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随着海上风电向深水区域发展，浮式海上风力发电机（FOWT）成本高昂成为难题。研究人员开展共享系泊线配置的 FOWT 研究，发现该配置虽会使水平偏移增大，但能降低 20% 系泊成本，且极限状态下与传统系泊系统性能相当，为降低风电成本提供新思路。
在海上风电领域，当底部固定的海上风电场在浅水区域逐渐普及后，人们的目光开始投向深水区域。像日本和美国，近岸浅水区域资源有限，而深水区域蕴含着丰富的风能。然而，对于水深超过 50 米的区域，底部固定的海上风电平台面临着制造和安装难题，其成本会因大型底部固定基础结构的制造费用增加，以及缺乏能运输和安装它们的重型起重船而大幅上升。在这样的背景下，浮式海上风力发电机（FOWT）应运而生，它摆脱了水深的限制，在安装时对重型起重船的依赖也更低。不过，FOWT 的成本问题又成为了大规模应用的阻碍，尤其是系泊成本，会随着水深增加而上升。
为了解决这些问题，研究人员开展了对共享系泊线配置的 FOWT 的研究。虽然文章未提及具体研究机构，但研究人员针对共享系泊系统进行了多方面的探索。最终得出结论，共享系泊配置在增加少量系泊线利用因子的同时，能显著降低系泊成本，有很强的经济潜力。这一研究成果发表在《Applied Ocean Research》上，对海上风电的发展意义重大，为降低风电成本提供了新的方向。
在研究中，研究人员运用了多种技术方法。首先，通过建立 5 - MW - CSC FOWT 的数值模型，利用 SIMA 工作台模拟海洋作业，结合 Wadam 进行频域水动力分析，获取相关系数和函数。其次，采用不规则波和湍流风条件下的全耦合气弹时域模拟，运用 RIFLEX 和 SIMO 代码进行时间序列模拟。最后，构建简化成本模型，综合考虑材料、组件和安装成本，对比不同系泊系统的成本。
研究结果
- 最大风力机推力下的偏移：研究对比了个体系泊系统（IM）和共享系泊线系统（SM1 和 SM2）在额定风速下各方向的偏移。IM 在与系泊线对齐方向偏移较小，而 SM1 和 SM2 在共享系泊线方向偏移更大。如 0° 风向时，SM2 偏移（20 米）大于 SM1（15 米）。还探讨了增加锚线预张力和调整锚点展开角度对减少偏移差异的作用，发现前者对锚线侧偏移减少更有效，后者对共享系泊线侧更合适。
- 自由衰减测试：对 IM、SM1 和 SM2 进行数值衰减测试，发现 SM1 和 SM2 通过共享系泊线耦合，其平动自由度（DOFs） - 纵荡和横荡耦合更强。在 0° 加载方向，SM1 和 SM2 出现两种纵荡模式（“跟随” 模式 138 秒，“反向” 模式 91 秒），而横荡只有一种模式。此外，SM 中 CSC 平台纵荡和横荡模式的阻尼比高于 IM。
- 不规则波和湍流风条件
- 平台运动：共享系泊配置导致平均纵荡偏移更大，如 DLC1.6 工况下 0° 加载时，SM1 和 SM2 最大平均纵荡偏移分别比 IM 增加 80% 和 190%。SM2 的横荡运动标准差在部分加载方向大于 IM，水平偏移主要由纵荡运动驱动，共享系泊系统最大水平偏移可达个体系泊系统的 2.45 倍。而在垂荡、横摇、纵摇和艏摇运动方面，IM、SM1 和 SM2 响应相近。
- 塔基弯矩：塔基的前后弯矩显著高于侧向弯矩。运行时，SM2 塔基前后弯矩标准差高于 IM 和 SM1，这是因为其俯仰共振响应更高；闲置时，SM2 的塔基前后弯矩标准差最小。塔基侧向弯矩标准差主要由平台横摇共振响应贡献。
- 系泊线张力：共享系泊系统使锚线 3 平均张力更高，导致系泊系统更硬，对波频激励更敏感。共享系泊线平均张力受加载方向影响小，0° 加载时标准差最大。通过计算系泊线 3 的效用因子发现，共享系泊系统在极限状态下的效用因子比个体系泊系统高 5% ，但两者可设计出相当的系泊线性能。
- 成本分析：通过简化成本模型对比，共享系泊配置可实现约 20% 的系泊成本降低，且随着水深增加，节省成本的潜力更大。
研究结论和讨论
本研究详细分析了共享系泊配置下 FOWT 的性能和成本。共享系泊配置虽会使平台水平偏移增大，但通过调整系泊参数可一定程度缓解。在成本方面，其具有显著优势，能有效降低系泊成本。在极限状态下，共享系泊系统与个体系泊系统的系泊线性能相当。这一研究为浮式海上风电的发展提供了重要参考，在未来海上风电项目中，共享系泊配置有望成为降低成本的有效方案，推动海上风电产业朝着更经济、高效的方向发展。
