آیا سکوهای توربین های بادی شناور دریایی می توانند در شرایط شدید دریای آزاد مقاومت کنند؟

1. چگونه تأیید طراحی به سناریوهای بار شدید رسیدگی می کند

یک سکوی باد شناور باید به طور همزمان در برابر بارهای ساکن توربین و بارهای دینامیکی ناشی از امواج، باد و جریان مقاومت کند. برخلاف سازه‌های ته ثابت که بارها را مستقیماً به بستر دریا منتقل می‌کنند، سکوهای شناور برای حفظ پایداری به شناوری، توزیع بالاست و کشش لنگر متکی هستند. این باعث می شود که فرآیند طراحی سازه به طور اساسی متفاوت باشد و نیاز به تجزیه و تحلیل جفت پاسخ های هیدرودینامیکی، آیرودینامیکی و ساختاری دارد.

انجمن های طبقه بندی مانند DNV و ABS استانداردهای اختصاصی برای سازه های بادی شناور ایجاد کرده اند. DNV-ST-0119 چارچوب حاکم را برای طراحی، ساخت و بازرسی در حین خدمت ارائه می‌کند که حالت‌های حد نهایی، حالت‌های حد خستگی و حالت‌های حد تصادفی را پوشش می‌دهد. این استاندارد مستلزم آن است که سکوها یکپارچگی ساختاری را تحت شرایط محیطی دوره بازگشت 50 ساله خاص به محل استقرار، با عوامل ایمنی اعمال شده برای بارها و مقاومت مواد نشان دهند.

مفاهیم پلت فرم اخیر نشان می دهد که چگونه بهینه سازی طراحی وزن سازه را بدون به خطر انداختن حاشیه های ایمنی کاهش می دهد. پلت فرم X100 که توسط X1 Wind و Technip Energies توسعه یافته است، اصول پلت فرم کششی را با شناوری نیمه شناور ترکیب می کند و به وزن فولاد اولیه تقریباً 1500 تن برای یک توربین 8.5 مگاواتی با قطر روتور 160 متری دست می یابد[مراجع: 0]. این نشان دهنده کاهش وزن 30 تا 50 درصدی در مقایسه با سکوهای نمایشی اروپایی قبلی در مقیاس مشابه است که از طریق یک هندسه سه پایه شکل که بارها را به طور مؤثرتری در سرتاسر سازه توزیع می کند به دست آمده است.

2. انتخاب مواد برای مقاومت در برابر خوردگی و خستگی

محیط دریایی دو مکانیسم اصلی تخریب را بر سازه های فولادی تحمیل می کند: خوردگی الکتروشیمیایی و ترک ناشی از خستگی. هر دو باید در مرحله مشخصات مواد مورد توجه قرار گیرند، زیرا تعمیرات میدانی در سکویی که در 20 کیلومتری ساحل قرار دارد، با روزهای کشتی و پنجره های آب و هوا اندازه گیری می شود.

بارهای نمک جوی در مناطق فراساحلی به عنوان C5-M تحت ISO 9223 طبقه بندی می شوند که شدیدترین دسته خوردگی است. فولاد رنگ شده ساده می تواند در عرض چند سال در این شرایط شکست بخورد. ساخت پلت فرم‌های بادوام با انتخاب گریدهای فولادی که چقرمگی را در دماهای پایین حفظ می‌کنند، معمولاً معادل‌های Q355B، Q355D، S355، یا A572 با خواص ضربه‌ای تایید شده آغاز می‌شود[مرجع: 1]. این گریدها جوش پذیری را با استحکام تسلیم مورد نیاز برای اعضای سازه اولیه متعادل می کنند.

برای اجزای غوطه ور و مناطق پاشش آب، حفاظت کاتدی از طریق آندهای قربانی یا سیستم های جریان تحت تاثیر سیستم پوشش را تکمیل می کند. جزئیات اتصال باید برای سازگاری با این سیستم ها طراحی شود، از جمله مقررات مربوط به آندهای قابل جوش در مواردی که مشخص شده است. ضخامت کل سیستم پوشش معمولاً برای سازه های اصلی بزرگ از 240 میکرومتر فراتر می رود و عمر مفیدی را ارائه می دهد که با عمر طراحی 25 ساله پلت فرم سازگار است.

طراحی خستگی نیازمند توجه به دسته بندی جزئیات جوش و عوامل تمرکز تنش است. اتصالات لوله‌ای که در سازه‌های خرپایی سکوی شناور رایج هستند، تنش‌های نقطه داغ را در تقاطع اعضای مهاربند و وتر تجربه می‌کنند. تجزیه و تحلیل اجزای محدود همراه با جامعه طبقه‌بندی منحنی‌های S-N به مهندسان اجازه می‌دهد تا بررسی کنند که آسیب خستگی تجمعی در طول عمر مفید کمتر از حد قابل قبول باقی می‌ماند.

