海上漂浮式风力发电基础可行性分析

王磊　王娜

自2009年以来，我国风力发电产业进入高速发展的阶段，技术上迅速走向成熟，大型兆瓦级机组开始逐渐成为市场的主打产品，随着国家能源局政策上的大力支持，现阶段海上风电的发展也势在必行，本文从市场化的角度深入剖析了海上风力发电机组漂浮式基础平台的市场化可行性，为实现此项创新工程做了前期准备。

随着陆地风电资源的开发，现在国内可开发的优质风电资源逐渐减少，海上风电潜在开发量巨大，并且沿海地区经济发达，能源需求大需要，所以需要积极开展海上风力发电项目。

海上风电具有优势：一是海上风速较大，年利用率高。二是海上区域广阔，允许风机大型化，单机发电量高。三是减少电力运输成本，沿海城市经济发达，用电量较高，有效减少西部电力产能，可以缓解产能过剩。

行业现状

现有的海上风力发电装置基本上是在海底打桩后架起来，与陆地上的差别不大。这样的风力发电机大多架设在浅海水域，水深一般不超过30米。很可惜，这种技术运用于中国漫长的沿岸浅水水域将达不到应有的经济效果。众所周知，在冬季，中国海面上的风向是沿岸南下，在夏季则北上。风力强度则是离岸越近越弱。一般来说，海上风力发电装置的造价是陆地上的两倍。所以要达到理想的经济效益，海上风力发电装置的发电也必须是陆地上的两倍。这在中国沿岸浅水区域由于风弱而不可能，只能在离岸30公里外的水域才能达到。但是，那里的水深都在40米以上，深至千米。

约二十年前，欧美开始开发用于海上承载风电机的浮动平台结构。实际上，当时的海洋工程设计技术已经成熟，设计建造的海洋工作平台主要运用于海底石油開发，可以深至数千米。承载风电机的浮动平台结构只不过是此类技术的一种简单运用。所以，近十多年来，出现十多种浮动平台应用于承载风力发电机。

技术解决方案

海上漂浮式风力发电系统利用半潜式平台作为发电系统的安装平台，平台本身需要具有锚泊定位系统使整个平台具有较高的稳定性，风力发电系统发出的电通过海底预埋电缆并网。整个系统分为四大部分，半潜式漂浮平台、平台定位稳定系统、风力发电系统、海底输电线路。

漂浮式海上风力发电机可以把海上丰富的风力资源转化为“绿色的”低成本的电能。这种电能的成本比火电厂的电能成本更低。通过把低成本的漂浮式风力发电机安置在海边的强风区域，利用低成本、无方向性的漂浮式垂直轴风力发电机来发电。

一旦在全世界的强风区域都充分发展和建立这种漂浮式海上风电场，那么海上风能将可替代火力发电成为主要的电力来源。同时，由于风能取之不尽及对环境不造成污染，大量的交通工具可利用风电而放弃汽油，这将是能源界的巨大进步。随着石油用量的降低，大气污染、气候变化等问题也将随之缓解，地球环境将更加清洁、安全、适宜居住。

半潜式漂浮平台上部为风机安装平台，下部为箱式下船体，用支撑立柱连接海上钻井平台。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。下浮体潜入海下一定的深度，只留部分立柱和上部平台，以躲开海上强烈的风浪作用，提高稳定性。

平台稳定系统即为锚泊定位系统，常规的锚泊定位系统通常由辐射状布置的八个锚组成，用链条或钢绳与平台连接。水深超过300～500米时，需要采用动力定位系统或深水锚泊定位系统。动力定位系统是船舶声纳系统的发展，在这种系统中，信号由平台发给或收自装在海底的传感器。深水锚泊系统，需用大量链条，靠供应船运载。半潜式钻井平台由于下体都浸没在水中，其横摇与纵摇的幅值都很小，有较大影响的是垂荡运动。由于风浪较大并且风机运行存在推力和扭矩，所以平台加装一个重锤钟摆装置，增加设备的稳定性。

风力发电系统分为水平轴风机和垂直轴风机两种。水平轴风机运行过程中，会承受较大的推力和左右方向的扭矩，所以装备水平轴风机的发电平台主要考虑需要抵抗风机倾覆力。垂直轴风机主要承受水平面方向的扭矩和一定的推力。

海底输电线路建设是复杂工程，需要专业人员根据地形勘探线路，遵循安全可靠、经济合理、利于施工及维护等选择一条可行性高的线路。电缆选择必须考虑防水耐压，如果地形特殊还需要考虑电缆是否需要铠装。总之海底电缆敷设需要专业人员进行考察勘探后由专业人员进行敷设。

可行性

海上漂浮式风力发电系统无论从市场化成本方向考虑还是技术上可实现性方向考虑都是开发风电系统的一个新的方向，为海上平台、风力发电、海底电缆敷设等集合的综合性工程。海上风电资源丰富，而且可以为沿海城市提供高质量的清洁能源，具有良好的开发前景。希望政府和合作商可以提供资金支持，使此项目可以进行生产。对中国的清洁能源事业稳定向前推动。