Abstraktus
Plaukiojančios vėjo platformos veikia kai kuriose pačiose priešiškiausiose jūros aplinkose žemėje, susiduriant su bangų, vėjo ir srovės apkrovomis, kurios gerokai viršija sausumos konstrukcijų projektavimo kriterijus. Klausimas, arplūduriuojančių vėjo jėgainių platformos jūrojegali patikimai atlaikyti šias ekstremalias sąlygas, yra pagrindinis giliavandenės vėjo energijos komercinis panaudojimas. Šioje analizėje nagrinėjami projektavimo principai, medžiagų specifikacijos, gamybos kokybės priemonės ir sertifikavimo būdai, kurie lemia platformos patvarumą per 25 metų tarnavimo laiką.
Nuo hidrodinaminės apkrovos modeliavimo iki suvirinimo siūlių tikrinimo protokolų, projektavimo ir statybos metu priimti inžineriniai sprendimai tiesiogiai įtakoja tai, kaip plūduriuojanti konstrukcija veikia esant uraganų vėjams, nesąžiningoms bangoms ir ciklinei nuovargio apkrovai. Naujausi demonstracinių projektų ir klasifikacinės bendrovės patvirtinimų įrodymai yra reikšmingi platformos atsparumo vertinimo kriterijai.
Norėdami naršyti tiesiogiai, pasirinkite bet kurią sekciją:
1. Kaip dizaino patikra sprendžia ekstremalios apkrovos scenarijus
Plaukiojanti vėjo platforma turi vienu metu atsispirti statinėms apkrovoms iš turbinos ir dinaminėms bangų, vėjo ir srovių apkrovoms. Skirtingai nuo fiksuoto dugno konstrukcijų, kurios krovinius perduoda tiesiai į jūros dugną, plūduriuojančios platformos priklauso nuo plūdrumo, balasto paskirstymo ir švartavimosi įtampos, kad išlaikytų stabilumą. Dėl to konstrukcijos projektavimo procesas iš esmės skiriasi, todėl reikia atlikti hidrodinaminių, aerodinaminių ir konstrukcinių reakcijų susietą analizę.
Klasifikacinės bendrovės, tokios kaip DNV ir ABS, nustatė specialius plūduriuojančių vėjo konstrukcijų standartus. DNV-ST-0119 pateikia pagrindinę projektavimo, konstravimo ir eksploatavimo patikros sistemą, apimančią ribines ribines būsenas, nuovargio ribines būsenas ir atsitiktines ribines būsenas. Standartas reikalauja, kad platformos demonstruotų konstrukcinį vientisumą 50 metų grąžinimo laikotarpio aplinkos sąlygomis, būdingomis diegimo vietai, taikant saugos veiksnius ir apkrovoms, ir medžiagų atsparumui.
Pagrindinio dizaino apkrovos dėklai
- Ekstremali bangų apkrova kartu su maksimalia vėjo trauka į turbinos rotorių.
- Nuovargio apkrova dėl bangų ciklų susikaupė per 25 nepertraukiamo veikimo metus.
- Švartavimo linijos gedimo scenarijai, perskirstantys apkrovas likusiose linijose.
- Atsitiktinės susidūrimo apkrovos iš aptarnaujančių laivų atliekant techninės priežiūros darbus.
Naujausios platformos koncepcijos parodo, kaip optimizuojant dizainą sumažinamas konstrukcijos svoris nepažeidžiant saugos ribos. X1 Wind and Technip Energies sukurta platforma X100 sujungia įtempimo kojelės platformos principus ir pusiau panardinamąjį plūdrumą, todėl 8,5 MW turbinos su 160 metrų rotoriaus skersmeniu pirminis plieno svoris yra maždaug 1500 tonų [nuoroda:0]. Tai reiškia, kad svoris sumažėjo nuo 30 iki 50 procentų, palyginti su ankstesnėmis panašaus masto demonstracinėmis Europos platformomis, pasiektas naudojant trikojo formos geometriją, kuri efektyviau paskirsto apkrovas visoje konstrukcijoje.
2. Medžiagos parinkimas atsparumui korozijai ir nuovargiui
Jūrų aplinka sukelia du pirminius plieninių konstrukcijų degradacijos mechanizmus: elektrocheminę koroziją ir nuovargio įtrūkimus. Abu turi būti sprendžiami medžiagų specifikacijos etape, nes lauko remontas platformoje, esančioje 20 kilometrų nuo kranto, matuojamas laivo dienomis ir orų langais.
