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深海浮式風電不一樣
技術的大幅變更,自然會催生出不同的產業鏈環節。
目前,海上風電主要是單樁風電,也就是固定式的風電,而漂浮式風電則是一個運動型的平臺,必須對現有固定式的控制策略進行優化,使風力渦輪機可以在接近最佳效率值的情況下運行,并通過減少疲勞載荷來保證其可靠性。
所以,較固定式風電來說,浮式風電在風電機組(風機+塔筒)、浮體系統(基礎+系泊+動態海纜系統)、安裝施工等環節均有著較大變化。
風電機組延續了大型化的發展趨勢,但也出現了許多不同的新型設計理念。
在漂浮式項目中,常規大型化風機同樣可應用于深遠海,但面臨工作環境的改變,進行了結構加強和控制策略的改進,多種更加適合遠海的創新性設計也逐漸出現
首先是雙體漂浮式風機,2019年,由西班牙公司EnerOcean牽頭研制的一款新型漂浮式海上風力發電機進入使用階段,也成為了全球范圍內首個雙體漂浮式海上風機,有著容量大、易組裝、可隨風向調整、建設成本低等優點。
而在去年9月,我國風電龍頭企業明陽智能也發布了“藍色能動號”雙轉子漂浮式海上風電平臺,搭載兩臺明陽智能MySE8.3-180超緊湊半直驅海上風機,總容量可達16.6MW,也刷新了全球容量最大、重量最輕的雙轉子抗臺風漂浮式風機紀錄。
而在雙體漂浮式風機外,還有異型塔筒、單雙葉片等新型風機形式,分別有著成本低、安裝便利等眾多優勢。
但從總體來看,浮式風機創新結構設計體現了開發商在降本增效上所做的努力,但其并沒有多大的產業鏈更迭替換空間,只是屬于結構上的優化改進。
浮體系統作為浮式風機與固定式風機最大的不同之處,也有著最多的改變。
首先是為風機機組提供浮力和穩定性的鋼結構的浮式基礎,目前,主流的浮式基礎結構主要分為立柱式、半潛式、張力腿式以及駁船式四種。
資料來源國盛證券研究所
其中,立柱式依靠將大部分重量放置于盡可能低的位置來降低整個系統的重心,進而獲得穩定性,具有結構簡單、垂向波浪激勵力小、穩定性較好等特點,但對工作水深有著更多地要求,通常需要大于100m水深。
而半潛式設計意在最大限度地減少暴露在水中的表面積,最大限度增加體積,垂直圓柱體的大小和距離決定了穩定性,有著風機通用性強、水動力性能好、適用范圍廣地優點。
張力腿式風機則是最新且技術風險最高的平臺基礎形式,通過多個張力腿的方法來保證整個風機的穩定性,具有平臺垂向運動性能優良的特點,但該結構往往需要豐富的制造、安裝相關經驗,在國內尚未推廣。
駁船式則借鑒了船的設計,主要平臺均浮在水面以上,兼具結構形式簡單、容易制造、穩性較好、部署靈活的特點,也是目前應用較多的復試基礎設計。
浮式基礎之下,便是由張緊器、系泊線和錨固等裝置組成,通過連接海床為浮式基礎提供定位作用的系泊系統了。
而系泊系統中最重要的部分莫過于系泊線,是連接浮式基礎和海床的關鍵構件,主要有懸鏈式、張緊式、張力腿式三種形成。
懸鏈線式
張緊式
張力腿式
而三種系泊也對應著不同的浮式基礎設計半潛式、立柱式漂浮式風機常采用懸鏈式系泊,該類型系泊線為鋼鏈結構,鋼鏈因其具備制造成本低、工序簡單、強度高等優點,是目前使用最廣泛的系泊材料,但其占據海床空間較大,重量隨著水深增加而急劇增大。
而張緊式、張力腿式在重量與占據空間方面有一定改善,但從安裝角度來看,則更為復雜,所以截至目前,懸鏈式系泊為建設主流方案。
此外,在實際的建設中,也存在著許多優化降本的方案,例如國內,“引領號”及“扶搖號”均采用9點懸鏈式系泊方案,即三個立柱各有三條系泊纜,三條系泊纜共用同一個錨固基礎,通過共享的方法,大幅降低成本。
除系泊系統外,還有進行用電傳輸的動態海纜部分。
與固定式風機不同,漂浮式風機有著運動的空間,也決定了海纜將會被設計為可運動的狀態。此時,動態海纜不僅要承擔傳輸電力的作用、還要抵御各種環境載荷耦合所產生破壞的能力,因此在設計動態海纜結構時,要考慮各種載荷對海纜結構的影響。
而在風機本身結構之外,前往深遠海安裝施工也成為了產業鏈中必不可少的一部分。
漂浮式風機的大部分組件可于陸上建造組裝,安裝受窗口期影響很小,但浮體運輸、浮體吊裝、組裝、風機吊裝及系泊纜鋪設等部分必須于海上作業,并且對作業時的季節、天氣等各項因素有著極為嚴苛的要求,這也催生了對安裝船的需求,并對安裝船起吊能力、作業水深、可變載荷及甲板面積提出了更高的要求,供應缺口即將出現。
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