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共結構融合指的是通過固定式或漂浮式風機基礎與海洋牧場裝備進行融合設計，即在固定式或漂浮式風機基礎設計時，考慮加裝養殖裝備(主要是網衣)所增加的工作載荷，以形成新型的海上風電與海洋牧場一體化裝備。

目前，固定式風機基礎主要分為單樁基礎、導管架基礎及吸力桶基礎，根據風機基礎不同可以形成不同的共結構融合方案。對于導管架基礎，可在導管架平臺的支撐結構圍上網衣，形成封閉的養殖空間，具體圖1所示;對于單樁基礎或吸力桶基礎，可以在風機基礎周圍附加養殖結構形成養殖空間。海上風電與海洋牧場融合結構是一種結合兩種不同功能的復雜海洋工程結構，截至目前對于淺近海固定式風力機與海洋牧場共結構融合應用仍處于試驗示范階段。

圖1導管架基礎共結構融合概念

江俊杰提出在導管架平臺的支撐結構上加裝養殖網衣進行養殖，并對融合養殖網衣后的海上風機結構的動力響應進行了規律性分析。張天翼綜合海上風電與海洋牧場設計理念，提出一型固定式單樁海上風機基礎融合鋼結構海洋牧場的新型海上風漁融合結構，并對此概念進行了耦合動力響應分析與振動控制策略研究。

“明漁一號”是固定式基礎共結構融合方案的典型代表，“明漁一號”采用導管架基礎與養殖網衣共結構融合方案設計，導管架基礎底部跟開30m，風機基礎連距離69km，作業水深45～48m，海洋牧場養殖水體約5000m³，網衣采用分片式布置方案，防止網衣與導管架基礎發生摩擦，分片式網衣通過網衣工裝與導管架連接，具體網衣布置方案如圖2所示。

“明漁一號”首批投放10000尾金鯧魚，養殖密為10～15kg/m³。據了解，“明漁一號”導管架+網衣共結構融合方案可顯著降低資源開發成本，具有較優的經濟性，提高海上風電場整體收益率約1.5%。

目前，漂浮式風機基礎主要分為單柱式基礎、半潛式基礎及張力腿式基礎，根據風機基礎不同可以形成不同的共結構融合方案。由于半潛式基礎下部的空間較大，可為海水養殖提供空間，形成“上部發電、下部養魚”的共結構融合模式，所以目前漂浮式基礎共結構融合方案大都采用半潛式基礎與養殖網箱融合方案。對于半潛式風機基礎，可根據浮式基礎下部的空間型式設計風漁結合一體化綜合支撐平臺，形成結構共融，融合型式如圖3所示。

圖3“國能共享號”概念圖

目前，國內外對于漂浮式風漁融合一體化裝備的研究仍處于起步階段。Zheng和Lei提出了一型融合半潛式基礎與養殖網箱的風漁融合一體化平臺FOWT-SFFC，見圖4(a)，并將FOWT-SFFC平臺的動力響應特性與OC3-Hywind及OC4-DeepCwind漂浮式風力機進行了對比分析，結果表明新型風漁融合一體化平臺的動力響應特性在極端工況時較其他兩型漂浮式風力機更優。

Chu等提出了一型融合單柱式基礎與養殖網箱的風漁融合一體化平臺COSPAR，見圖4(b)，并對COSPAR平臺進行了動力響應分析，對比了有無風機下單柱式養殖平臺的響應，結果表明COSPAR平臺在垂蕩及縱搖方向的響應小于無風機下的漂浮式養殖平臺。

鐘豪提出了一型八邊形半潛式基礎風機與養殖網箱融合的風電漁場綜合平臺，見圖4(c)，并對選取不同的環境情況對風電漁場綜合平臺進行頻域和時域響應分析。

Zheng提出了一型融合半潛式垂直軸風機、海洋牧場及光伏發電的漂浮式多功能綜合平臺WSA，見圖4(d)，并通過數值模擬及水池模型試驗分析了漂浮式多功能綜合平臺的動力響應特性，證明了概念的可行性。

Li等提出了一型融合半潛式風機基礎、波浪能發電裝置及海洋牧場的漂浮式多功能綜合平臺BlueGrowthFarm，見圖4(e)，并對BlueGrowthFarm在典型環境下的水動力性能進行了分析，得到了多功能綜合平臺的耦合動力響應特性。

圖4漂浮式基礎共結構融合方案

“國能共享號”是漂浮式基礎共結構融合方案的典型代表，也是全球首個漂浮式風漁融合項目，“國能共享號”采用三立柱半潛式基礎與養殖網箱共結構融合方案設計，由浮式基礎、4MW海上風力機、養殖網箱及系泊系統組成，平臺立柱高28m，立柱間長70m，設計吃水14m，總重量4900t，養殖水體容積約10000m³。

共結構融合方案的優勢是可以充分利用海上風電支撐基礎結構，將海上風電與海洋牧場深度融合，形成多功能平臺，實現真正的功能融合，結構緊湊，降本增效顯著，是未來深遠海資源和能源綜合開發的重要方向。但是，目前共結構融合方案還有許多關鍵問題亟需解決，如新型融合裝備的防腐要求提高、網衣帶來的水動力載荷影響、風機基礎與養殖網衣間的相互作用機制不明等等，短期技術風險和成本較高。

來源 | 本文節選自《海上風電與海洋牧場融合發展趨勢及技術挑戰》原刊于《南方能源建設》

作者 | 陽杰 張建華 等