3. کیفیت ساخت و یکپارچگی ساختاری

محاسبات طراحی فقط به اندازه ساختی که آنها را محقق می کند قابل اعتماد هستند. کیفیت جوش، دقت ابعاد و قابلیت ردیابی مواد به طور مستقیم تعیین می کند که آیا یک پلت فرم به عملکرد ساختاری پیش بینی شده توسط تجزیه و تحلیل دست می یابد یا خیر.

تمام جوش ها در اعضای سازه اولیه باید توسط جوشکاران معتبری که با روش های واجد شرایط کار می کنند، انجام شود. EN ISO 9606 و AWS D1.1 دو استاندارد صلاحیت جوشکاری پرکاربرد برای سازه های فولادی فراساحلی هستند. روش های جوش باید قبل از شروع تولید واجد شرایط باشند و قطعات آزمایشی تحت آزمایش مکانیکی و در صورت نیاز، بررسی کلان ساختاری قرار گیرند.

کنترل ابعادی در حین ساخت از دوباره کاری پرهزینه دریایی جلوگیری می کند. جگ‌های ساخت و یراق‌های چک، ابعاد حیاتی را در تلورانس‌های نزدیک نگه می‌دارند، و اطمینان حاصل می‌کنند که ماژول‌های پلت‌فرم هنگام مونتاژ در اسکله یا خارج از ساحل به درستی با هم قرار می‌گیرند. سوراخ‌های پیچ برای اتصالات برج، پایه‌های جرثقیل و تجهیزات پهلوگیری باید دقیقاً در یک راستا قرار گیرند تا از حفاری یا تغییر در میدان جلوگیری شود.

استراتژی‌های ساخت مدولار با متمرکز کردن فعالیت جوشکاری در یک محیط کارخانه کنترل‌شده، کنترل کیفیت را بیشتر بهبود می‌بخشد. برای مثال، سکوی آیکیدو از سیزده جزء فولادی مدولار تشکیل شده است که می‌توان آنها را در سایت‌های تولید فولاد یا باد دریایی موجود ساخت و سپس با استفاده از اتصالات پین بدون جوشکاری عمده در کنار اسکله مونتاژ کرد[مرجع: 2]. این رویکرد خطر عیوب جوش را در شرایط سخت میدانی کاهش می دهد و زمان مونتاژ را کوتاه می کند.

4. شواهدی از پروژه های نمایشی و گواهینامه

معتبرترین شواهد برای بقای پلت فرم از ارزیابی های طراحی مستقل و داده های عملیاتی پروژه های نمایشی می آید. گواهینامه‌های جامعه طبقه‌بندی تأییدیه ساختارمندی را ارائه می‌دهند که طراحی پلت فرم با استانداردهای ایمنی و عملکرد شناخته شده مطابقت دارد.

پلت فرم شناور 15 مگاواتی + BW Ideol پس از گواهینامه های قبلی برای پروژه های Floatgen، Hibiki و Eolmed، گواهی طراحی پایه را از DNV در می 2025 دریافت کرد. این پلت فرم با توربین هایی در محدوده 14 تا 16 مگاوات سازگار است و تا 22 مگاوات مقیاس بندی می شود، با قابلیت انطباق با طیف گسترده ای از شرایط آب اقیانوسی از محیط های متوسط ​​تا چالش برانگیز [مراجع: 3]. این سابقه گواهینامه های متوالی در چندین پروژه نشان می دهد که روش طراحی تحت بررسی مستقل تأیید شده است.

Odfjell Oceanwind's Deepsea Star، یک سکوی فولادی نیمه شناور با ستون تثبیت شده با برج مرکزی، تأییدیه طراحی پایه را از DNV دریافت کرد که با توربین زیمنس Gamesa SG 14-236 DD 15 مگاواتی در طیف گسترده ای از شرایط دریایی استفاده می شود. این تأییدیه، استحکام و درجه مواد فولادی را برای ساختار اصلی، حفاظت در برابر خوردگی، پایداری، پهلوگیری و سیستم‌های دریایی تأیید می‌کند[مرجع: 4]. این طرح همچنین برای پروژه باد شناور 100 مگاواتی Salamander در اسکاتلند انتخاب شده است.

تایید زیست محیطی پلت فرم X100 برای سایت آزمایشی PlemCat در دریای مدیترانه ابعاد بیشتری به پایه شواهد اضافه می کند. این تأییدیه سازگاری با الزامات حفاظت از محیط زیست دریایی، از جمله استفاده از خطوط پهلوگیری مصنوعی عمودی را تأیید کرد که ردپای بستر دریا و سر و صدای زیر آب را در مقایسه با سیستم‌های معمولی کشتی‌رانی کاهش می‌دهد[مرجع: 5]. این پلتفرم برای چندین سال در شرایط فراساحلی کار خواهد کرد و داده‌های عملکردی تولید می‌کند که از گواهی‌نامه نمونه اولیه پشتیبانی می‌کند.

5. سوالات متداول

ساخت سکوهای توربین های بادی شناور دریایی توسطسازه فولادی LWYکه قطعات فولادی درجه دریایی را در تاسیسات چینگدائو خود با ظرفیت پردازش سالانه بیش از 20000 تن تولید می کند.