中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：法國(guó)海洋可再生能源結(jié)構(gòu)工程商Ceteal公司日前表示，其在海上風(fēng)電領(lǐng)域新推出的X形混凝土浮動(dòng)基礎(chǔ)平臺(tái)與其他廠(chǎng)商的其他設(shè)計(jì)相比具有顯著的制造和運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)。
該公司研發(fā)總監(jiān)Pascal Heisel表示，開(kāi)發(fā)的X形半潛式混凝土平臺(tái)XCF是一種簡(jiǎn)單、靈活且具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的浮動(dòng)式海上風(fēng)能解決方案。無(wú)論海浪的涌動(dòng)方向如何，其對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)可確保平臺(tái)的穩(wěn)定和平衡。
簡(jiǎn)單的解決方案
其平臺(tái)由X形浮筒末端的四個(gè)圓柱形浮子組成，其中心浮子平臺(tái)用于承載風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)，并采用輕鋼結(jié)構(gòu)提供水平支撐。Heisel說(shuō)，該公司從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)用于10MW及以上的風(fēng)力渦輪機(jī)，其重點(diǎn)是易于大規(guī)模生產(chǎn)，并將整體尺寸保持在最低水平。
Ceteal公司通過(guò)與法國(guó)開(kāi)發(fā)商N(yùn)ass＆Wind公司的合作開(kāi)發(fā)并獲得技術(shù)專(zhuān)利。Ceteal公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)海上風(fēng)能和潮汐能的基礎(chǔ)平臺(tái)，法國(guó)開(kāi)發(fā)商N(yùn)ass＆Wind公司與DCNS（現(xiàn)為Naval Energies）公司合作開(kāi)發(fā)WinFlo浮動(dòng)基礎(chǔ)項(xiàng)目。Heisel解釋說(shuō)，兩家公司在2015年開(kāi)始研究如何為6MW以上的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)更高效的浮動(dòng)平臺(tái)。
Ceteal公司將會(huì)借鑒其姊妹公司Mareal公司的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。而Mareal公司在石油和天然氣行業(yè)的海上設(shè)計(jì)方面擁有超過(guò)15年的經(jīng)驗(yàn)，其目的是提出一種盡可能簡(jiǎn)單的解決方案，因此不會(huì)輕易導(dǎo)致項(xiàng)目失敗。Heise表示，他們使用電子表格來(lái)創(chuàng)建設(shè)計(jì)，應(yīng)用計(jì)算來(lái)檢查概念，而不是首先付諸實(shí)踐。“解決問(wèn)題的最好辦法就是做好規(guī)劃和準(zhǔn)備。”他說(shuō)。
Ceteal公司還通過(guò)分離出四個(gè)主要功能簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程：垂直載荷、傾覆力矩、水平位移、動(dòng)力學(xué)特性。
該公司最初的決定是構(gòu)建鋼筋混凝土平臺(tái)還是鋼質(zhì)平臺(tái)。Heisel表示，混凝土具有很好的特性，因?yàn)槠洳牧喜灰灼诤透g，使用壽命更長(zhǎng)，成本更低，并且更多地利用當(dāng)?shù)毓?yīng)鏈。
鋼筋混凝土圓形部件念依賴(lài)于其形狀阻力可以提供更高的強(qiáng)度，并有助于確保耐波性。這也意味著當(dāng)海水沖刷其結(jié)構(gòu)頂部時(shí)，不會(huì)受到波浪撞擊或水力負(fù)荷的影響。其浮筒由內(nèi)部矩形框架組成，該框架具有抵抗傾覆力矩，由圓柱形外殼保護(hù)以抵抗海浪的壓力。
初步研究表明，平臺(tái)采用三個(gè)漂浮物不足以支撐大型渦輪機(jī)，因此Ceteal公司采用四個(gè)漂浮物。這具有提供兩個(gè)對(duì)稱(chēng)軸設(shè)計(jì)的附加優(yōu)點(diǎn)，使得無(wú)論海浪涌動(dòng)的方向如何，其平臺(tái)將保持穩(wěn)定平衡。這意味著XCF平臺(tái)可以在惡劣的多向環(huán)境中應(yīng)用，例如在旋風(fēng)區(qū)域中的環(huán)境。四個(gè)浮子在某個(gè)浮子損壞的情況下也將提供更多冗余。
XCF平臺(tái)也可以采用六個(gè)甚至八個(gè)浮筒和浮子。 “由于12MW風(fēng)力渦輪機(jī)最近剛剛推出，我們還不知道它們的所有特性。”Heisel說(shuō)，“而根據(jù)港口設(shè)施和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用六個(gè)漂浮物可能更加經(jīng)濟(jì)可行?！?
