浮动风力涡轮机如何工作

北加州拥有美国最强的海上风力，具有生产清洁能源的巨大潜力。但它也有一个问题。它的大陆架迅速下降，如果不是不可能，直接在海底建造传统的风力涡轮机成本很高。

一旦水深超过200英尺——大约是18层楼的高度——这些“单桩”结构就几乎不可能了。

一种正在全球多个地点进行测试的解决方案已经出现：漂浮的风力涡轮机。

在干旱给水电供应带来压力的加利福尼亚州，该州正在推进一项开发全国首个浮动海上风电场的计划。2022年12月7日，联邦政府将距离加利福尼亚海岸约20英里的五个租赁区拍卖给计划开发浮动风电场的公司。出价低于大西洋沿岸最近的租约，那里的风电场可以固定在海底，但仍然很重要，总计超过7.57亿美元。

那么，浮动风电场如何运作?

漂浮涡轮机的三种主要方法

浮动风力涡轮机的工作原理与其他风力涡轮机一样——风推动叶片，使转子转动，从而驱动发电机发电。但是，漂浮的风力涡轮机不是将其塔直接嵌入地面或海底，而是位于一个平台上，该平台带有系泊线，例如链条或绳索，这些系泊线连接到下方海床中的锚。

这些系泊缆绳将涡轮机固定在适当的位置以防风，并将其连接到将电力送回岸上的电缆。

大部分稳定性是由浮动平台本身提供的。诀窍是设计平台，使涡轮机在强风或暴风雨中不会倾斜太多。

美国一些最强大的海上风力发电潜力位于水深不适合固定涡轮机的地区，包括西海岸附近。图片来源：NREL

平台主要分为三种类型：

翼梁浮标平台是一个长的空心圆柱体，从涡轮塔向下延伸。它垂直漂浮在深水中，在圆筒底部装有压舱物以降低重心。然后将其固定到位，但使用松弛线使其可以随水移动以避免损坏。多年来，石油和天然气行业一直使用Spar浮标进行海上作业。

半潜式平台具有从塔展开的大型浮动船体，也固定以防止漂移。设计师一直在其中一些船体上试验多个涡轮机。

张力腿平台有较小的平台，拉紧的线条直接延伸到下面的地板。它们更轻，但更容易受到地震或海啸的影响，因为它们更多地依赖系泊线和锚来保持稳定。

每个平台都必须支撑涡轮机的重量，并在涡轮机运行时保持稳定。它之所以能够做到这一点，部分原因是通常由大型钢结构或混凝土结构制成的中空平台提供了支撑涡轮机的浮力。由于有些可以在港口完全组装并拖出进行安装，因此它们可能比固定底部结构便宜得多，后者需要专门的船只在现场安装。

浮动平台可以支持可产生10兆瓦或更多电力的风力涡轮机——这与其他海上风力涡轮机的尺寸相似，并且比您可能在现场看到的典型陆上风力涡轮机的容量大几倍。

一些最强的风力资源远离海岸，位于水深数百英尺的地方，例如美国西海岸、五大湖、地中海和日本海岸。

12月初拍卖的美国租赁区覆盖两个地区约583平方英里——一个位于加利福尼亚州中部的莫罗湾附近，另一个靠近俄勒冈州界线。加利福尼亚附近的海水很快变深，因此任何距离海岸甚至几英里的风电场都需要浮动涡轮机。

据政府估计，一旦建成，这五个地区的风电场可提供约4.6吉瓦的清洁电力，足以为150万户家庭供电。获胜的公司表示他们可以生产更多的电力。

但是在水面上安装真正的风力涡轮机需要时间。租赁拍卖的获胜者将接受司法部的反垄断审查，然后是漫长的规划、许可和环境审查过程，通常需要数年时间。

在全球范围内，欧洲和亚洲已经开展了几个采用漂浮式风力涡轮机的全面示范项目。HywindScotland项目于2017年成为第一个商业规模的海上浮动风电场，由挪威能源公司Equinor设计的spar浮标支持五台6兆瓦涡轮机。

EquinorWindUS是加利福尼亚中部附近的中标项目之一。另一个中标者是RWEOffshoreWindHoldings。RWE在欧洲经营风电场，并拥有三个漂浮式风力涡轮机示范项目。其他参与的公司——CopenhagenInfrastructurePartners、Invenergy和OceanWinds——拥有大西洋沿岸的租约或现有的海上风电场。

虽然漂浮式海上风电场正在成为一项商业技术，但仍有一些技术挑战需要解决。平台运动可能会对叶片和塔架造成更大的力，以及更复杂和不稳定的空气动力学。此外，随着水深变得非常深，系泊线、锚和电缆的成本可能会变得非常高，因此将需要更便宜但仍然可靠的技术。

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