风能得到连续利用

当德国宣布将在2022年之前封存所有反应堆，从而实际上放弃核能时，在场的不止几张惊讶的脸和一些尴尬的问题。

这个国家究竟认为自己将如何满足能源需求?毫无疑问，它将不得不从邻国法国进口相当数量的核能，从而通过代理购买核能。

答案也许更令人惊讶。今年1月1日，德国议会将一项法案写入法律，要求到2020年，德国35%的能源需求必须由可再生能源提供，然后到2030年达到50%，到2050年达到80%——在范围和规模上都远超欧盟(eu)到2020年达到20%的目标。

德国已经在该领域取得了良好进展，特别是在海上风能和地热能方面。目前有8个海上风力发电场在运行，发电量约为200兆瓦。然而，要达到2020年的第一套目标，需要超过10吉瓦。

显然，在生产过程中需要进行彻底的阶段性变革;每隔十年左右就建几个公园是不够的。

环境问题已成为规划和进一步延长发展周期的真正障碍

欧洲最大的建筑公司、奥德集团Strabag大约10年前开始涉足海上风电业务，专注于其在生产、运输和安装方面的现有优势。该公司还开始试验基础基础的新设计，认为这是海上风能整个生产链的一个关键限制因素。

基本上有大约四种主要类型的风力涡轮机基础在使用。

当涡轮机第一次试探性地从陆地进入海岸附近的浅水区时，它们通常采用单桩基础——一种简单的设计，风塔由钢管直接或通过过渡件支撑。

根据地下条件的不同，通常通过大冲击或振动锤将桩打入海底，或将桩根植于钻入岩石的孔中。它们具有合理的成本效益，但不适合水深超过15米的水域，而且它们很难容纳2-3兆瓦以上的涡轮机。

要处理一些最新一代的5-10兆瓦的风力涡轮机，停泊在离海岸数英里的更深的水域，需要更多的支持。夹套基础由类似于电力塔的框架结构组成。这项技术基本上是从石油行业直接借来的。

与此同时，三桩基础是专门为海上风力开发的设计。它由一个位于水面之上的三脚结构的钢桩组成，该结构必须固定在海床上。三柱桩可用于水深在25m至50m之间的水域。

然而，所有这些方法都需要在海上进行一定程度的施工，并伴随着相关的成本和环境影响。有证据表明，钻井和推动涡轮机地基进入海底会产生声发射，对当地哺乳动物种群造成伤害。它已经成为规划的真正障碍，进一步延长整个开发周期，使那些迫在眉睫的可再生能源目标无法实现。

但是，如果你能在岸上建造整个涡轮机，在底部放一个巨大的压舱物，把它漂浮在船上到它需要的地方，然后扑通一声扔进大海，让它牢固地沉下去呢?

这是基本的，如果有点过于简化，重力基础基础的愿景。虽然这一想法已经存在了一段时间，但可以说Strabag是第一家对其投入巨资的公司。

其重力基础设计包括一个十字形预应力混凝土箱梁基座，尺寸为40 × 40m，高度为8m。在箱梁的每一端都有一个承重垫，每个承重垫的面积约为100米，它将荷载转移到底土。在这个基础上是一个逐渐变细的竖井，通往船的梯子和平台，总高度为65米。然后在上面安装涡轮机。为增加基础自重，箱梁和混凝土轴安装后填砂。

Strabag海上风能部门董事总经理杰拉德•赞格尔(Gerald Zangl)说，我们相信这是一种更经济、更生态的版本。

“市场需要某种形式的连续生产，而事实上，在所有这些条件下，你无法在离岸做这些，所以我们的概念是在岸上做尽可能多的事情——不仅是基础，还有塔和转换器的组装，最可能的是转子叶片，然后在一天内运输。”这是一个巨大的竞争优势;我们相信我们可以在一年内建成一个完整的风力发电厂。”

Strabag的愿景是建造一个沿海码头，在那里，风力涡轮机的部件将被交付(有些也可能在现场制造)，组装并装上一艘半潜式船，然后驶往拟议中的风力发电场的地点。第二艘船，半永久地停泊在海岸之外，然后准备好海床地面，在精确的地点放下涡轮机。

斯特拉巴格公司目前正在德国北海海岸库克斯黑文建一个这样的码头，耗资约5亿欧元(4.08亿英镑)，公共资金约1.13亿欧元。据该公司称，该项目将于2013年底全面投产，首个试点项目将是一个名为“信天翁1号”(Albatross 1)的10台涡轮机风力发电厂。

