类型b：

《海上浮式风电场共享系泊系统研究综述》学术报告

本文由Hang Xu、Shengjie Rui（通讯作者）、Kanmin Shen、Liangliang Jiang、Haojie Zhang和Long Teng合作完成，作者团队来自浙江大学建筑工程学院（浙江省近海工程技术重点实验室）、挪威岩土工程研究所（NGI）、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司以及加拿大卡尔加里大学化学与石油工程系。论文于2024年发表在期刊《Energy Reviews》上，题为《Shared mooring systems for offshore floating wind farms: a review》。

1. 海上浮式风电场的系泊系统挑战与共享系泊的提出

海上风电是可再生能源的重要形式，近年来发展迅速。固定式风机适用于水深小于50米的区域，而浮式海上风机（FOWTs, Floating Offshore Wind Turbines）则是深水区的必然选择。系泊系统是FOWTs商业化的关键，但其成本占风机总成本的30%以上，甚至可能超过风机设备本身。共享系泊系统（shared mooring system）通过将多个风机的锚线或锚点共享，可显著降低大规模浮式风电场的建设和安装成本。然而，共享系泊系统也带来了动力学复杂性、耦合效应和锚固设计等新挑战。

2. 共享系泊风电场的布局形式与经济性优化

共享系泊系统有两种基本形式：共享锚点（shared anchors）和共享系泊线（shared lines）。Fontana等（2016）首次提出“多线锚系统”（multiple-line anchor system），通过将多个风机的系泊线连接到同一锚点减少锚点数量。研究表明，对称布局（如三角形或六边形）可优化锚点数量，降低峰值载荷。例如，三线共享锚系统在极端环境条件下，峰值载荷可比单线锚系统降低67%。此外，共享系泊线设计在波浪能转换器（WEC）阵列中已有探索，Goldschmidt & Muskulus（2015）发现其可降低系泊系统成本达60%。

3. 共享系泊风电场的动力学分析方法

共享系泊系统引入了风机间的动态耦合效应，需开发高级数值模拟工具。传统单风机分析软件（如FAST、OrcaFlex）难以模拟整个风电场。目前最先进的工具是NREL开发的FAST.Farm，它整合了空气动力学、水动力学和伺服弹性耦合分析，并考虑了尾流效应（wake effect）和波浪传播时序。例如，Gözcü等（2022）通过HAWC2.Farm模拟了两台IEA 15MW Spar型FOWTs的共享系泊系统，发现共享系泊线的张力更高，但通过调整长度可匹配单系统的固有频率。

4. 共享系泊系统的载荷传递特性

共享锚点承受多根系泊线的时变张力，其净载荷（net force）具有时空变化特性。Balakrishnan等（2020）提出“锚点净力”概念，即多根系泊线张力的矢量和。对称布局下，净力方向可能相互抵消，从而降低峰值载荷。例如，Pillai等（2022）的数值模拟显示，三线共享锚在浅水区（70米）的峰值载荷比单风机降低56%。然而，多向载荷也导致锚点承受平面外载荷（out-of-plane loading），可能降低其承载力。

5. 共享锚点的承载力特性与创新设计

多向循环载荷会削弱锚-土界面强度，并导致海床冲刷（scouring）。Saviano & Pisano（2017）通过三维有限元分析发现，平面外角度为90°时，吸力锚（suction anchor）的侧向承载力降低80%。针对这一问题，研究者提出了多种创新锚固设计，例如：
- 带鳍吸力锚（Fu等，2020）：通过外置鳍片扩大剪切面，提高抗扭能力；
- 多线环锚（Lee & Abuney，2022）：结合环形锚和翼板，承载力可达传统吸力锚的3倍；
- 沉箱-板重力锚（Rui等，2023）：结合重力锚与沉箱基础，解决安装与承载不匹配问题。

6. 研究意义与未来方向

本文综述了共享系泊系统的研究现状，为全球大规模浮式风电场的建设提供了重要参考。其科学价值在于：
1. 揭示了共享系泊系统在成本优化和动力学复杂性之间的平衡关系；
2. 提出了多向载荷下锚固设计的新思路；
3. 推动了浮式风电场的标准化发展。未来研究需进一步探索共享锚点在复杂地质条件下的可靠性，并开发更高效的数值模拟工具。

亮点总结
- 首次系统梳理共享系泊系统的布局、动力学和锚固设计；
- 提出“锚点净力”概念，为多向载荷分析提供理论框架；
- 创新锚固设计（如带鳍吸力锚）为解决平面外载荷问题提供实践方案。