海洋风能比陆地强，因此近年来发展海上风电。近年来，因为固定式基础无法安装在非常深或复杂的海床位置，通过柔性锚、链或钢缆锚定在海床上的海上风电浮式基础应运而生。
当今人类面临的主要挑战是实现一个绿色和可持续发展的地球。为实现这一目标，可再生能源将发挥重要作用，该领域的创新努力尤为激烈。进步带来了乐观，在本文中，我们将重点关注其中之一：浮动海上风能，这是最有前途的衍生品之一。
01、什么是漂浮式海上风电？
首先，让我们定义一下海上风能是什么：它是一种利用海上风能获得的清洁可再生能源，由于没有障碍，它可以达到更高、更恒定的速度。其在社会经济和环境层面的巨大潜力和战略附加值，使其成为将在脱碳过程中发挥关键作用的可再生能源之一。
基于浮动结构而非固定结构的浮动海上风电提供了新的机会和替代方案。基本上，它允许将风力涡轮机部署在更大、更深、具有更高风能的近海区域，从而为更远的离岸站点打开了大门。因此，它克服了为更可持续的地球提供清洁、取之不尽、无污染的能源的绊脚石。
漂浮式海上风电的优势之一是对环境的潜在影响较低，并且易于制造和安装，因为漂浮式涡轮机和平台可以在陆地上建造和组装，然后拖到海上安装地点。此外，如上所述，它们可以利用吹向更深区域的强风，从而提高能源效率。
02、漂浮式海上风电场是如何工作的？
要搞清楚漂浮式海上风电场的工作原理，首先要回答一个问题：为什么风力发电机要漂浮在海面上，结构高达120米，重达数千吨？阿基米德在2300 年前给出了解决方案：“完全或部分浸入水中的物体会经历垂直向上的推力，其推力等于排出的水的重量”。
漂浮式海上风平台（FOWP）是在其上安装风力涡轮机，向它提供浮力和稳定性混凝土，钢材或混合子结构。有人称其为“浮动基础”，但这个术语并不正确，因为浮动平台不是建立在海床上，而是锚定和系泊的。
浮式风电场由风机组成，这些风机放置在浮动结构上并通过系泊和锚固，并通过结构的设计来分配质量和重量。从那里，这个过程是通常的过程：风力使叶片转动，风机将动能转化为电能，电能通过水下电缆传输到海上变电站，然后从那里传输到海岸上的陆上变电站和终端用户。
除了漂浮之外，风机还必须产生尽可能多的电力，为此，它们必须保持稳定，尽量减少任何运动并确保它们在最佳条件下运行。这就是不同类型的浮式风电平台发挥作用的地方，我们将在下面进行回顾。
03、浮式风电平台的类型
漂浮式海上风电是基于风机的浮动平台。选择一种或另一种类型将取决于海洋和海底条件、该地区的风、风力涡轮机的大小、港口的深度、制造设施或材料和设备的可用性和价格。其中一些类型如下：
驳船。这个概念在尺寸方面类似于船的概念。换句话说，梁和长度（长和宽）明显大于吃水（高度）。浮动平台与水接触的表面积很大，这正是其稳定性的原因。像船一样，它们可以移动以避免结构承受过大的压力和压力。为了最大限度地减少这些运动，平台通常装有升沉板，这是吃水线以下的表面。
半潜式的。这种设计旨在最大限度地减少暴露在水中的表面积，但总是最大限度地增加体积，这才是真正取代大量水并提供浮力的原因。从几何上讲，理想的情况是一个球体（体积最大，表面积最小），但球体制造起来并不实用，因此提供浮力的体积被分成几个垂直的圆柱体（或平行六面体），这些圆柱体由梁和支撑以创建可以安装涡轮机的表面。它们的大小和它们之间的距离决定了它们的稳定性。
柱式。在这个模型中，大部分重量都放在尽可能低的位置以提供稳定性。例如，如果我们将一个空心的、不透水的圆柱体投入水中，如果高度与底座表面的比率足以使排开的水量补偿其重量，它就会漂浮。如果圆柱体是均质的，垂直漂浮会不稳定，会翻倒水平漂浮。为避免这种情况，气缸在与安装风机的位置相对的一端设有大量质量以保持垂直度。简而言之，浮力由圆柱体的几何形状提供，而稳定性则由最低点的重量提供。 随着涡轮机变得越来越大，需要很长的气缸来补偿重量，这使得该解决方案的制造、运输和安装变得非常困难。
张力腿平台 (TLP)。最新且目前技术风险最高的概念：一旦安装了风机，平台实际上并不会像这样漂浮。目的是尽可能地减小尺寸以降低制造成本。三、四或五臂的星形几何形状将每个臂的体积减小到最小，使得平台在没有负载的情况下漂浮，即没有安装风力涡轮机。在安装之前，为了防止组件在组件重心上升时翻倒，临时的、可重复使用的浮子连接到 TLP 平台，这反过来又允许它被拖到海上锚地。到达那里后，将张紧的钢缆或钢筋束连接起来，并断开临时浮子的连接，以便在要安装的下一个 TLP 平台上重新使用。
为什么要建造漂浮式风电场？
