由陸向海、由淺到深、由固定基礎(chǔ)變漂浮式平臺...全球風電深遠海方向已定，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電項目超150個，裝機總量超100GW。GWEC最新報告預計，全球漂浮式風電將從2020年的17MW增加到2030年的16.5GW。2022年DNV全新報告《漂浮式海上風電：未來5年》指出，到2050年，全球漂浮式海上風電項目裝機量將高達264GW。
雖然我國海上風電起步較晚，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，深海風資源總量約10億千瓦，相當于近海風資源的2倍，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
中國海上風電今年正式邁入平價，業(yè)內(nèi)普遍認為，面向深遠海，除風機大型化外，漂浮式在海上風電投資降本方面更具優(yōu)勢。
然而，漂浮式風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，包括風機、基礎(chǔ)+系泊、動態(tài)電纜、升壓換流站、運動相應的耦合分析等。
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：一是以風電裝備的思路開展設計，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計將風電機組視作水面結(jié)構(gòu)物。但無論哪一種思路，漂浮式風電的研究都需要將風電技術(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電發(fā)展，并領(lǐng)導著該行業(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電試點項目都按照DNV的標準來進行設計的。
DNV還擔任了12個漂浮式風電場交易的技術(shù)顧問，并參與了諸多浮式風電場合作研發(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電（單樁到導管架）相比，漂浮式風電設計、分析等全過程環(huán)節(jié)更加復雜，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和系泊載荷。更精確的早期設計尤為重要，以避免與最終設計值產(chǎn)生較大偏差，從而給企業(yè)帶來巨額的成本損失。
作為漂浮式風機集成負載分析高級工具供應商的領(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，應急響應直至最后的拆卸與報廢。截止2022年，Sesam已經(jīng)積累了50+年全球應用的成功經(jīng)驗。
DNV漂浮式風機設計工作流程
國際工程公司COWI是DNV風機軟件解決方案Sesam的領(lǐng)先用戶，該公司在海上風電基礎(chǔ)設計市場處于領(lǐng)先地位。COWI目前在臺灣地區(qū)和歐洲運行有多個海上風電項目，據(jù)介紹，其在每個階段都使用 Sesam，包括概念設計、風機基礎(chǔ)載荷計算、耦合分析和仿真等，能精確捕捉漂浮式風機的復雜動態(tài)響應。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，極大加快設計進程迭代，降低風險、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可以為我們設計的應用程序?qū)崿F(xiàn)量身定制，更精確的初始設計，更好的負載表現(xiàn)和更優(yōu)化的基礎(chǔ)設計，讓概念更接近最終設計，降低成本風險的同時，能更好的為客戶創(chuàng)造價值。”他說到，“海上風電市場發(fā)展迅速，企業(yè)需要快速適應，Sesam可以滿足市場的預期?！?/p>
隨著8-10MW海上風機逐漸成熟，為降低風場開發(fā)投資成本，業(yè)內(nèi)也更趨向于開發(fā)10-20MW的大型風機，大功率浮式風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)更有效的漂浮物設計方法。該項目被稱為 EMULF——“超大型浮動風機的有效數(shù)值方法”，由COWI與挪威科技大學 (NTNU)、丹麥技術(shù)大學 (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，旨在用于設計未來超大型風機的柔性浮體時模擬空氣動力學和流體動力學載荷和響應的耦合，目前已經(jīng)取得了積極的成果。
當前，漂浮式風電面臨的挑戰(zhàn)在于成本和固定式風機相比，仍然較高。隨著技術(shù)創(chuàng)新和示范項目的應用，海上浮式風電正在走向成熟，商用開發(fā)加速。據(jù)歐洲風能協(xié)會保守預計，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，努力推動浮式風電項目的商業(yè)化。
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