共结构融合指的是通过固定式或漂浮式风机基础与海洋牧场装备进行融合设计，即在固定式或漂浮式风机基础设计时，考虑加装养殖装备(主要是网衣)所增加的工作载荷，以形成新型的海上风电与海洋牧场一体化装备。

目前，固定式风机基础主要分为单桩基础、导管架基础及吸力桶基础，根据风机基础不同可以形成不同的共结构融合方案。对于导管架基础，可在导管架平台的支撑结构围上网衣，形成封闭的养殖空间，具体图1所示;对于单桩基础或吸力桶基础，可以在风机基础周围附加养殖结构形成养殖空间。海上风电与海洋牧场融合结构是一种结合两种不同功能的复杂海洋工程结构，截至目前对于浅近海固定式风力机与海洋牧场共结构融合应用仍处于试验示范阶段。

图1导管架基础共结构融合概念

江俊杰提出在导管架平台的支撑结构上加装养殖网衣进行养殖，并对融合养殖网衣后的海上风机结构的动力响应进行了规律性分析。张天翼综合海上风电与海洋牧场设计理念，提出一型固定式单桩海上风机基础融合钢结构海洋牧场的新型海上风渔融合结构，并对此概念进行了耦合动力响应分析与振动控制策略研究。

“明渔一号”是固定式基础共结构融合方案的典型代表，“明渔一号”采用导管架基础与养殖网衣共结构融合方案设计，导管架基础底部跟开30m，风机基础连距离69km，作业水深45～48m，海洋牧场养殖水体约5000m³，网衣采用分片式布置方案，防止网衣与导管架基础发生摩擦，分片式网衣通过网衣工装与导管架连接，具体网衣布置方案如图2所示。

“明渔一号”首批投放10000尾金鲳鱼，养殖密为10～15kg/m³。据了解，“明渔一号”导管架+网衣共结构融合方案可显著降低资源开发成本，具有较优的经济性，提高海上风电场整体收益率约1.5%。

目前，漂浮式风机基础主要分为单柱式基础、半潜式基础及张力腿式基础，根据风机基础不同可以形成不同的共结构融合方案。由于半潜式基础下部的空间较大，可为海水养殖提供空间，形成“上部发电、下部养鱼”的共结构融合模式，所以目前漂浮式基础共结构融合方案大都采用半潜式基础与养殖网箱融合方案。对于半潜式风机基础，可根据浮式基础下部的空间型式设计风渔结合一体化综合支撑平台，形成结构共融，融合型式如图3所示。

图3“国能共享号”概念图

目前，国内外对于漂浮式风渔融合一体化装备的研究仍处于起步阶段。Zheng和Lei提出了一型融合半潜式基础与养殖网箱的风渔融合一体化平台FOWT-SFFC，见图4(a)，并将FOWT-SFFC平台的动力响应特性与OC3-Hywind及OC4-DeepCwind漂浮式风力机进行了对比分析，结果表明新型风渔融合一体化平台的动力响应特性在极端工况时较其他两型漂浮式风力机更优。

Chu等提出了一型融合单柱式基础与养殖网箱的风渔融合一体化平台COSPAR，见图4(b)，并对COSPAR平台进行了动力响应分析，对比了有无风机下单柱式养殖平台的响应，结果表明COSPAR平台在垂荡及纵摇方向的响应小于无风机下的漂浮式养殖平台。

钟豪提出了一型八边形半潜式基础风机与养殖网箱融合的风电渔场综合平台，见图4(c)，并对选取不同的环境情况对风电渔场综合平台进行频域和时域响应分析。

Zheng提出了一型融合半潜式垂直轴风机、海洋牧场及光伏发电的漂浮式多功能综合平台WSA，见图4(d)，并通过数值模拟及水池模型试验分析了漂浮式多功能综合平台的动力响应特性，证明了概念的可行性。

Li等提出了一型融合半潜式风机基础、波浪能发电装置及海洋牧场的漂浮式多功能综合平台BlueGrowthFarm，见图4(e)，并对BlueGrowthFarm在典型环境下的水动力性能进行了分析，得到了多功能综合平台的耦合动力响应特性。

图4漂浮式基础共结构融合方案

“国能共享号”是漂浮式基础共结构融合方案的典型代表，也是全球首个漂浮式风渔融合项目，“国能共享号”采用三立柱半潜式基础与养殖网箱共结构融合方案设计，由浮式基础、4MW海上风力机、养殖网箱及系泊系统组成，平台立柱高28m，立柱间长70m，设计吃水14m，总重量4900t，养殖水体容积约10000m³。

共结构融合方案的优势是可以充分利用海上风电支撑基础结构，将海上风电与海洋牧场深度融合，形成多功能平台，实现真正的功能融合，结构紧凑，降本增效显著，是未来深远海资源和能源综合开发的重要方向。但是，目前共结构融合方案还有许多关键问题亟需解决，如新型融合装备的防腐要求提高、网衣带来的水动力载荷影响、风机基础与养殖网衣间的相互作用机制不明等等，短期技术风险和成本较高。

来源 | 本文节选自《海上风电与海洋牧场融合发展趋势及技术挑战》原刊于《南方能源建设》

作者 | 阳杰 张建华 等