海上漂浮式風力發電基礎可行性分析

王磊　王娜

自2009年以來，我國風力發電產業進入高速發展的階段，技術上迅速走向成熟，大型兆瓦級機組開始逐漸成為市場的主打產品，隨著國家能源局政策上的大力支持，現階段海上風電的發展也勢在必行，本文從市場化的角度深入剖析了海上風力發電機組漂浮式基礎平臺的市場化可行性，為實現此項創新工程做了前期準備。

隨著陸地風電資源的開發，現在國內可開發的優質風電資源逐漸減少，海上風電潛在開發量巨大，并且沿海地區經濟發達，能源需求大需要，所以需要積極開展海上風力發電項目。

海上風電具有優勢：一是海上風速較大，年利用率高。二是海上區域廣闊，允許風機大型化，單機發電量高。三是減少電力運輸成本，沿海城市經濟發達，用電量較高，有效減少西部電力產能，可以緩解產能過剩。

行業現狀

現有的海上風力發電裝置基本上是在海底打樁后架起來，與陸地上的差別不大。這樣的風力發電機大多架設在淺海水域，水深一般不超過30米。很可惜，這種技術運用于中國漫長的沿岸淺水水域將達不到應有的經濟效果。眾所周知，在冬季，中國海面上的風向是沿岸南下，在夏季則北上。風力強度則是離岸越近越弱。一般來說，海上風力發電裝置的造價是陸地上的兩倍。所以要達到理想的經濟效益，海上風力發電裝置的發電也必須是陸地上的兩倍。這在中國沿岸淺水區域由于風弱而不可能，只能在離岸30公里外的水域才能達到。但是，那里的水深都在40米以上，深至千米。

約二十年前，歐美開始開發用于海上承載風電機的浮動平臺結構。實際上，當時的海洋工程設計技術已經成熟，設計建造的海洋工作平臺主要運用于海底石油開發，可以深至數千米。承載風電機的浮動平臺結構只不過是此類技術的一種簡單運用。所以，近十多年來，出現十多種浮動平臺應用于承載風力發電機。

技術解決方案

海上漂浮式風力發電系統利用半潛式平臺作為發電系統的安裝平臺，平臺本身需要具有錨泊定位系統使整個平臺具有較高的穩定性，風力發電系統發出的電通過海底預埋電纜并網。整個系統分為四大部分，半潛式漂浮平臺、平臺定位穩定系統、風力發電系統、海底輸電線路。

漂浮式海上風力發電機可以把海上豐富的風力資源轉化為“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。通過把低成本的漂浮式風力發電機安置在海邊的強風區域，利用低成本、無方向性的漂浮式垂直軸風力發電機來發電。

一旦在全世界的強風區域都充分發展和建立這種漂浮式海上風電場，那么海上風能將可替代火力發電成為主要的電力來源。同時，由于風能取之不盡及對環境不造成污染，大量的交通工具可利用風電而放棄汽油，這將是能源界的巨大進步。隨著石油用量的降低，大氣污染、氣候變化等問題也將隨之緩解，地球環境將更加清潔、安全、適宜居住。

半潛式漂浮平臺上部為風機安裝平臺，下部為箱式下船體，用支撐立柱連接海上鉆井平臺。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺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，以躲開海上強烈的風浪作用，提高穩定性。

平臺穩定系統即為錨泊定位系統，常規的錨泊定位系統通常由輻射狀布置的八個錨組成，用鏈條或鋼繩與平臺連接。水深超過300～500米時，需要采用動力定位系統或深水錨泊定位系統。動力定位系統是船舶聲納系統的發展，在這種系統中，信號由平臺發給或收自裝在海底的傳感器。深水錨泊系統，需用大量鏈條，靠供應船運載。半潛式鉆井平臺由于下體都浸沒在水中，其橫搖與縱搖的幅值都很小，有較大影響的是垂蕩運動。由于風浪較大并且風機運行存在推力和扭矩，所以平臺加裝一個重錘鐘擺裝置，增加設備的穩定性。

風力發電系統分為水平軸風機和垂直軸風機兩種。水平軸風機運行過程中，會承受較大的推力和左右方向的扭矩，所以裝備水平軸風機的發電平臺主要考慮需要抵抗風機傾覆力。垂直軸風機主要承受水平面方向的扭矩和一定的推力。

海底輸電線路建設是復雜工程，需要專業人員根據地形勘探線路，遵循安全可靠、經濟合理、利于施工及維護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。總之海底電纜敷設需要專業人員進行考察勘探后由專業人員進行敷設。

可行性

海上漂浮式風力發電系統無論從市場化成本方向考慮還是技術上可實現性方向考慮都是開發風電系統的一個新的方向，為海上平臺、風力發電、海底電纜敷設等集合的綜合性工程。海上風電資源豐富，而且可以為沿海城市提供高質量的清潔能源，具有良好的開發前景。希望政府和合作商可以提供資金支持，使此項目可以進行生產。對中國的清潔能源事業穩定向前推動。