北加州拥有美国最强的近海风生产清洁能源的巨大潜力．但它也有一个问题。它的大陆架迅速下降，使得直接在海底建造传统的风力涡轮机即使不是不可能，也是昂贵的。

一旦水深超过200英尺——大约相当于18层楼的高度——这些“单桩”结构就基本不存在了。

一种解决方案已经出现，并正在世界各地的几个地方进行测试:漂浮的风力涡轮机。

在加州，那里干旱带来了压力论水电供应，国家是按照计划前进开发全国首个海上浮动风力发电场。2022年12月7日，联邦政府将距离加州海岸约20英里的五个租赁区拍卖给了计划开发漂浮风力发电场的公司。投标是比大西洋海岸最近的租金还要低在美国，风力发电场可以锚定在海底，但仍然显著，加在一起超过7.57亿美元．

那么，漂浮式风电场是如何工作的呢?

让涡轮机漂浮的主要方法有三种

漂浮式风力涡轮机工作原理和其他风力涡轮机一样-风推动叶片，导致转子转动，从而驱动发电机发电。但是，与直接嵌入地面或海底的塔不同，漂浮的风力涡轮机位于一个平台上，平台上有锚链或绳索等系泊线，与下面海底的锚相连。

这些系泊线将涡轮机固定在适当的位置，以抵御风，并将其与电缆连接，将电力送回海岸。

大部分稳定性是由浮动平台本身提供的。关键在于设计平台时，涡轮机不会在强风或风暴中倾斜得太远。

平台主要有三种类型:

• 浮柱平台是一个长而中空的圆柱体，从涡轮塔向下延伸。它垂直漂浮在深水中，圆筒底部装有压载物，以降低其重心。然后将其固定在适当的位置，但要用松弛的绳索使其随水移动以避免损坏。桅杆浮标已经用于石油和天然气行业多年来一直从事海上作业。
• 半潜式平台有很大的浮动船体，从塔上展开，也可以锚定以防止漂移。设计师们多涡轮试验在一些船体上。
• 张力腿平台有更小的平台，紧绷的线一直延伸到下面的地板。这些都是更轻但更脆弱地震或海啸，因为它们更依赖于系泊线和锚来保持稳定。

每个平台必须支撑涡轮机的重量，并在涡轮机运行时保持稳定。它能做到这一点，部分原因是空心平台通常由大型钢或混凝土结构制成，提供浮力来支撑涡轮机。因为有些可以在港口完全组装，然后拖出去安装，所以它们可能是便宜得多而不是固定底结构需要专业船只用于现场安装。

浮动平台可以支持风力涡轮机，可以产生10兆瓦或更多的电力大小与其他海上风力涡轮机相似比你在野外看到的典型陆上风力涡轮机的容量大几倍。

为什么我们需要浮动涡轮机?

一些最强风力资源在离海岸几百英尺深的地方，比如美国西海岸、五大湖、地中海和日本海岸。

美国12月初拍卖的租赁面积约为583平方英里在两个地区——一个在加州中部的莫罗湾附近，另一个在俄勒冈州边界附近。加利福尼亚的海水很快就会变深，所以任何距离海岸几英里的风力发电场都需要漂浮的涡轮机。

一旦建成，这五个地区的风电场可以提供大约46吉瓦的清洁电力，足够为150万个家庭供电据美国政府估计。获胜的公司表示他们可以产生更多的能量．

但真正的风力涡轮机在水上运行还需要时间。租赁拍卖的获胜者将接受司法部的反垄断审查，然后是通常需要几年时间的漫长规划、许可和环境审查过程。

在全球范围内，欧洲和亚洲已经有几个全规模的浮动风力涡轮机示范项目在运行。的Hywind苏格兰项目2017年成为第一个商业规模的海上浮式风电场，拥有5个6兆瓦的涡轮机，由美国海洋科学研究所设计的SPAR浮标支撑挪威能源公司Equinor．

美国Equinor Wind曾在加州中部中标另一位中标者是莱茵海上风能控股公司．莱茵集团(RWE)在欧洲经营风力发电场三个浮式风力发电机示范项目．其他参与的公司-哥本哈根基础设施合作伙伴、Invenergy和海洋风拥有大西洋海岸租约或现有海上风力发电场。

尽管海上浮式风力发电场正在成为一项商业技术，但仍有一些技术挑战需要解决。平台运动可能会对叶片和塔产生更大的力，使空气动力学更加复杂和非定常。此外，随着水深越来越深，系泊线、锚和电缆的成本可能会变得非常高，因此需要更便宜但仍然可靠的技术。

但在不久的将来，我们可以期待看到更多由浮动结构支撑的海上涡轮机。

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马修·拉克纳(Matthew Lackner)是马萨诸塞大学阿默斯特分校的机械工程教授。本文最初发表于谈话．