海上的風力發電機怎麼避颱風（海上風力發電機上百米高）

2023-10-04 16:01:14

去年7月，我國在廣東陽江海域成功安裝了國內第一臺漂浮式海上風電組，它的單機容量達5500千瓦，每年可以為3萬戶家庭提供清潔電力。這意味著繼光伏之後，海上風電也闖入了「清潔能源」的賽道。

但不知道你有沒有注意到，這個風電機是漂浮在海面上的， 「頭重腳輕」的它看起來似乎搖搖欲墜。萬一遭遇颱風，在發電之前，反而是風電機先倒塌了怎麼辦？

這就有點杞人憂天了，這颱風電機不僅抗風，能抗的甚至是17級的颱風，這樣的成就，放眼全球都是第一例。它究竟是怎麼做到的？

「基礎不牢，地動山搖」，這話說得沒錯，所以人們最開始製造海上風電機的時候，也完全是按照地面上的思路去造的。

最廣為人知的第一種方法就是「打樁」，簡單來說就是在海床上開一個「洞」，把海上工程的「腿」插在裡面，使用天然水壓和沙土的力量穩固工程的根基。

只不過打樁這種方法需要受到一些限制條件，比如水不能超過一定的深度，以及海床的地面不能過於「鬆軟」，否則都容易導致打樁的工程失敗。

除此之外，海上打樁需要用到一種叫深層水泥攪拌船（DCM船）的裝備，加上造船的成本，用來建造海上機場那種四平八穩的工程倒是很好用，用來做風電機這種豎直的、高聳的工程，可就不太合適了。

而第二種方法，就是打造一個巨大的、沉重的重力基礎，用它的自重將它穩固在水中。

這種方法最著名的運用其實是三峽大壩，能抗的水壓大家也都有目共睹，同理，抗個海風自然也是不成問題的。

但重力基礎和打樁面對著同樣的顧慮，那就是它更適合那種「大塊頭」，而非「高個子」的工程，而且水越深，重力基礎所需要的材料越多，穩固性也越差，除此之外，它還需要對海床的要求還很高，不是平整的地面就很難建設，十分麻煩。

這兩種方法，雖然能在大型海工中大放異彩，但用於海上風電機就顯得有點雞肋了，人們急需一種更適應海洋環境、成本更低、泛用性更廣的「地基」。

直到2007年，世界上才第一次出現了漂浮式基礎。漂浮式基礎主要有三種，分別是單柱式、半潛浮式和張力腿式。

「漂浮」和「基礎」兩個詞，看似是矛盾的，實則不然。因為風電機看似是整個地浮在水上，其實海面下還藏有幾十米、甚至是上百米的杆體，在水面交界處，還專門設置有一個浮臺。

與此同時，水底下還有好幾個「秤砣」，這些秤砣每一個都重達幾千噸，以一種平衡的方式固定在水中，用牽引繩扯住風電機的「腰部」，將其牢牢固定住，不會在海面上飄遠。

由於海上風機的柱子並不粗壯，所以浮水平臺也很小，在多方的牽制下，雖然會小範圍浮動，卻因此不會被颳倒了。它利用了阿基米德的浮力原理：完全或部分浸入水中的物體會經歷垂直向上的推力，算是某種意義上的「以柔克剛」。

這種方式的設計思路是：最大限度地減少暴露在水中的表面積，改而增加體積，從而為風電機提供大量浮力。

可惜，如果要達到這個目的，最好的選擇是製造一個球體，但球體的實際使用效果並不佳，因此退而求其次採用了圓柱體。

這些圓柱體垂直分布，組成了一個三角或四角形的平臺，彼此之間的距離都大有講究，決定了最終的穩定性。

而風電機就放在其中的一個圓柱上，顯得不太對稱，但正是這種不對稱的結構，決定了它在經受風力攻擊的時候，可以自行旋轉，調整壓載重量，從而維持住在海面上的平衡。

我國的這臺漂浮式海上風電機組就是使用的半潛浮式平臺，它的最大抗風能力達到了17級颱風，也是全球第一臺抗颱風級的漂浮式海上風電機，完全演繹了什麼叫不動如山、大國重器。

這是一種風險和利潤並存的方式，它的平臺是三、四或五臂構成的星型幾何形狀，通過特殊的結構產生遠大於自重的浮力，即使不需要安裝風力渦輪機，也可以達成平衡。

這種方式雖然已經有理念，但主要是用在海洋油氣開發工程之上，尚未在海上風電領域有具體的運用。

首先，海上風電相較於地面風電已經有很多優勢：首先是無需佔用土地，能夠連片開發；

其次是海面上的風力沒有阻擋，比地面上的更為強勁，發電的能量密度更大；

最後，耗電最大的往往是沿海的發達城市，而海上風電正好填補了這個缺口……

而海上風電中，漂浮式風機無疑是最先進的，因為它可以安裝在固定式風電機到不了的深度，因為後者需要海床作為基礎，所以只能在最多30米的水深下進行安裝。

而漂浮式就不一樣了，水越深，它越高興，可安裝的範圍達到了60~300米之間，這造就了它超乎尋常的泛用性。

除此之外，固定式風電場的安裝需要使用大量的基礎船隻，如之前提到過的DCM船，同樣建在海底下的「地基」也是一筆不菲的成本；

而漂浮式風電場的大多數工序，如製造、組裝等工作，都可以在港口完成，之後只需要使用拖船和電纜敷設船將它運到指定位置即可，節省了一大筆成本，在工藝成熟之後，工人數量和建造時間也可以大幅度縮減。

可想而知，由於近海的資源有限，今後世界上的海上風電也大概率會將漂浮式作為主要的發展方向，我國也不例外，本次研究出的，能抗17級颱風的海上風電機就是其鐵證。

21世紀的未來就是海洋的未來，今後我國的海上風電機組如果發展起來，對於化石燃料的依賴就越來越少了，這意味著中國在實現雙碳目標的路上，即將更進一步。