設(shè)計(jì)靈活
該設(shè)計(jì)在許多其他方面也很靈活。例如，有多種方法可以將風(fēng)力渦輪機(jī)塔架固定到中央浮子上，雖然它是為簡(jiǎn)單且經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的懸鏈系泊設(shè)計(jì)的，但該平臺(tái)可以適用于張力腿系統(tǒng)。
Heisel說(shuō)，XCF平臺(tái)也可以采用鋼材制造，雖然這不會(huì)那么有效。鋼材與混凝土相比質(zhì)量更輕。這意味著重量和浮力之間的比例有所不同的，需要不同的尺寸，并且提供不同的經(jīng)濟(jì)可行性。
該平臺(tái)適用于不同尺寸的渦輪機(jī)，并將成為系列產(chǎn)品。風(fēng)力渦輪機(jī)的部署也取決于基礎(chǔ)平臺(tái)，其中一些容忍傾斜度低于其他基礎(chǔ)平臺(tái)?！皩?duì)風(fēng)力渦輪機(jī)和平臺(tái)進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)非常重要?！盚eisel指出。這不僅對(duì)于浮子式聯(lián)軸器很重要，而且對(duì)于港口設(shè)施也很重要。更高、更重的渦輪機(jī)需要更大的浮子尺寸，從而影響港口所需的空間和最小水深。
Heisel表示，在尺寸方面，浮動(dòng)平臺(tái)是一個(gè)正方形，平臺(tái)每邊長(zhǎng)度大約是渦輪機(jī)高度的一半。相比之下，對(duì)于不太緊湊的設(shè)計(jì)，每側(cè)長(zhǎng)度大約為渦輪機(jī)高度的三分之二。對(duì)于120米高的渦輪機(jī)，該平臺(tái)的尺寸約為60×60米。然而，模塊化結(jié)構(gòu)和X形結(jié)構(gòu)允許更有效地使用承載空間。
大量生產(chǎn)
Heisel說(shuō)，Ceteal公司從最早的階段開(kāi)始考慮施工，選擇適合大規(guī)模生產(chǎn)的模塊化概念。其目標(biāo)是能夠在兩年的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建和安裝60個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)。
這些平臺(tái)模塊可以使用能夠提升至400噸的小型起重機(jī)在碼頭組裝，然后在安裝風(fēng)力渦輪機(jī)之前將平臺(tái)移到自升式船或半潛式平臺(tái)上，雖然這也有一定的靈活性，港口的水深通常為8-9米，但其設(shè)計(jì)可以在一定程度上適應(yīng)較淺的水域。
一旦開(kāi)始安裝，浮動(dòng)平臺(tái)和風(fēng)力渦輪機(jī)可以使用兩條或三條拖船牽引到海上安裝現(xiàn)場(chǎng)，總重量為200-300噸。 Heisel表示，圓形平臺(tái)具有較低的阻力意味著可以使用價(jià)格更低、功能更少，并且通用的拖船。他補(bǔ)充說(shuō)，較低的阻力也將有助于其適合在海流強(qiáng)勁的地區(qū)部署，例如亞洲部分地區(qū)。
降低成本
根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧系墓?yīng)和價(jià)格、當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力成本和港口設(shè)施，這個(gè)結(jié)構(gòu)將花費(fèi)大約5-6百萬(wàn)歐元的費(fèi)用。優(yōu)化混凝土設(shè)計(jì)允許團(tuán)隊(duì)以多種方式降低成本。
Heisel說(shuō)，混凝土不需要預(yù)應(yīng)力來(lái)增加彈性，這是XC F平臺(tái)獨(dú)有的特性。而且由于它不需要應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力，它可以由成本更低和更容易獲得的混凝土制成。
同樣，混凝土也需要較低的鋼筋比例。Heisel估計(jì)，根據(jù)渦輪機(jī)的不同，XCF平臺(tái)需要每立方米混凝土約采用150-200千克鋼材，可能是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能使用的一半。
節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本
Heisel承認(rèn)，XCF平臺(tái)的資本支出成本可能更高一些，因?yàn)樗渴鹆舜罅康谋O(jiān)控設(shè)備。然而他認(rèn)為，在XCF平臺(tái)的全生命周期中可以節(jié)約更多的成本，其總價(jià)是由資本性支出和運(yùn)營(yíng)成本以及退役成本組成的。
同樣，運(yùn)營(yíng)維護(hù)從一開(kāi)始就構(gòu)成了XCF平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程的重要部分。而采用大量的攝像頭和傳感器都可以訪(fǎng)問(wèn)并更換，使得維護(hù)團(tuán)隊(duì)能夠全天候查看正在發(fā)生的事情，并監(jiān)控平臺(tái)的情況。如果出現(xiàn)問(wèn)題，他們可以遠(yuǎn)程分析，并在基地設(shè)計(jì)解決方案，然后再派遣人員進(jìn)行維修。Heisel指出，這節(jié)省了大量的時(shí)間和費(fèi)用。也可以連續(xù)監(jiān)控其系泊線(xiàn)，因此維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以檢測(cè)任何污垢，并泵出壓載水以補(bǔ)償額外的重量。
