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传统漂浮式风力发电机通常采用独立的系泊系统，每台风机通过数根系泊缆和锚固装置单独固定于海床，可谓“自扫门前雪”。而共享系泊系统的核心理念，则是让多台相邻的风机“有福同享，有难同当”，通过共用部分系泊缆或锚点，连接成一个相互耦合的网络。
根据近日发表在《海洋科学与工程》上的一篇综述文章，共享系泊主要分为两种形式：共享系泊缆和共享锚。共享系泊缆指一根或多根系泊缆同时连接到两台或更多风机平台；共享锚则指多根系泊缆共用同一个海床锚固点。
这种设计带来了显著的优势：
降低成本：最直观的收益是减少了所需锚的数量和系泊缆总长度，直接降低了材料、制造和安装成本。研究表明，在某些配置下，共享系泊系统可降低系泊系统成本高达60%，整体项目成本约8%。
优化空间利用：减少了海床上的锚点数量和系泊缆覆盖范围，降低了与渔业、航道等其他海洋活动的冲突，也简化了海底电缆的布线。
潜在的性能提升：通过力的重新分布，共享系泊系统有可能改善整个风机阵列的动态响应，甚至在单根系泊缆失效时提供一定的冗余度，防止单台风机失控。
二、机遇背后的挑战：复杂的“耦合”动力学
然而，“共享”并非简单的连接，它彻底改变了系统的动力学特性。当风机被系泊缆“绑定”在一起，它们便不再是孤立的个体。
运动耦合：一台风机在风浪作用下的纵荡、横荡或艏摇运动，会通过共享的系泊缆传递并影响相邻风机的运动。这种相互作用可能放大或抑制某些运动，需要精心设计以避免有害的共振。
载荷复杂化：共享系泊缆承受来自多个方向的载荷，容易产生剧烈的张力波动，甚至出现危险的“突然张力”冲击，对缆绳和连接器的疲劳寿命构成严峻挑战。
空气动力与流体动力耦合加剧：风机之间的尾流效应会因平台的运动而变得更为复杂。同时，波浪和海流作用于相互连接的平台时，会产生非均匀的载荷，进一步增加系泊系统分析的难度。
正如综述中指出的，早期对双柱式漂浮式风机的数值模拟和模型试验均表明，共享系泊系统会导致比单机系统更大的水平运动和张紧力，验证了上述耦合效应的存在。为了应对这些挑战，研究人员提出了多种优化方案，例如在共享缆上添加重物块以改变其动力特性、调整缆绳长度和刚度、以及采用更先进的锚固技术（如吸力锚、螺旋锚等）来应对多方向循环载荷。
三、从理论到实践：前沿项目探索
尽管技术复杂，共享系泊系统已在一些先锋项目中得到实践验证。
挪威Hywind Tampen项目：这是全球首个为海上油气平台供电的漂浮式风电场，采用11台Spar式漂浮式风机。项目创新性地应用了共享锚系统，多台风机共用一个大型吸力锚，成功在260-300米水深的北海海域实现了稳定运行，为共享锚技术的可行性提供了重要范本。
欧盟COREWIND项目：该项目系统研究了共享系泊和共享锚在不同场址（如格兰加那利岛和莫罗湾）的应用。研究揭示了共享系泊缆长度对载荷分布的显著影响，以及通过优化设计，共享系统可以达到与单机系统相近的动力性能。
美国NREL的研究：美国国家可再生能源实验室对一个由10台10兆瓦Spar风机组成的阵列进行了仿真分析，采用了带重物块的聚酯纤维共享系泊缆。研究表明，该系统没有发生连锁失效的风险，证明了大规模共享系泊阵列的技术可行性。
“蜂巢系泊”新概念：近期出现了一种称为“Honeymooring”的网格化共享系泊概念，类似于将风机锚固在一个柔性的海底网格上。研究显示，这种设计能有效降低峰值系泊载荷和疲劳损伤，并有望将系泊成本降低高达50%，展现出巨大的经济潜力。
四、设计、建模与成本优化：系统工程的精妙平衡
共享系泊系统的成功应用，离不开精心的设计、精确的建模和全面的成本优化。
材料选择：系泊缆主要材料包括锚链、钢缆和合成纤维缆。锚链耐用但沉重；钢缆较轻且强度高，但易腐蚀；合成纤维缆（如聚酯）重量轻、弹性好，尤其适合深水共享系泊，但其非线性的动力刚度行为和疲劳性能是需要重点研究的课题。
建模方法：分析共享系泊系统需要复杂的耦合仿真工具。目前，中精度工程软件（如OrcaFlex, SIMA, OpenFAST）是主流选择，能在可接受的计算成本下模拟气动-水动-伺服-弹性全耦合过程。而对于精细设计和验证，则需要结合计算流体动力学和高精度有限元分析的高保真模型。降阶模型和机器学习技术也被探索用于加速大型风电场仿真。
成本分析：综述整合了多项成本研究。结论指出，共享系泊缆通常比共享锚更具成本效益。共享锚虽减少了锚的数量，但可能导致系泊缆加长和失效风险增加，经济优势不明确。而共享系泊缆通过减少浮标、配重和锚等组件，能显著降低采购和安装成本。采用张紧式系泊、根据载荷方向差异化设计缆绳规格（上风向用高强度缆，下风向可降级使用）等策略，也能有效优化成本。
五、未来展望：迈向规模化与智能化
总体来看，共享系泊系统是推动漂浮式海上风电降本增效、走向规模化商业应用的关键创新方向之一。当前的研究和实践已证明了其技术可行性和经济潜力，但仍在以下方面面临挑战和机遇：
更深水域的适应性：随着开发走向更深的海洋，系泊系统的设计需应对更恶劣的环境和更大的动力响应。
标准化与认证：需要建立针对共享系泊系统的设计标准、认证流程和监管框架。
智能化运维：结合传感器、数字孪生和机器学习技术，实现系泊系统状态的实时监测、预测性维护和优化控制。
全产业链协同：从材料研发、设计软件、施工安装到运维服务，需要整个产业链的协同创新以降低成本。
可以预见，随着技术的不断成熟和成本的持续下降，共享系泊系统将如同“纽带”一般，将一座座屹立于深海的“风之巨人”更紧密、更经济、更可靠地连接在一起，共同助力全球能源转型的宏伟目标。漂浮式海上风电的深远海时代，正因这些创新的系泊方案而加速到来。
本文主要观点基于以下学术文献综述：
Striani, R.; Jiang, H.; Biroli, M.V.; Shao, Y.; Wang, S. Review of Floating Offshore Wind Turbines with Shared Mooring Systems.J. Mar. Sci. Eng. 2025, 13, 2341. https://doi.org/10.3390/jmse13122341
该文系统回顾了漂浮式海上风电共享系泊系统的构型设计、环境载荷、建模方法及成本评估，并对共享锚固系统、新兴的“蜂巢系泊”等概念进行了总结与探讨，为未来技术发展与工程应用提供了重要参考。
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