面对如此巨大的资金风险，该公司必须确保其愿景是基于合理的工程原理。

2006年在波罗的海测试了一个基于重力基础的风力涡轮机。但这是在坚实的岩石海底土壤，根本不需要地面准备。德国北海是最具开发潜力的地区，这里有冰川消融留下的细沙，面临着更大的挑战。

Strabag英国和爱尔兰业务负责人、土木工程师罗伯特•福伊尔(Robert Foyle)说:“我们主要担心的是，海床上的地基这么大，最后不会像比萨斜塔那样。”“如果你站在沙滩上，脚趾在沙子里摆动，你就会往下沉，这就是工程师们担心的:孔隙压力积累会对结构产生什么影响，因为沙子已经饱和，你在加压和释放它，所以你通过沙粒吸进和呼出水，这会对结构产生什么影响?”唯一的测试方法是用1:1的模型。”

因此，该公司花800万欧元在库克斯黑文的海滩上建造了一个全尺寸重力基础地基模型，以匹配北海更远的土壤条件(见图表)。负责测试的工程师乌多·哈特威格博士说:“这是德国人的做法——我们必须确保在离岸建造之前达到99.9%。”

经过300万个测试周期和数tb的数据收集后，工程师们相信，在暴风雨条件下，地基仍能保持稳固。

该公司目前正在研制运输涡轮机的运输船。在借鉴石油钻井平台的基本原理的同时，它需要以一定的速度在预计的时间内建成风力公园。

Strabag已经委托福伊特公司为每艘航母建造5个径向螺旋桨:4个8吨、5.6兆瓦的螺旋桨将安装在航母的每个角落，另一个将保留作为替换单元。

该航母将能够在2.5米高的海浪中以10节的速度航行，风力等级为6-7。因此，它每年将提供270个作业日。它将伴随一艘地面准备船，配备起重机抓斗和吸力挖泥船。

“我们的概念是将海底的沙子挖到船上，这艘船能够容纳大约2万至2.5万吨的疏浚材料，然后将这些疏浚材料重新放入地基中。”在理想情况下，我们下潜3米到5米深—我们把拿走的东西放回基地。”福伊尔说道。尽管如此，海上地基仍然会受到洋流的影响，导致地基下的底土被冲刷出来，形成所谓的“冲刷”。Strabag开发了一种特殊的网格层来解决这个问题。

今年3月，基于Strabag的详细评估和建议，德国联邦海事和水文局(BSH)首次批准在深水中使用混凝土重力基础，而不是钢铁。它实际上为信天翁1号电厂开了绿灯，该电厂将配备10台5兆瓦的涡轮机，由湘电达风(XEMC Darwind)生产。湘电达风是中国湘潭电气制造有限公司的荷兰涡轮机制造子公司。

但与计划的和使整个计划在经济上可行的条件相比，这只是第一步。

我们确实需要不断发展;单一的风力发电站不适合串联系统，”Zagl说，并补充说，一旦库克斯黑文设施建成并运行，它可以开发德国北海的大片区域。

但再往东的北海那一小块呢?负责Strabag英国和爱尔兰业务的Foyle表示，与英国库克斯黑文(Cuxhaven)正在进行的类似的海上连续生产能力计划处于“非常高级的阶段”。

这个概念是将海底的沙子挖到船上，这艘船可以容纳2.5万吨的疏浚材料

罗伯特•Foyle Strabag

去年12月，土地开发商ABLE向国家基础设施规划督察局提交了海洋能源公园的规划，该公园位于明汉北部亨伯河南岸的北Killingholme。福伊尔说:“在过去的18个月里，我们一直在和他们讨论，我们已经给了他们大部分的要求——我们只需要用一个混凝土防波堤到达水边。”“我们有八到九个竞争者提供混凝土重力地基。”

在德国和英国，阻碍这一切的一个因素是开发合适的电网基础设施，以应对峰值负荷和铺设海底电缆网络。即使在德国，也有很多事情需要迎头赶上。

这个问题显然让福伊尔有点恼火，因为他习惯了拒绝这个问题。这是目前战斗的一部分，但我认为北海天然气是很早以前的事了。看看所有横跨北海的现有天然气管道。这是当时做的，网格是完全一样的。”