如果發(fā)生事故，例如船舶與平臺(tái)發(fā)生碰撞，工程師可以遠(yuǎn)程分析平臺(tái)損壞的嚴(yán)重程度，并穩(wěn)定平臺(tái)以恢復(fù)功能，而無(wú)需先派出船只或直升機(jī)。
Heisel指出，此外，如果維修人員遇到惡劣天氣，他們可以安全地從平臺(tái)通過(guò)混凝土浮橋內(nèi)的通道進(jìn)入渦輪機(jī)躲避。
接下來(lái)是什么？
XCF平臺(tái)已完成第一階段的浮筒測(cè)試（如圖所示），用于校準(zhǔn)和微調(diào)流體動(dòng)力學(xué)系數(shù)，并正在進(jìn)行認(rèn)證過(guò)程。與此同時(shí)，Ceteal公司及其合作伙伴正在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在減小浮筒的尺寸，并改進(jìn)可以承載12MW渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)Ceteal公司?，F(xiàn)在正在尋找投資者和工業(yè)合作伙伴，以建立一個(gè)規(guī)模更大的平臺(tái)。
Ceteal公司希望將其平臺(tái)將其添加到大型商業(yè)項(xiàng)目中，其中開(kāi)發(fā)人員選擇了能夠制造大型混凝土結(jié)構(gòu)的港口。Heisel指出，作為一個(gè)額外的好處，比較風(fēng)力渦輪機(jī)在XCF浮動(dòng)平臺(tái)和固定底部重力基礎(chǔ)上的輸出和行為也是有趣的。
與此同時(shí)，他們回復(fù)了兩項(xiàng)有興趣裝備500MW項(xiàng)目的請(qǐng)求，一項(xiàng)在亞洲，另一項(xiàng)在法國(guó)。
如今，還有許多浮動(dòng)平臺(tái)已經(jīng)投入使用或接近部署。Hywind公司2009年部署了spar buoy浮動(dòng)平臺(tái)，可以承載2.3MW西門(mén)子渦輪機(jī)。當(dāng)Equinor公司委托Hywind公司部署五個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)30MW 的Hywind Scotland項(xiàng)目時(shí)，其技術(shù)改進(jìn)邁出了重要一步。
它仍然是世界上唯一的商業(yè)性浮動(dòng)平臺(tái)，Equinor公司正在尋求其他技術(shù)途徑，特別是支持北海地區(qū)的石油和天然氣開(kāi)采。
Principle Power公司的鋼制半潛式設(shè)計(jì)被稱(chēng)為WindFloat，于2016年成功完成了一個(gè)為期五年的示范階段，其中2MW渦輪機(jī)位于葡萄牙海岸附近。隨后是規(guī)模更大的WindFloat Atlantic項(xiàng)目，該項(xiàng)目將采用8.4MW的MHI Vestas V164渦輪機(jī)，這是迄今為止安裝在浮式地基上的最大的渦輪機(jī)，預(yù)計(jì)于2019年投入使用。
WindFloat Atlantic項(xiàng)目將在距離葡萄牙西北海岸約20公里的水深約100米處部署運(yùn)營(yíng)。與采用標(biāo)準(zhǔn)33kV電纜的Hywind Scotland不同，它將提供66kV陣列和輸出動(dòng)態(tài)電纜。
Windfloat設(shè)計(jì)也被選用于法國(guó)水域的三個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的24MW Golfe du Lion項(xiàng)目，而Principle Power公司還在美國(guó)加利福尼亞海岸開(kāi)發(fā)100-150MW浮動(dòng)平臺(tái)項(xiàng)目。
Ideol公司試驗(yàn)性Floatgen混凝土平臺(tái)（如圖所示）采用其創(chuàng)新的“阻尼池”技術(shù)，配備2MW的Vestas風(fēng)力渦輪機(jī)，并于今年4月在法國(guó)工廠(chǎng)安裝。最近在日本北九州附近安裝了鋼質(zhì)浮動(dòng)平臺(tái)，支持雙葉片3MW Aerodyn風(fēng)力渦輪機(jī)。Ideol公司還將為地中海Le Gruissan的EolMed 24.8MW項(xiàng)目提供了四個(gè)漂浮物。
此外，西門(mén)子公司前首席技術(shù)官Henrik Stiesdal設(shè)計(jì)的TetraSpar浮動(dòng)基礎(chǔ)平臺(tái)雖然并不先進(jìn)，但吸引了業(yè)界的興趣。丹麥基金管理公司Copenhagen Infrastructure Partners已與海外開(kāi)發(fā)商Magellan Wind成立合資公司，為美國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)張力腿浮動(dòng)平臺(tái)。
