近年來，隨著極端氣候頻繁（fán）出現以及“碳達峰、碳中（zhōng）和”目標設定，對（duì）清潔能源的需求將會成為今後一段時間關注的焦點。而隨（suí）著潮間帶、近海機位逐漸飽和，風電場建設走向深遠海已成為必然趨勢，由陸向海、由淺到深、由固定基礎到浮式平台將成為海上風電的發展趨勢。浮式風電將成（chéng）為繼風機大型化之後，海上風電的主要（yào）降本方式，根據全球風能理（lǐ）事會預測，2030年全球浮式海上風電（diàn）累計（jì）裝機將達到16.5GW，從2026年開始（shǐ），浮式海上風電（diàn）將進（jìn）入新（xīn）增裝機達到（dào）GW級商業化階段。2022年9月15日（rì），美國能源部、內政部、商務（wù）部和交通部聯合啟動了一項“浮式海上風電行動計劃”（Floating Offshore Wind Shot），旨在開（kāi）辟傳統底部固定式風力發電裝置無法到達的（de）新區（qū）域，並推動美國在浮式（shì）海上風電設計、開發和（hé）製造方麵處於領先地位。
1 何為浮式風電？
浮式海上風電技術組成如下：浮式基礎支（zhī）撐上部風機，通過係泊係統與海床相連，關鍵技術包括風機、基礎+係泊、動態電纜、升壓（yā）換流站等。較為（wéi）重要的浮式基礎即可大（dà）致分為單（dān）立柱式、半潛式、張力腿式、駁船式等，半潛式大概占50%。
浮式風電的優勢主要有以下幾點：①拓展海上風電（diàn）的使用範圍，向深海、遠洋擴展；②克服海床地質（zhì）條件問題；③深海的風力更穩（wěn）定、更強勁；④可以建設更大規模的風（fēng）場；⑤減少對環境（漁（yú）業區、旅遊區以及（jí）海洋生物）的影響。
浮（fú）式風電技術發展方向將圍繞著以下幾種方式：①風機大型化，可降低度電（diàn）成本，節（jiē）約基礎、係泊、電纜等（děng）投資成本，提高電力可靠性；②通過計算機高（gāo）精度、全耦合仿真與優化，簡化安裝方式；③基礎新形式（shì）、新材料、新（xīn）工藝應用；④與海上石油天然氣實現能源一體化。通過推動海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化、製氫、儲能等多種資（zī）源的綜合利用和融合發（fā）展，提（tí）升資源利用效率。⑤建設和運維的智能化、數字孿生技術運用。建立高（gāo）度仿真的（de）深遠海浮式風電機組（zǔ）實時動態模型，實時更新虛擬實體與物理實體的對應關係，以達（dá）到模擬、監測、預測等目的。
2 浮式風電研（yán）究現狀
國外浮式海上風電項目（mù）是單機（jī）或多機示範項目，如挪威Hywind demo、葡萄牙WindFloat、日本（běn）GOTO及（jí）Fukushima Forward、法國Floatgen和丹麥Tetraspar等。Hywind Scotland及Wind Float Atlantic、法國的EolMed、Groix&Belle-Ile、Provence Grand Large等為小型陣列的試點項目（mù），對於研究浮式風（fēng）場尾流、布置（zhì）、共享係泊等技術問題提供了很好的條件。目（mù）前唯一在建的（de）預（yù）商業項目是95MW的（de）Hywind Tampen。而我（wǒ）國目前建成投產的浮式海上風電項目有三峽引（yǐn）領號，中國海（hǎi）裝扶搖號，但造價均超過3億元，距（jù）離商業化大規模開發仍有較（jiào）大（dà）差距。
挪威Hywind 項目
世界首個海上浮式風力發電機Hywind demo項目於2009年9月由（yóu）挪威國（guó）家石油公司在斯（sī）塔萬格海灣安裝，立柱式基礎，並通（tōng）過三根錨索固（gù）定在海下。
挪威Hywind demo項（xiàng）目 資料來源：nhst.tech
在完成demo項目後，2020年10月，挪威國家石油公司Equinor正式開（kāi）始建造（zào）全球首個由浮式風機向石油平（píng）台供電（diàn）的項目Hywind Tampen。項目總裝機（jī）容量已（yǐ）升級95MW，將為挪威北海Snorre和Gullfaks海上油氣作業平台提供每（měi）年約（yuē）35％的電力需求，采用混凝土立柱式（SPAR）下部結構和 Seasystems新型係泊係統。表1分別給（gěi）出了Hywind demo和Hywind Tampen項目主要設計參數。
表1 Hywind項目參（cān）數（shù）
日本GOTO和Fukushima Forward項目
2011年，由日本環境省啟動的（de）GOTO項目，是亞洲首例全尺寸浮式機組樣機，位於日本的長崎縣五島市樺島（Kabashima）離岸1km、水深91m的海域，今年9月已開始繼續建設16.8兆瓦的Goto海上浮式風電場，成為日本首個商業化運營項目，預計於2024年（nián）1月（yuè）投入（rù）使用，設計運營壽命20年。
