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运用豪华邮轮/航空母舰设计理念设计适合中国国情的用于承载风电机的多用途集成浮动平台

已有 1294 次阅读 2021-9-18 04:05 |系统分类:海外观察

上一篇博文论述了海上浮动风电发电成本低至每度电5分钱的可能性,但有二个关键前提,一是风电机的单价必须低于毎kW2000元(目前已经达到),再就是有一个多用途集成的海上浮动平台。这里就来讲一下设计此类浮动平台的基本原理。


我们知道,浮动平台设计的最重要参数是整体重心。一台十兆瓦的风电机重量为三百至五百吨,坐立在至少一百二十米高的风电塔顶端。为了能使风电机安全运行,整体重心必须足够地低于浮动平台的稳心,否则在风力的作用下,浮动平台会大幅度地倾斜,甚至翻倒。除了能够承载风电机外,我们所想要的浮动平台还兼有其它用途功能,这意味着该平台还得有足够大的内部空间。事实上,对设计一艘豪华邮轮或航空母舰也有同样的要求。


上面照片显示的是一艘正在建造的大型豪华邮轮。我们知道一艘船的舷窗一般在水面以上,由图可见,该船体的水下部分相对整个船体相当的小,也就是说其吃水深度估计约是船体高度的四,五分之一。这是豪华邮轮的特点,目的是让尽量多的船客多付钱住在可见大海的船舱里,体验大海的广阔视野。不可避免的,整个船的重心也就处在水面水平之上。想当然这样高重心的船稳度小容易倾斜。为了避免这个问题,人们就让船设计得足够宽来增加稳性。所以,象豪华邮轮这样的艘,船的宽度与吃水之比一般大于四,高至五。你如果有豪华邮轮在大浪中航行的经历,就会有这样的体验,这类船摇晃幅度小,不容易引起晕船,也就是说其耐波性能优异。


为了不让高达十米,二十米的海浪把飞机卷走,航空母舰上的飞行甲板必须有足够的高度远离水面。当然弹药厍燃油库也必须贴近飞行甲板便予给飞机补充弹药燃油。所以此类舰船的整体重心也在静水面之上。同时航空母舰的耐波性能也是有严格的要求的,让飞机在摇晃中的飞行甲板上起飞降落是有危险性的。航空母舰的设计理念基本上与豪华邮轮相似。


那么,怎样来设计一座适合中国国情的用于承载风电机的多用途集成浮动平台?

显然,依据豪华邮轮设计理念,浮动平台水面下的几何形状应与大口碗或面盆相似,其直径与深度之比在2以上。整个浮动平台外表几何形状的确定在技术上是一个iterativt process, 那是个细节性的工作,由浮动平台内部承载结构,各种用途功能在空间的分布及在海上安全运行要求来决定。有人会问,为什么现在还没有人采用这个设计理念?可以这么说,这个设计理念就海事安全来说不适合北大西洋东部海域,也就是说西欧国家所面向的海域(这与那里的海浪特征有关),但适合中国海域。再则西欧人想要的是单纯的用于承载风电机的浮动平台。


从结构强度的角度来说,大口碗或面盆形状实际上为设计一个结实牢固的混泥土整体结构提供了先决条件。只要内部结构设计合理,整个建筑物就会变得非常结实牢固,理论计算显示,只需有限的钢筋进行局部性的加强,其结构强度也会足够有余。想一想,古罗马人建造的"万神殿"的穹顶是半球形的,用基于天然水泥的混泥土作为建筑材料,没有用什么钢筋,经历了近二千年的风吹雨打,也承受了地震的考验,到今依然保存其建筑功能供人观赏聚会。还有一个好处,相应排水量,所需的结构材料量少,所以建造成本也变得低少。




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