陸地上的兩倍。所以要達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益，海上風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電也必須是陸地上的兩倍。這在中國(guó)沿岸淺水區(qū)域由于風(fēng)弱而不可能，只能在離岸30公里外的水域才能達(dá)到。但是，那里的水深都在40米以上，深至千米。

約二十年前，歐美開始開發(fā)用于海上承載風(fēng)電機(jī)的浮動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)的海洋工程設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成熟，設(shè)計(jì)建造的海洋工作平臺(tái)主要運(yùn)用于海底石油開發(fā)，可以深至數(shù)千米。承載風(fēng)電機(jī)的浮動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)只不過(guò)是此類技術(shù)的一種簡(jiǎn)單運(yùn)用。所以，近十多年來(lái)，出現(xiàn)十多種浮動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用于承載風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

技術(shù)解決方案

海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用半潛式平臺(tái)作為發(fā)電系統(tǒng)的安裝平臺(tái)，平臺(tái)本身需要具有錨泊定位系統(tǒng)使整個(gè)平臺(tái)具有較高的穩(wěn)定性，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電通過(guò)海底預(yù)埋電纜并網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)分為四大部分，半潛式漂浮平臺(tái)、平臺(tái)定位穩(wěn)定系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、海底輸電線路。

漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以把海上豐富的風(fēng)力資源轉(zhuǎn)化為“綠色的”低成本的電能。這種電能的成本比火電廠的電能成本更低。通過(guò)把低成本的漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)安置在海邊的強(qiáng)風(fēng)區(qū)域，利用低成本、無(wú)方向性的漂浮式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。

一旦在全世界的強(qiáng)風(fēng)區(qū)域都充分發(fā)展和建立這種漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)，那么海上風(fēng)能將可替代火力發(fā)電成為主要的電力來(lái)源。同時(shí)，由于風(fēng)能取之不盡及對(duì)環(huán)境不造成污染，大量的交通工具可利用風(fēng)電而放棄汽油，這將是能源界的巨大進(jìn)步。隨著石油用量的降低，大氣污染、氣候變化等問(wèn)題也將隨之緩解，地球環(huán)境將更加清潔、安全、適宜居住。

半潛式漂浮平臺(tái)上部為風(fēng)機(jī)安裝平臺(tái)，下部為箱式下船體，用支撐立柱連接海上鉆井平臺(tái)。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接。下浮體潛入海下一定的深度，只留部分立柱和上部平臺(tái)，以躲開海上強(qiáng)烈的風(fēng)浪作用，提高穩(wěn)定性。

平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)即為錨泊定位系統(tǒng)，常規(guī)的錨泊定位系統(tǒng)通常由輻射狀布置的八個(gè)錨組成，用鏈條或鋼繩與平臺(tái)連接。水深超過(guò)300～500米時(shí)，需要采用動(dòng)力定位系統(tǒng)或深水錨泊定位系統(tǒng)。動(dòng)力定位系統(tǒng)是船舶聲納系統(tǒng)的發(fā)展，在這種系統(tǒng)中，信號(hào)由平臺(tái)發(fā)給或收自裝在海底的傳感器。深水錨泊系統(tǒng)，需用大量鏈條，靠供應(yīng)船運(yùn)載。半潛式鉆井平臺(tái)由于下體都浸沒(méi)在水中，其橫搖與縱搖的幅值都很小，有較大影響的是垂蕩運(yùn)動(dòng)。由于風(fēng)浪較大并且風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在推力和扭矩，所以平臺(tái)加裝一個(gè)重錘鐘擺裝置，增加設(shè)備的穩(wěn)定性。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)兩種。水平軸風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)承受較大的推力和左右方向的扭矩，所以裝備水平軸風(fēng)機(jī)的發(fā)電平臺(tái)主要考慮需要抵抗風(fēng)機(jī)傾覆力。垂直軸風(fēng)機(jī)主要承受水平面方向的扭矩和一定的推力。

海底輸電線路建設(shè)是復(fù)雜工程，需要專業(yè)人員根據(jù)地形勘探線路，遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、利于施工及維護(hù)等選擇一條可行性高的線路。電纜選擇必須考慮防水耐壓，如果地形特殊還需要考慮電纜是否需要鎧裝?？傊５纂娎|敷設(shè)需要專業(yè)人員進(jìn)行考察勘探后由專業(yè)人員進(jìn)行敷設(shè)。

可行性

海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)論從市場(chǎng)化成本方向考慮還是技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)性方向考慮都是開發(fā)風(fēng)電系統(tǒng)的一個(gè)新的方向，為海上平臺(tái)、風(fēng)力發(fā)電、海底電纜敷設(shè)等集合的綜合性工程。海上風(fēng)電資源豐富，而且可以為沿海城市提供高質(zhì)量的清潔能源，具有良好的開發(fā)前景。希望政府和合作商可以提供資金支持，使此項(xiàng)目可以進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)中國(guó)的清潔能源事業(yè)穩(wěn)定向前推動(dòng)。