Atmosferos druskos apkrovos jūrinėse zonose yra klasifikuojamos kaip C5-M pagal ISO 9223 – didžiausią korozijos kategoriją. Paprastas dažytas plienas tokiomis sąlygomis gali sugesti per kelerius metus. Patvarių platformų gamyba prasideda pasirenkant plieno rūšis, kurios išlaiko kietumą esant žemai temperatūrai, paprastai Q355B, Q355D, S355 arba A572 ekvivalentus, turinčius sertifikuotų smūginių savybių [nuoroda:1]. Šios rūšys subalansuoja suvirinamumą ir takumo ribą, reikalingą pirminėms konstrukcijos dalims.
| Apsauginis sluoksnis | Specifikacija | Funkcija |
|---|---|---|
| Paviršiaus paruošimas | Šratinimas iki Sa 2.5 (ISO 8501-1) | Pašalina malimo apnašas ir dangos sukibimui reikalingus teršalus |
| Gruntas | Cinko turtinga epoksidinė derva | Užtikrina katodinę apsaugą nuo dangos defektų |
| Tarpinis sluoksnis | Aukštos konstrukcijos epoksidas | Kliūtis nuo drėgmės ir chlorido jonų prasiskverbimo |
| Viršutinis sluoksnis | Poliuretanas arba polisiloksanas | Atsparumas UV spinduliams ir spalvos stabilumas |
| Karštas cinkavimas | ISO 1461, mažiausiai 85 μm cinko | Naudojamas mažesniems komponentams ir takams |
Povandeniniams komponentams ir purslų zonoms dangų sistemą papildo katodinė apsauga, naudojant aukojamuosius anodus arba stiprios srovės sistemas. Prijungimo detalės turi būti suprojektuotos taip, kad būtų suderinamos su šiomis sistemomis, įskaitant nuostatas dėl suvirinamųjų anodų, jei nurodyta. Bendras dangos sistemos storis didelėms pirminėms konstrukcijoms paprastai viršija 240 mikrometrų, o tai užtikrina 25 metų platformos projektinį tarnavimo laiką.
Projektuojant nuovargį, reikia atkreipti dėmesį į suvirinimo detalių kategorijas ir įtempių koncentracijos veiksnius. Vamzdinės jungtys, kurios yra įprastos plūduriuojančių platformų santvarų konstrukcijose, patiria karštųjų taškų įtempimus atramų ir stygų elementų sankirtoje. Baigtinių elementų analizė kartu su klasifikacinės visuomenės S-N kreivėmis leidžia inžinieriams patikrinti, ar kaupiamasis nuovargio pažeidimas per visą eksploatavimo laiką nesiekia leistinų ribų.
3. Gamybos kokybė ir struktūrinis vientisumas
Projektiniai skaičiavimai yra tik tiek patikimi, kiek juos realizuojanti gamyba. Suvirinimo kokybė, matmenų tikslumas ir medžiagos atsekamumas tiesiogiai nulemia, ar platforma pasiekia analizės numatytą konstrukcijos našumą.
Visus pirminių konstrukcinių elementų suvirinimo darbus turi atlikti sertifikuoti suvirintojai, dirbantys pagal kvalifikuotas procedūras. EN ISO 9606 ir AWS D1.1 yra du plačiausiai taikomi jūrinių plieninių konstrukcijų suvirinimo kvalifikaciniai standartai. Suvirinimo procedūros turi būti kvalifikuotos prieš pradedant gamybą, su bandiniais atliekami mechaniniai bandymai ir, jei reikia, makrostruktūrinė ekspertizė.
Neardomojo bandymo reikalavimai
- 100 procentų pirminių elementų sandūrinių siūlių ultragarsinis arba radiografinis patikrinimas.
- Filtrinių siūlių magnetinių dalelių tikrinimas mėginių ėmimo būdu, suderintas su klientu.
- Atstumo tarp varžtų grupių ir flanšo plokštumo matmenų patikrinimas naudojant gamybos strypus.
- Dangos storio matavimas paskirtuose patikrinimo taškuose po dengimo.
- Medžiagų sertifikatai, atsekami prie kiekvienos gamyboje naudojamos plokštės ir sekcijos.
Matmenų kontrolė gamybos metu neleidžia brangiai dirbti atviroje jūroje. Gamybos strypai ir tikrinimo armatūra išlaiko kritinius matmenis neviršijant griežtų leistinų nuokrypių, užtikrinant, kad platformos moduliai tinkamai susijungtų, kai jie surenkami krantinėje arba atviroje jūroje. Bokšto jungčių, kranų pjedestalų ir švartavimo įrangos varžtų skylės turi būti tiksliai suderintos, kad būtų išvengta lauko gręžimo ar modifikavimo.
Modulinės gamybos strategijos dar labiau pagerina kokybės kontrolę, sutelkdamos suvirinimo veiklą kontroliuojamoje gamyklos aplinkoje. Pavyzdžiui, Aikido platformą sudaro trylika modulinių plieninių komponentų, kurie gali būti pagaminti esamose jūros vėjo ar plieno gamybos vietose, o paskui surinkti naudojant kaiščių jungtis be didesnio suvirinimo krantinėje [nuoroda:2]. Šis metodas sumažina suvirinimo defektų riziką sunkiomis lauko sąlygomis ir sutrumpina surinkimo laiką.
4. Demonstracinių projektų ir sertifikavimo įrodymai
Patikimiausi platformos išlikimo įrodymai gaunami iš nepriklausomai patikrintų projektavimo vertinimų ir demonstracinių projektų veiklos duomenų. Klasifikacinės bendrovės sertifikatai suteikia struktūrinį patvirtinimą, kad platformos dizainas atitinka pripažintus saugos ir veikimo standartus.