而日本Fukushima Forward 浮式海上風電場是安裝浮式（shì）樣機型式最多的示範（fàn）項目，位於距（jù）離福島楢葉町沿（yán）岸約20km、水深（shēn）約（yuē）120m的海域。目前（qián），陸續安裝了1台2MW、1台7MW和（hé）1台5MW機組，並安裝世界上第一個25MVA的浮式海上升壓站。表2分別給出了GOTO和Fukushima Forward項目（mù）項目主要設計參數（shù）。
表2 日本主要浮式風電項目參數
中國三峽引領號和“扶搖”號
2021年7月 “三峽引領（lǐng）號”在廣東（dōng）陽江海上風電場順利安裝，位於南海海域，12月成功並網發電，場（chǎng）址中心離岸距離30公裏，基礎平台和風電機組根（gēn）據（jù）50年（nián）一遇的極端風浪流工況設計，漂浮平台排水量約1.3萬噸，該浮式風電機組單機容量5500千瓦，每小時滿發電量可達5500度，每年（nián）可為3萬戶家庭提供綠色清潔能源電能。
同年12月10日，由中國海裝牽頭自主研發的“扶搖號”浮式風電機組浮體平台（tái），在黃埔文（wén）衝（chōng）成功下線，2022年6月5日（rì），紮根南（nán）海瓊州海峽海域順利完（wán）工，基礎（chǔ）平台總長72米、型寬（kuān）80米（mǐ）、型（xíng）深33米，塔筒高度78米，浮體和機組總重（chóng）量超過4000噸，采用三葉片、上風向（xiàng）、變槳變速、三級齒輪箱增速、永磁發電（diàn）機+全功率變（biàn）頻器（qì）的技術路（lù）線，具有高（gāo）發（fā）電量、高可靠性、高安全性（xìng）、高集成性和高可維性等特點（diǎn）。表3分別給出（chū）了三峽引（yǐn）領號和扶（fú）搖號項目主要設計參數。
扶搖號 資料來源：新（xīn）華（huá）社
表3 中國主（zhǔ）要浮式風電項目參數
其他建（jiàn）設中的項目（mù）
除上（shàng）述進入安裝運行階段的樣機項目外，近年來，一（yī）些新型浮式基礎方案也逐步（bù）獲得示範核準，並即將進入樣機安裝階段。例如，丹麥Stiesdal Offshore Technologies A/S 公司（sī）的Tetra spar浮式方案，在2021年12月示範樣機已（yǐ）調（diào）試完畢，錨定在挪威海（hǎi）岸一（yī）處200米（mǐ）水深的地方正式運行，主要采用立（lì）柱形態（tài）的浮式基礎，帶有三角形（xíng）龍骨，適合100-1000+米水深。
2019年4月，西班牙的Saitec宣（xuān）布其（qí）獲得200萬歐元的歐盟資（zī）助用於建造一座1：6的2MW樣機SATH（Swinging Around Twin Hull），采用淺吃水雙體船（chuán）浮式方案。SATH屬（shǔ）於駁船+單點的形式，由四部分組成：混凝土預製的雙船（chuán）體，桁架支撐結構，單點係泊係統以及係泊係統和外輸電纜。
2022年9月，瑞典（diǎn） SeaTwirl 公司（sī）提出一（yī）種新的技術方案，浮動（dòng）垂直軸風力渦輪機，采用的是單柱式基礎，但並（bìng）非簡單的單（dān）柱式，而是與垂直軸風機（jī）一體化設計的旋轉（zhuǎn）單柱式基礎。現（xiàn）已與威（wēi）斯康公司簽署協議，在挪威建造和部署一個商業（yè）規模的1兆瓦渦輪機S2X 。
早在2017年，德國的GICON公司和美國的Glosten公司就海（hǎi）上平台沉拉腿（海上風力發電機基礎）TLP技術的開（kāi）發達成戰略合（hé）作關係，於2022年開始建設樣機。
幾種新（xīn）型海上（shàng）風電浮式基礎方案（àn）示意圖
3 相關核心專利摘編
為更好反映浮（fú）式海上風電技術的發展，本文摘錄了9條該領（lǐng）域的專利文獻資料，具體如下：
資料來（lái）源：
[1] 李麗旻. 漂浮式海（hǎi）上（shàng）風電商業化再進一步[N]. 中國能源（yuán）報,2022-07-11（011）
[2] 王富強,郝軍剛,李帥,等. 漂浮式（shì）海上風（fēng）電關鍵技術（shù）與發展趨（qū）勢[J/OL].水力發電:1-5[2022-09-30]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1845.TV.20220812.1105.002.html
[3] 降本近40%！漂浮式海上風電“朋友圈”要火了！[EB/OL]. （2021-11-23）[2022-09-30]. https://mp.weixin.qq.com/s/EDlrX_aZrxuXSZMBjqmP0A
[4] 一文幫你快速了解——漂浮式風電 [EB/OL]. （2020-09-01）[2022-09-30]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/210454336
[5] 漂浮式海上風電發展概述[EB/OL]. （2020-07-15）[2022-09-30].https://news.bjx.com.cn/html/20200715/1089172.shtml
來源（yuán）：上海海事大學TISC
