《科普時報》2024年4月12日03版
中國南海，離岸28公里，水深30米處，一臺高度超百米的風電機組屹立在三角結(jié)構(gòu)的漂浮平臺上。遠遠望去，悠悠轉(zhuǎn)動的巨大槳葉赫然醒目，葉片轉(zhuǎn)動1小時，滿發(fā)5500千瓦時電量，可夠一個三口之家用上兩年。風從海上來，點亮千萬家。
這是全球首個抗臺風型漂浮式風電機組及基礎(chǔ)平臺——三峽引領(lǐng)號，它具有大容量、抗臺風、漂浮式的特點。2021年12月7日，機組正式并網(wǎng)發(fā)電，標志著我國在全球率先具備大容量抗臺風型漂浮式海上風電機組自主研發(fā)、制造、安裝及運營能力。
浩瀚海洋，風起電至。由于近?？臻g資源有限，海上風電的發(fā)展也必然從淺近海走向深遠海。相應(yīng)的，海上風機支撐結(jié)構(gòu)形式也將伴隨水深變化，從固定式支撐結(jié)構(gòu)演變?yōu)槠∈街谓Y(jié)構(gòu)。作為我國首個漂浮風電項目，三峽引領(lǐng)號實現(xiàn)了中國海上風電從固定式走向漂浮式，是我國深遠海漂浮風電開發(fā)的實質(zhì)性探索成果。
與近海機組整體“站立”海底不同，漂浮式風電機組及基礎(chǔ)平臺用錨系與海底鏈接，讓浮體與風機“漂”在海面上，保證風機即使在臺風來臨時也不沉不倒，不出問題。
三峽引領(lǐng)號單機容量5.5兆瓦，由浮式風力發(fā)電機組、塔筒、三立柱半潛式基礎(chǔ)平臺、系泊系統(tǒng)和動態(tài)電纜等主要部分組成。它的輪轂中心高度距海平面約107米，相當于30多層樓的高度；葉輪直徑158米，相當于3架波音747并排的寬度；風輪掃風面積相當于3個標準化足球場，整體就像一個巨型“不倒翁”。
要在深遠海建成這么個巨型“不倒翁”，我們要完成3個目標：“不沉”“不倒”“不跑”。
不沉，秘訣暗藏在整個浮體中。三峽引領(lǐng)號由3根立柱加上一個浮筒構(gòu)成。在整根立柱里面，分了幾十個空倉，有的倉有水、有的倉沒水，通過調(diào)壓載水，維持浮力與1000多噸的風機重力平衡。
不倒，需通過一個復(fù)雜的數(shù)學模型來計算分析。舉個例子，即便平臺傾角達到10度甚至15度，風機整體也能通過一系列調(diào)整恢復(fù)如初。
不跑，則通過系泊系統(tǒng)來實現(xiàn)。漂浮式海上風電可以看作是一個風箏，它可以晃動，但絕對不能脫離我們的手掌心——通過系泊系統(tǒng)把它牢牢“抓”住。
在三峽引領(lǐng)號下方，3根立柱下共有9根系泊纜把它拖住，這意味著有三道防線保證它不走。當平臺要動時，第一道防線立即啟動：錨鏈會依靠回復(fù)力將平臺拖住，而不是硬拽。如果平臺繼續(xù)往前走，第二道防線就會頂上來：鋼絲繩由于其剛度較小、重量較輕的特點，會緩解整個平臺瞬時大幅度運動造成的系泊高張力，使平臺前進速度變慢。假如出現(xiàn)更極端的情況，它還要往前走，還有最后一道防線：在海床底下，會有抓力錨或吸力錨之類的構(gòu)件，將錨鏈繩索與海床扣緊，繼續(xù)把平臺拖住。通過這三道防線，確保它不會在位置上有過多的移動。
我們還在海上裝了一套非常復(fù)雜也非常完整的監(jiān)測系統(tǒng)，平臺怎么運動、晃動多少，都能監(jiān)測到，甚至與“北斗”系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)，隨時掌握平臺的運動情況。
逐浪深海并非易事。在三峽引領(lǐng)號的推進過程中，我們遇到過許多挑戰(zhàn)和困難，抵御臺風過境首當其沖。廣東陽江有時風速極大，甚至相當于時速達252千米，比肩高鐵的巡航速度。如此大的風速，作用在一個龐然大物上，會對底部產(chǎn)生約4億牛·米的載荷，相當于1000輛越野車同時把油門踩到底。
我們沒有可借鑒的技術(shù)，花了將近兩年的時間，至少做了6版方案，才提出目前的結(jié)構(gòu)——風機放在平臺邊側(cè)的立柱上，而不是放在中間。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能更好地抵抗1000輛越野車的整個力矩。
國外已建漂浮式海上風電項目適應(yīng)的最高風速是50米/秒，而三峽引領(lǐng)號可抵抗最大風速超70米/秒的17級臺風。2022年7月上旬，臺風“暹芭”在南海生成，強度達到12級，風速每秒37米，成為7年來登陸粵西的最強臺風。在“暹芭”的正面襲擊下，三峽引領(lǐng)號的風機機組、浮體和系泊系統(tǒng)安然無恙、狀態(tài)良好，成為漂浮式風電機組安全性能最有說服力的證明。
我國海上風電資源豐富，漂浮式海上風電技術(shù)具有廣闊的市場前景。目前，我們正在大力推進數(shù)字化智能化相關(guān)研究，通過建立數(shù)字孿生模型，建立自己的算法，對風機性能狀態(tài)進行預(yù)測，提高項目運維效率、降低勘測設(shè)計和建設(shè)運維成本，為包括海上風電在內(nèi)的新能源項目提供技術(shù)支撐。
來源：三峽小微
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