CCS海上浮式风机技术服务

随着全球首个商业化运营的漂浮式海上风电场Hywind Scotland于2017年12月正式投运,漂浮式风电机组正式从概念和试验走向批量应用。在深海以及某些水深超过50米的海域,比起固定基础型式,漂浮式具有更加明显的技术和成本优势,这使得漂浮式可能成为未来海上风电的首选。因此,世界各海洋国家政府都在积极制定海上浮式风电目标、简化项目许可程序、提供政策扶持,以此来使海上浮式风机快速发展,并实现商业化。自2010年以来,中国船级社(CCS)一直致力于海上风电的研究,并积极参与国家相关部门的海上浮式风机科研项目,承担了“三峡引领号”浮式风机项目、中国海装“扶摇号”浮式风机项目、中海油融风深水浮式风机项目、明阳智慧能源浮式风机项目的风机鉴证检验工作。通过参与海上浮式风机项目的研发和工作实践,以及与各方密切合作,CCS逐渐积累了一定的海上浮式风机技术服务能力。

1、科研与规范

CCS依托海洋工程领域的规范体系以及浮式基础工程经验,针对海上浮式风机的特点,以“海上风电场设施全领域、全生命周期风险控制”为理念,编制了《海上浮式风机平台指南》,并于2022年1月1日正式生效。

该指南从设计载荷与工况、结构、稳性分舱与载重线、定位系泊系统、平台系统与设备五个方面对海上浮式风机做出了技术要求,并为海上浮式风机入级提供了技术依据。

2、独立校核

CCS依托在海洋油气工程领域丰富的浮式基础的计算分析经验,加强与国内科研院校、知名企业合作,通过科研项目的研究、实际工程项目的比较和应用,具备了如下海上浮式风机的独立校核能力:

总体运动分析、系泊分析、系泊系统疲劳分析、完整稳性分析、破舱稳性分析、整体强度及屈曲分析、整体疲劳分析。

海上浮式风机工况复杂,需要考虑气动载荷、流体载荷等,且风力发电机组的载荷非线性效应依赖于时域分析。CCS克服了重重困难,在同时考虑气动载荷、水动力载荷、系泊载荷、风力发电机组的运行载荷、控制载荷的非线性效应对浮式风机整体动力响应的影响下,利用FAST软件完成了海上浮式风机一体化运动分析,在技术上实现了重大突破。

图1 漂浮式风力机刚-柔耦合多体模型

3、入级服务与鉴证检验服务

CCS依据《海上浮式装置入级规范》和《海上浮式风机平台指南》,为海上浮式风机提供入级服务,并授予入级标志如下: 

★CSA Offshore Wind Turbine Installation(Floating)或

★CSA Offshore Wind Turbine Installation(Floating)

CCS也可以根据《海上浮式风机平台指南》提供鉴证检验服务,签发相关海上浮式风机符合证书。

CCS提供的入级服务和鉴证检验服务都涵盖了海上浮式风机的所有阶段,包括设计、建造、安装和营运检验,是保证海上浮式风机安全的重要手段,是对海上浮式风机技术可靠性的认可,这对项目投资方、海上浮式风机行业的安全发展都具有重要意义。

目前,我国海上浮式风机还在示范阶段,采用的风机单机容量在6MW-8MW左右,还低于欧洲的浮式风机规格。但从长远来看,我国的大陆架绵长,可供开发风电的海域水深大都在100m以内。随着近岸资源的紧张,海上风电场离岸距离和水深不断增加,固定式基础也不再有优势,必须采用漂浮式基础来适应更大的水深环境,研究表明,漂浮式风电对于降本增效也有着较显著的效果。同时,也要认识到我国发展漂浮式海上风电仍然面临着挑战,主要在自然条件的局限和设计难度、施工技术、材料技术(锚泊系统)以及输电问题。

图2 研究机构对不同类型风电成本做出的趋势预测

我国海上风电经过近10年的发展,已经形成了全球第三的生产规模,培养了一支高水平的产业队伍,具备了较强的研发能力。目前,国内已有多项漂浮式海上风电的科研项目正在政府的支持和企业的推动下深入开展。但不可否认,欧洲的海上浮式风电技术和工程建设方法值得我国借鉴参考,目前来看,“走出去”“请进来”仍然是推动我国海上浮式风机发展的快速通道,也能够更好地实现海上浮式风电的转型发展。为此,CCS愿携手业界,共同推动我国海上浮式风电的可持续发展。

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