世界上第一台发电机

去年7月，我国在广东阳江海域成功安装了国内第一台漂浮式海上风电组，它的单机容量达5500千瓦，每年可以为3万户家庭提供清洁电力。这意味着继光伏之后，海上风电也闯入了“清洁能源”的赛道。

但不知道你有没有注意到，这个风电机是漂浮在海面上的， “头重脚轻”的它看起来似乎摇摇欲坠。万一遭遇台风，在发电之前，反而是风电机先倒塌了怎么办？

这就有点杞人忧天了，这台风电机不仅抗风，能抗的甚至是17级的台风，这样的成就，放眼全球都是第一例。它究竟是怎么做到的？

“基础不牢，地动山摇”，这话说得没错，所以人们最开始制造海上风电机的时候，也完全是按照地面上的思路去造的。

最广为人知的第一种方法就是“打桩”，简单来说就是在海床上开一个“洞”，把海上工程的“腿”插在里面，使用天然水压和沙土的力量稳固工程的根基。

只不过打桩这种方法需要受到一些限制条件，比如水不能超过一定的深度，以及海床的地面不能过于“松软”，否则都容易导致打桩的工程失败。

除此之外，海上打桩需要用到一种叫深层水泥搅拌船（DCM船）的装备，加上造船的成本，用来建造海上机场那种四平八稳的工程倒是很好用，用来做风电机这种竖直的、高耸的工程，可就不太合适了。

而第二种方法，就是打造一个巨大的、沉重的重力基础，用它的自重将它稳固在水中。

这种方法最著名的运用其实是三峡大坝，能抗的水压大家也都有目共睹，同理，抗个海风自然也是不成问题的。

但重力基础和打桩面对着同样的顾虑，那就是它更适合那种“大块头”，而非“高个子”的工程，而且水越深，重力基础所需要的材料越多，稳固性也越差，除此之外，它还需要对海床的要求还很高，不是平整的地面就很难建设，十分麻烦。

这两种方法，虽然能在大型海工中大放异彩，但用于海上风电机就显得有点鸡肋了，人们急需一种更适应海洋环境、成本更低、泛用性更广的“地基”。

直到2007年，世界上才第一次出现了漂浮式基础。漂浮式基础主要有三种，分别是单柱式、半潜浮式和张力腿式。

• 单柱式平台

“漂浮”和“基础”两个词，看似是矛盾的，实则不然。因为风电机看似是整个地浮在水上，其实海面下还藏有几十米、甚至是上百米的杆体，在水面交界处，还专门设置有一个浮台。

与此同时，水底下还有好几个“秤砣”，这些秤砣每一个都重达几千吨，以一种平衡的方式固定在水中，用牵引绳扯住风电机的“腰部”，将其牢牢固定住，不会在海面上飘远。

由于海上风机的柱子并不粗壮，所以浮水平台也很小，在多方的牵制下，虽然会小范围浮动，却因此不会被刮倒了。它利用了阿基米德的浮力原理：完全或部分浸入水中的物体会经历垂直向上的推力，算是某种意义上的“以柔克刚”。

• 半潜浮式平台

这种方式的设计思路是：最大限度地减少暴露在水中的表面积，改而增加体积，从而为风电机提供大量浮力。

可惜，如果要达到这个目的，最好的选择是制造一个球体，但球体的实际使用效果并不佳，因此退而求其次采用了圆柱体。

这些圆柱体垂直分布，组成了一个三角或四角形的平台，彼此之间的距离都大有讲究，决定了最终的稳定性。

而风电机就放在其中的一个圆柱上，显得不太对称，但正是这种不对称的结构，决定了它在经受风力攻击的时候，可以自行旋转，调整压载重量，从而维持住在海面上的平衡。

我国的这台漂浮式海上风电机组就是使用的半潜浮式平台，它的最大抗风能力达到了17级台风，也是全球第一台抗台风级的漂浮式海上风电机，完全演绎了什么叫不动如山、大国重器。

• 张力腿平台

这是一种风险和利润并存的方式，它的平台是三、四或五臂构成的星型几何形状，通过特殊的结构产生远大于自重的浮力，即使不需要安装风力涡轮机，也可以达成平衡。

这种方式虽然已经有理念，但主要是用在海洋油气开发工程之上，尚未在海上风电领域有具体的运用。

海上漂浮式风电的前景怎么样？中国能争取吗？

首先，海上风电相较于地面风电已经有很多优势：首先是无需占用土地，能够连片开发；

其次是海面上的风力没有阻挡，比地面上的更为强劲，发电的能量密度更大；

最后，耗电最大的往往是沿海的发达城市，而海上风电正好填补了这个缺口……

而海上风电中，漂浮式风机无疑是最先进的，因为它可以安装在固定式风电机到不了的深度，因为后者需要海床作为基础，所以只能在最多30米的水深下进行安装。

而漂浮式就不一样了，水越深，它越高兴，可安装的范围达到了60~300米之间，这造就了它超乎寻常的泛用性。

除此之外，固定式风电场的安装需要使用大量的基础船只，如之前提到过的DCM船，同样建在海底下的“地基”也是一笔不菲的成本；

而漂浮式风电场的大多数工序，如制造、组装等工作，都可以在港口完成，之后只需要使用拖船和电缆敷设船将它运到指定位置即可，节省了一大笔成本，在工艺成熟之后，工人数量和建造时间也可以大幅度缩减。

可想而知，由于近海的资源有限，今后世界上的海上风电也大概率会将漂浮式作为主要的发展方向，我国也不例外，本次研究出的，能抗17级台风的海上风电机就是其铁证。

21世纪的未来就是海洋的未来，今后我国的海上风电机组如果发展起来，对于化石燃料的依赖就越来越少了，这意味着中国在实现双碳目标的路上，即将更进一步。

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