„BW Ideol“ 15 MW+ plaukiojanti platforma 2025 m. gegužės mėn. gavo „Basic Design“ sertifikatą iš DNV, po ankstesnių „Floatgen“, „Hibiki“ ir „Eolmed“ projektų sertifikatų. Platforma suderinama su 14–16 MW diapazono turbinomis ir padidinama iki 22 MW, todėl ji gali būti pritaikyta įvairioms metocean sąlygoms nuo vidutinės iki sudėtingos aplinkos [nuoroda: 3]. Šis nuoseklus kelių projektų sertifikavimas rodo, kad projektavimo metodika buvo patvirtinta atliekant nepriklausomą peržiūrą.
Odfjell Oceanwind's Deepsea Star, stulpelyje stabilizuota pusiau panardinama plieninė platforma su centriniu bokštu, gavo pagrindinio dizaino patvirtinimą iš DNV, apimantį naudojimą su Siemens Gamesa SG 14-236 DD 15 MW turbina įvairiomis sąlygomis atviroje jūroje. Patvirtinimas patvirtino pagrindinės konstrukcijos, apsaugos nuo korozijos, stabilumo, švartavimosi ir jūrų sistemų plieno medžiagos stiprumą ir klasę [nuoroda:4]. Dizainas taip pat buvo pasirinktas 100 MW Salamander plaukiojančio vėjo projektui Škotijoje.
| Platformos koncepcija | Kūrėjas | Sertifikavimas | Turbinų klasė |
|---|---|---|---|
| X100 | X1 vėjo / technikos energija | DNV atitikties pareiškimas | 8,5 MW, 160 m rotorius |
| 15 MW+ platforma | BW Ideol | DNV pagrindinis dizainas | 14–16 MW, keičiama iki 22 MW |
| Giliavandenė žvaigždė | Odfjell Oceanwind | DNV pagrindinio projekto patvirtinimas | 15 MW ir daugiau |
| AO60 | Aikido technologijos | ABS terminas | 15 MW |
X100 platformos aplinkosaugos patvirtinimas PlemCat bandymų aikštelėje Viduržemio jūroje papildo įrodymų bazę. Patvirtinimas patvirtino suderinamumą su jūrų aplinkos apsaugos reikalavimais, įskaitant vertikalių sintetinių švartavimosi lynų, kurios sumažina pėdsaką jūros dugne ir povandeninį triukšmą, palyginti su įprastomis kontaktinio tinklo sistemomis, naudojimą [nuoroda:5]. Platforma kelerius metus veiks atviroje jūroje ir generuos našumo duomenis, palaikančius galutinį prototipo sertifikavimą.
5. Dažnai užduodami klausimai
Kokias vėjo ir bangų sąlygas turi išgyventi plūduriuojanti platforma?
Platformos paprastai yra skirtos 50 metų grąžinimo laikotarpio sąlygoms konkrečioje jų diegimo vietoje. Tai gali apimti bangų aukštį, viršijančią 15 metrų, vėjo greitį, didesnį nei 40 metrų per sekundę, ir bendrą apkrovą nuo bangų, vėjo ir srovių, veikiančių vienu metu.
Kaip patikrinamas suvirintų vamzdinių jungčių nuovargis?
Nuovargio vertinimas apjungia karštųjų taškų įtempių baigtinių elementų analizę su klasifikacinės visuomenės S-N kreivėmis. Suminė nuovargio žala per 25 metus turi likti mažesnė už projektinį nuovargio koeficientą, kuris paprastai svyruoja nuo 1 iki 3, priklausomai nuo jungties kritiškumo.
Kokios plieno rūšys naudojamos pirminėms konstrukcijoms?
Įprastos klasės yra Q355B, Q355D, S355 ir A572 ekvivalentai, turintys sertifikuotų žemos temperatūros smūgio savybių. Kiekvienai plokštelei ir sekcijai pateikiami medžiagų sertifikatai, leidžiantys visiškai atsekti gamybos procesą.
Kiek laiko tarnauja apsaugos nuo korozijos sistema?
Tinkamai pritaikyta jūrinės dangos sistema su katodine apsauga sukurta taip, kad atitiktų platformos 25 metų tarnavimo laiką. Karštas cinkavimas užtikrina dešimtmečius priežiūros nereikalaujančią mažesnių komponentų, tokių kaip takai ir prieigos platformos, apsaugą.
Ar platformas galima surinkti esamuose uosto įrenginiuose?
Modulinės konstrukcijos yra skirtos esamai uosto infrastruktūrai. Komponentai gaminami plieno gamybos aikštelėse, vežami į krantinės surinkimo zoną ir sujungiami naudojant konstrukcines jungtis, kurios sumažina arba pašalina suvirinimą uoste.
Plūduriuojančių vėjo turbinų platformų gamybą jūroje vykdoLWY plieno konstrukcija, kuri gamina jūrinio plieno komponentus savo Čingdao gamykloje, kurios metinis perdirbimo pajėgumas viršija 20 000 tonų.