与陆地相比，海上的风速和频率更高且更稳定，因为没有障碍物限制其路径。此外，远离海岸的位置可以最大限度地减少视觉冲击。另一个原因是大部分制造和组装工作都可以在港口完成，然后将装置拖到海上现场。这避免了使用固定基础所需的安装船只，例如自升式或动态定位船只（非常昂贵和稀缺的船只，这些船只决定了这些基础的安装时间和成本）。另一方面，浮式平台的安装主要需要相对频繁和便宜的拖船和电缆敷设船。
漂浮式风电厂可以安装在什么深度？
通常，假设浮动风电场将安装在固定基础由于技术或经济原因无法到达的深度。然而，固定和浮式风电场之间的深度界限正变得模糊。业内正在研究新的装置，以允许在相对较浅的水域安装浮式平台，特别是在海床条件对安装固定平台构成风险的位置。目前，在 60 到 300 米之间安装浮式平台在技术上是可行的，并且正在研究将该范围扩展到较浅的水域，最多 30 米，或更深，最多 800 米，尽管目前这在经济上不可行。
浮式平台和浮式石油平台FPSO有什么区别？
在漂浮式风电平台设计之前，石油行业已经将浮式平台用于其海洋油气开采，并且许多概念已从一个行业转移到另一个行业。然而，这些设计不能直接外推。
主要区别是：
由于风电漂浮式平台上的载荷主要是动态的，而FPSO平台上，安装的设备主要传递静态载荷。
海上油井将生产集中在一个单元中，因此设计可能是保守和冗余的。在海上风电场中，发电分布在数十台机组上，因此设计必须更加高效以保持成本可控。
海上风电场的能源是如何输出的？
风电场将变电站产生的电力通过电力线输送到配电变电站，再由配电变电站输送给终端用户。如果海上风电场靠近海岸，它可以通过出口电缆将电力直接疏散到陆上变电站。另一方面，如果它们远离海岸，则需要一个海上变电站（浮动或接地）来提高风机产生的电压（通常从 66 kV 到 220 kV）并允许其发送到陆上变电站，从那里分配。
浮式平台的运动是什么？
水平方向的线性运动：涌动和摇摆。 风并不总是处于同一位置，但根据系泊设备的灵活性和海的深度，它可以围绕中心点移动 20 到 50 米。
垂直运动：起伏。通过浮动平台的设计尽量减少这种运动很重要，因为它会影响轮毂的位置（风机转子的中心点），而风速与高度直接相关。
角运动：滚动、偏航和俯仰。必须尽量减少这些运动，以避免涡轮机水平面加速，风机水平面高于海平面 120 米。例如，浮式平台水平的小角位移会转化为结构最高点的大线性运动，如果不加以控制，可能会损坏机舱中的机械元件并缩短其使用寿命，这是一个三层楼高的外壳，里面装有负责将风速转化为电能的机电设备。
什么是系泊？
它是将浮式平台固定并灵活连接到海床上的锚点的元件。它们通常由链条、钢缆或合成材料制成的缆线组成。选择一种或另一种系泊取决于深度、浮式平台的类型和气象条件（波浪、洋流、风）。
在接触网。这是系泊或缆索在未张紧时采用的形状，其形状的主要因素是其自身重量，并且是最常见的。在这种情况下，系泊设备的张力不会超过其自身重量的负载。根据水深、平台运动限制和材料，可以在系泊设备上添加浮标和重物，以将悬链线的形状修改为“S”或类似配置（惰性波浪）。
拉紧系泊。当悬链线系泊采用机械张紧时，目的是减少系泊足迹（受影响的海床面积）和使用的电缆或链条的长度，并增加对浮动平台移动的限制。
TLP（张紧腿平台）。TLP 锚固件是功能不同于张紧悬链线的肌腱。由于所涉及的材料节省，它们适用于大深度。
什么是锚固系统，有哪些类型？
锚是将系泊设备连接到海床的元件。它们用于漂浮式海上风机，取决于海床的特性和载荷：
拖动锚点。类似于船舶使用的那些。该系统支持一个方向的张力（具有一定的公差角度）。
吸力桶。钢结构（通常是圆柱形）在位于海床上的下端开口，在其上施加吸力以产生压力差（真空）并导致锚固。它们需要平衡的海床质地（砂质或砂质壤土）才能正常工作，不适合岩石或粗粒海床。具有主要垂直尺寸的那些通常称为吸力桩，而具有方形几何形状的那些称为吸力沉箱。
打桩或钻孔桩。这些与固定基础中用于将下部结构锚固到海床上的结构相同。通常，它们是用锤击入海床的大型空心金属圆柱体（在岩石或坚硬土壤的情况下，需要钻孔安装）。这些桩需要特殊的船只进行安装，在此过程中会产生噪音和悬浮沉积物。出于这个原因，在浮动风电项目中，它们的使用将减少到条件不允许使用其他替代方案的地方。
死锚或重力锚。这些是叠加在海床上的大型混凝土结构。它们通常在海床上有很大的足迹，因此最好将它们的使用限制在非常特定的情况下，从而将其影响降至最低。
