由陸向海、由淺到深、由固定基礎(chǔ)變漂浮式平臺...全球風(fēng)電深遠海方向已定，漂浮式的經(jīng)濟性凸顯。
據(jù)克拉克森研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前全球規(guī)劃中的漂浮式海上風(fēng)電項目超150個，裝機總量超100GW。GWEC最新報告預(yù)計，全球漂浮式風(fēng)電將從2020年的17MW增加到2030年的16.5GW。2022年DNV全新報告《漂浮式海上風(fēng)電：未來5年》指出，到2050年，全球漂浮式海上風(fēng)電項目裝機量將高達264GW。
雖然我國海上風(fēng)電起步較晚，但隨著潮間帶、近海資源開發(fā)趨于飽和，走向深遠海是發(fā)展必然。國家氣候中心數(shù)據(jù)顯示，深海風(fēng)資源總量約10億千瓦，相當(dāng)于近海風(fēng)資源的2倍，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
中國海上風(fēng)電今年正式邁入平價，業(yè)內(nèi)普遍認為，面向深遠海，除風(fēng)機大型化外，漂浮式在海上風(fēng)電投資降本方面更具優(yōu)勢。
然而，漂浮式風(fēng)電目前尚處于初步發(fā)展階段，面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)有很多，包括風(fēng)機、基礎(chǔ)+系泊、動態(tài)電纜、升壓換流站、運動相應(yīng)的耦合分析等。
圖片來自“DNV”官網(wǎng)
有業(yè)內(nèi)人士表示，漂浮式研究的思路包括兩種：一是以風(fēng)電裝備的思路開展設(shè)計，將浮式平臺視作特殊的基礎(chǔ)支撐形式，一是以海工裝備的思路開展設(shè)計將風(fēng)電機組視作水面結(jié)構(gòu)物。但無論哪一種思路，漂浮式風(fēng)電的研究都需要將風(fēng)電技術(shù)和海洋工程技術(shù)深入融合。
自13年前，DNV 就一直致力于海上漂浮式風(fēng)電發(fā)展，并領(lǐng)導(dǎo)著該行業(yè)相關(guān)要求和標準的制定，目前全球有超過一半的海上漂浮式風(fēng)電試點項目都按照DNV的標準來進行設(shè)計的。
DNV還擔(dān)任了12個漂浮式風(fēng)電場交易的技術(shù)顧問，并參與了諸多浮式風(fēng)電場合作研發(fā)和產(chǎn)業(yè)項目，如CONFLOWS、WIN WIN、LIFES50+，以及為浮式風(fēng)機分析提出了一項全新的聯(lián)合產(chǎn)業(yè)項目（JIP）。
圖片來自“DNV”官網(wǎng)
與近海固定式海上風(fēng)電（單樁到導(dǎo)管架）相比，漂浮式風(fēng)電設(shè)計、分析等全過程環(huán)節(jié)更加復(fù)雜，并且更加依賴于計算能力，因為分析必須考慮浮體水動力學(xué)和系泊載荷。更精確的早期設(shè)計尤為重要，以避免與最終設(shè)計值產(chǎn)生較大偏差，從而給企業(yè)帶來巨額的成本損失。
作為漂浮式風(fēng)機集成負載分析高級工具供應(yīng)商的領(lǐng)先者，早在20世紀50年代，DNV就已致力于研究更高效的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的有限元分析課題，并于1969年正式發(fā)布了第一代突破性的強度分析軟件Sesam。
Sesam是用于海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的先進工具，可以提供貫穿海洋結(jié)構(gòu)物整個生命周期的管理，進行高效的初始設(shè)計、結(jié)構(gòu)的重新評估、改建和維修、運營階段的分析計算，應(yīng)急響應(yīng)直至最后的拆卸與報廢。截止2022年，Sesam已經(jīng)積累了50+年全球應(yīng)用的成功經(jīng)驗。
DNV漂浮式風(fēng)機設(shè)計工作流程
國際工程公司COWI是DNV風(fēng)機軟件解決方案Sesam的領(lǐng)先用戶，該公司在海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計市場處于領(lǐng)先地位。COWI目前在臺灣地區(qū)和歐洲運行有多個海上風(fēng)電項目，據(jù)介紹，其在每個階段都使用 Sesam，包括概念設(shè)計、風(fēng)機基礎(chǔ)載荷計算、耦合分析和仿真等，能精確捕捉漂浮式風(fēng)機的復(fù)雜動態(tài)響應(yīng)。借助Sesam解決方案，工程師在幾小時內(nèi)可測算數(shù)千個載荷工況案例，一天內(nèi)可運行多次，極大加快設(shè)計進程迭代，降低風(fēng)險、縮短了交付時間。
COWI的高級工程師和項目經(jīng)理Erlend Gjelstad Jakobsen對DNV給予了高度認可，“Sesam可以為我們設(shè)計的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)量身定制，更精確的初始設(shè)計，更好的負載表現(xiàn)和更優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)計，讓概念更接近最終設(shè)計，降低成本風(fēng)險的同時，能更好的為客戶創(chuàng)造價值?！彼f到，“海上風(fēng)電市場發(fā)展迅速，企業(yè)需要快速適應(yīng)，Sesam可以滿足市場的預(yù)期?！?/p>
隨著8-10MW海上風(fēng)機逐漸成熟，為降低風(fēng)場開發(fā)投資成本，業(yè)內(nèi)也更趨向于開發(fā)10-20MW的大型風(fēng)機，大功率浮式風(fēng)機在降本也越來越具有優(yōu)勢。
針對這一趨勢，2020年，COWI向一個創(chuàng)新研究項目捐贈了325萬丹麥克朗，以開發(fā)更有效的漂浮物設(shè)計方法。該項目被稱為 EMULF——“超大型浮動風(fēng)機的有效數(shù)值方法”，由COWI與挪威科技大學(xué) (NTNU)、丹麥技術(shù)大學(xué) (DTU) 和挪威船級社DNV四方合作開發(fā)。
EMULF項目的目的是開發(fā)一種特定于浮動風(fēng)系統(tǒng)的有效數(shù)值方法，降低浮體制造和安裝的成本，旨在用于設(shè)計未來超大型風(fēng)機的柔性浮體時模擬空氣動力學(xué)和流體動力學(xué)載荷和響應(yīng)的耦合，目前已經(jīng)取得了積極的成果。
當(dāng)前，漂浮式風(fēng)電面臨的挑戰(zhàn)在于成本和固定式風(fēng)機相比，仍然較高。隨著技術(shù)創(chuàng)新和示范項目的應(yīng)用，海上浮式風(fēng)電正在走向成熟，商用開發(fā)加速。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會保守預(yù)計，到2050年，漂浮式機組成本將下降38%。DNV擁有行業(yè)領(lǐng)先的4000多名專家團隊，將不斷開發(fā)服務(wù)和解決方案，以支持安全、可靠和具有成本競爭力的項目，并通過提供全生命周期的工具，努力推動浮式風(fēng)電項目的商業(yè)化。
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