風能展獨家直播：大型海上浮動式風機基礎設計方法研究—風電機組技術

　　從這個表上大家可以看出，左上圖是歐洲的海上風能的分布情況，右上圖是美國情況。大家可以看到在東海岸，以及西海岸儲量是非常豐富的近幾年美國在浮動式風電方面發(fā)展政府扶持力度是非常大的。鑒衡參加了OC4，IEA主持的一系列項目，其中就包括浮動式的機組的研究，他們希望在2017實現(xiàn)度電成本達到商業(yè)利用價值。下面這兩個是亞太地區(qū)和海南島周圍深海風能的情況。
　　下面再來看一下浮動式風機與傳統(tǒng)的我們說的海上油氣平臺的區(qū)別。第一結(jié)構(gòu)總重量不同，相比較于采油平臺，浮動式風機，結(jié)構(gòu)總重量比較小，在相應的載荷情況下，頂部加速度是比較大的，這是一個比較大的設計挑戰(zhàn)。因為在水下的部分比較小，所以受流動影響比較小，我們?yōu)榱双@得比較好的風資源，往往導致比較高的高度，導致系統(tǒng)高度比較高，這樣就帶來一個問題，特別是風機在正常額定運行發(fā)電的時候，水力推力比較大，這樣就產(chǎn)生一個比較大的力矩。還有一個最大的問題，跟傳統(tǒng)的海上平臺的設計不一樣，在海上平臺設計過程中，更多的利用頻域的設計方法，可以進行現(xiàn)行分析，浪和流的耦合，并不是那么的明顯。但是在浮動式風機這樣一個以捕捉風能，轉(zhuǎn)換成電能的裝置，這樣的話，它的風機整個集成和稀薄，線性耦合是非常明顯的，在設計過程中是不能回避的問題。
　　浮動式風機目前的現(xiàn)狀，根據(jù)咨詢結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計，目前全球有29個浮動式風機項目，主要是歐洲16個，美國4個，日本9個，有兩個實尺度浮動式風機樣機。在2011年的年底，在葡萄牙那邊用了windfloat的技術，基于海上平臺的浮動式基礎，主要有三方面，spar，tlp，semi，spar是主要的，tlp是小尺度的。這個是目前典型的浮動式風級項目的詳細情況，包括里面采用的基礎的設計方案，風機制造商和項目的狀態(tài)。
　　通過這些可以給我們傳遞一個信息，海上風電的時代來了，浮動式海上風電正在醞釀，并且在未來幾年，很可能在2015年，到2020年期間會出現(xiàn)小批量的浮動式的項目。
　　下面來看一下浮動式基礎設計方面的設計方法，設計流程。根據(jù)我們傳統(tǒng)的經(jīng)驗，我們可以把固定式海上風機跟海上的浮動式平臺1加1，但是1加1帶來的問題，有很多需要細化解決的問題，不是簡單的疊加。我們需要把浮動式風機分成三個部分，一個是機頭，浮動基礎，系泊系統(tǒng)，浮動風機，在整個設計過程當中，可以借助目前的規(guī)范進行，在風機這塊有成熟的設計規(guī)范。根據(jù)我們常用的IEA的規(guī)范，他們陸續(xù)增加了針對海上浮動式的海上計算工況。在機組和系泊可以沿用之前海上平臺的設計經(jīng)用，ABS和DNV針對浮動式風機進行了研究，對浮動式風機進行了細化。
右面是一系列的在設計過程當中需要考慮的問題，包括設計工況，怎么對風浪流的設計，包括控制系統(tǒng)，安全系數(shù)，優(yōu)化等等。針對浮動式風機的設計力量跟采油平臺是不一樣的，采油平臺把人員的安全和對環(huán)境的影響是放在第一位的，因為海埂平臺往往是海油裝置，上面會有一些人員常駐，另外出現(xiàn)破損的話，對環(huán)境污染是非常嚴重的，對成本會有一些要求，但是不會像我們開發(fā)風機這樣，對成本要求這么高，在安全系數(shù)方面會有不同。我們浮動式風機在試運行和調(diào)試過程需要有人執(zhí)手，其他運行過程當中不需要人執(zhí)手。這樣對我們浮動式風機的設計優(yōu)化過程當中成本提供了一些可能性。
　　這是目前針對浮動式基礎的設計標準和規(guī)范，目前有的是GL在2012年年底的時候，出的一個目前海上風機設計規(guī)范的版本當中增加了浮動式風機的載荷計算工況的要求，ABS和DNV兩家公司，在今年年初和年中的時候，分別出了針對浮動式基礎和相應系泊過程中的規(guī)范，為浮動式風機后續(xù)項目的開展，提供了一些設計的標準，以及認證參考的規(guī)范。目前我們最權(quán)威的IEC61400-3-2是一個最規(guī)范的成本，也許明年年初的時候會出一個初稿。浮動式機組設計流程，基于目前通用的循環(huán)設計方法，首先會根據(jù)風機載荷的工況，給這個機組做一個輸入，完成初步設計，然后再進行整機運行的分析軟件進行載荷計算，通過反復迭代之后進行分析。分了三個工況，極限工況，疲勞工況，意外工況。