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不容错过的报告 | 《海上风电基础工程指南》(附下载)

CWEA 风能专委会CWEA 2023-06-21


英国帝国工程公司(the Empire Engineering)是一家专门为海上风电行业提供建议、洞察力和技术知识的工程咨询公司。近日,该公司正式向外发布《海上风电基础工程指南》报告(Guide to Offshore Wind Foundations)。

海上风电基础指南

The Empire Engineering 
Guide to Offshore Wind Foundations
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海上风电行业正处于创新和增长期。未来几年,海上风电场的规模将使目前运营的风电场相形见绌。随着风电机组容量越来越大,海上风电技术也在迅速发展,随之而来的是实现这一切所带来的巨大工程挑战。作为一家专业的工程咨询公司,帝国工程公司希望能帮助促进海上风电的巨大增长,其发布的最新海上风电基础报告,目的就是通过其多年的经验和建议、洞察力和技术知识,为海上风电行业提供支持。

报告着眼于现在可能的开发类型以及需要考虑的关键因素,并关注行业创新和向未来新区域扩张的动力,详细分析了目前和未来海上风电基础设计和开发所遇到的挑战和机遇。可再生能源是创造可持续未来的基石,这条道路令人兴奋,并可持续获益,但开辟这条新的前进道路,也伴随着各种挑战。

 
当前海上风电装机容量35GW,预计2030年将安装205GW

海上风电行业正在经历大规模增长期,经过30年的发展,截止到2020年底,全球海上风电装机容量量达到了 35GW。到 2030 年底,海上风电装机容量预计将达到205GW(GWEC数据)

帝国工程团队希望通过这本40页的《海上风电基础工程指南》,汇集旗下专业团队与业内专家的见解,通过对风电基础的全方位研究,为海上风电的发展“打下基础”。

报告分享了帝国工程多年来对海上设计的了解,并强调了海上风电行业共同面临的技术挑战的规模。希望能探索设计所应考虑的因素、设计随时间的演变、技术的影响以及对全球供应链健康状况大局的宝贵见解。报告的目标是引发进一步的辩论,看到未来的机会,并阐明将产生真正影响的解决问题的技能。


Empire Engineering 总经理 Karl Davis 在指南序言里表示,本指南是一个与未来的技术头脑分享经验和专业知识的机会,是一本“设计和开发海上风电基础的挑战和机遇”的专业指南,是进入可再生能源领域或在可再生能源领域取得进展的工程师的必读之物。希望报告对那些刚接触海上风电基础设计技术挑战的人有所帮助,并为熟悉它的人提供见解。报告既包含专业的轶事,也有调查和独特的行业洞察力呈现。

以下为本指南部分图表和内容:

全球大多数海上风电聚集在英国、中国和德国
中国海上风电装机容量超过英国跃居全球第一

大多数海上风电选择单桩基础
重磅报告 | 2020年欧洲海上风电——主要趋势和统计数据

五种主要固定式海上风电基础(单桩、导管架、重力式、三桩或多桩腿、吸力筒基础)
《风能》杂志 | 海上风电开发基础选型先行(一)
《风能》杂志 | 海上风电开发基础选型先行(二)
风能科普视频:1分钟了解海上风电基础类型(中文字幕)

三种主要漂浮式海上风电基础形态(半潜式、立柱式和张力腿平台)

报告访问了100多位业界专家,70%认为半潜式平台将在未来漂浮式海上风电基础上占主角。
确定何种因素决定采用何种基础:4种主要因素,4种次要考虑因素。四大主要因素包括:水深,海床复杂度,气象条件和想要用何种风机。四大次要因素包括:本地制造能力、运输和安装(T&I)策略 、运维(O&M)策略以及退役考量。
水深因素带来的基础选择的考虑,单桩占主要是因为目前的风机大多数在近海,水深不高。未来随着远海和深海的发展,导管架基础和漂浮式将占主角。
退役问题也是一个考量的因素,比如海上风电基础是否能完全回收?是否有必要完全回收?如果不回收将基础留在风电场原址,是否会对环境产生严重影响?此外,不同的退役过程也会产生不同的相关成本,需要提前考量。例如,吸力桶基础拆卸起来会比较简单,并且不会在现场留下拆除的废物。

有必要提前考虑未来海上风电基础:在接下来的十年里,有许多市场趋势和新技术将对海上风电行业和基础设计产生影响。作为专业指南,有必要提前考虑未来趋势是什么,以及需要如何调整和改进海上风电基础的设计,以满足行业一直以来面临的最大挑战——降低海上风电的平准化能源成本 (LCOE)。

考虑进入新的区域,以及新区域水深和远海风资源情况对海上风电发展的影响

考虑风电机组的容量和未发展趋势
考虑漂浮式基础的商业市场规模和行业新角色的出现
考虑延寿、AI和智能物联、氢能和其他能源技术的影响等。
风电基础改进的可能:报告所调查的专家中,60%认为单桩基础可以延伸到55m-70m水深区域。4%的专家甚至认为可达100m水深,这意味着单桩的应用范围和区域可大大扩展。
螺栓连接单桩过渡段(MP-TP) 法兰连接的有限元模型
无过渡段设计是否为未来趋势?
参考:海上风电超大单桩基础XXL制造过程(含无过渡段创新技术视频)

无过渡段设计的概念研究成本分析中,主要成本降低在安装阶段,这是由于移除了单桩和过渡段之间的法兰。典型的节省大约6% 到 10% ,占基础总成本的 6% 到 10%,所以这是一个相当大的节省。因此,如果再可以降低运营阶段的成本,就可以开始更经济地延长项目的寿命。
113 名专业人士的调查显示,31% 的人认为 M72 和更大的螺栓是行业的正确趋势。37% 的人认为不是;32% 的人表示不确定。在同一个调查中,51% 的人更喜欢螺栓连接到灌浆连接、楔子、滑动接头或无过渡段单桩结构。24% 的人更倾向选择无过渡段单桩结构。

一些专家认为漂浮式基础可以显著降低成本,具有竞争力。实现规模经济并重塑海上风电行业。但也认为漂浮式还需要政府支持、低成本融资和持续的设计优化,以及改进的制造工艺和降低的运维成本。另外,来自石油和天然气行业开发的供应链的知识转移也非常重要,这对于漂浮式海上风电产业化至关重要。
导管架基础是否还有竞争力,固定基础和漂浮式基础的边界值得思考。


海上风电发展的潜在瓶颈,包括供应链、技能短缺、港口设施和船舶、电网基础设施和存储技术、开发许可以及政治意愿等。
降低风险,优化基础设计流程


各个详细设计阶段

支持基础设计的创新:全生命周期设计是优化海上风电基础设计的基础,但创造支持创新的条件需要的远不止这些。包括:改进整个项目生命周期的反馈循环机制、设计前考虑到资本支出(CapEx)成本、加强整机企业机组和基础设计师之间的合作、组织多元化的员工队伍和多学科团队。
帝国工程总经理Karl Davis:“解决与基础设计相关诸多挑战的关键是协作和反馈循环,这需要涵盖海上风电项目全生命周期中的所有参与者。需要在整个过程中向每一个人开放学习——这些过程息息相关。”
对于海上风电行业来说,下一个十年有望成为一个非常有趣且快速发展的十年。CWEA

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来源:英国帝国工程公司,
https://www.empireengineering.co.uk/guide-to-offshore-wind-foundations/
感谢“能小姐公众号”分享报告
编译:风能专委会CWEA公众号

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