王靛、李曉東、查榮鈺、劉曉輝、馬騰

中車啟航新能源技術有限公司

1.摘要

全球漂浮式風電市場正處于快速發(fā)展階段，我國在“3060”雙碳目標的推動下，漂浮式風電行業(yè)也迎來了蓬勃發(fā)展的機遇。文章全面介紹了全球漂浮式風電技術的發(fā)展背景與現(xiàn)狀，指出歐洲已進入商業(yè)化應用階段，而我國則處于小批量示范應用階段;詳細分析了漂浮式風電系統(tǒng)的關鍵技術，包括漂浮式風機、智能控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、浮體結構、系泊系統(tǒng)及錨固裝置等子系統(tǒng)的技術現(xiàn)狀和所面臨的挑戰(zhàn)。當前，漂浮式風電成本高昂，主要受設計施工難度、長距離輸電需求以及市場規(guī)模等因素影響。為降低成本并推動漂浮式風電的商業(yè)化進程，提出通過機組大型化、浮體模塊化等技術創(chuàng)新提升設計仿真能力，開發(fā)專用建造和運維設施，以及探索更大容量的長距離輸電技術和新的商業(yè)模式，最終實現(xiàn)漂浮式風電的大規(guī)模商業(yè)化應用。

關鍵詞：漂浮式風力發(fā)電;浮體結構;系泊系統(tǒng);長距離輸電技術

基金信息：湖南省十大技術攻關項目(2023GK1030)

2.漂浮式海上風電技術發(fā)展及現(xiàn)狀

漂浮式風機(floating offshore wind turbine， FOWT)的概念最早可以追溯到1972年。然而，由于當時的技術和成本限制，這一概念并未能立即進行工程化應用。進入21世紀后，隨著海上風電技術的不斷進步和海上風電場向更深更遠海域的拓展，固定式基礎的局限性逐漸顯現(xiàn)。為了克服這些局限性，漂浮式風機技術應運而生。2009年，由挪威Equinor公司投資，世界上第一臺漂浮式風機Hywind Demo在挪威海域建成并使用。

2011年，WindFloat 1項目投產(chǎn)，該項目位于葡萄牙Aguçadoura海岸5 km處，采用Vestas V80-2.0 MW風機，是全球第一個將漂浮式風機與半潛式平臺相結合的項目。2017年，全球首個商業(yè)化漂浮式風電項目——英國Hywind Pilot Plant投運。該項目總裝機容量為30 MW，所用機組的單機容量為6 MW。這一項目的成功運行證明了漂浮式海上風電場的商業(yè)化潛力，也為后續(xù)的大規(guī)模應用提供了寶貴經(jīng)驗。

2020年7月，WindFloat Atlantic項目在葡萄牙海域實現(xiàn)并網(wǎng)。該項目總裝機容量為25 MW，由3臺Vestas V164-8.4 MW海上風力發(fā)電機組成，浮體采用WindFloat半潛式基礎，基礎高度30 m，立柱間距50 m，通過一條20 km的電纜與葡萄牙維亞納堡的變電站相連。2023年8月，Hywind Tampen漂浮式風電場建成投運。該項目由Equinor公司運營，采用11臺西門子歌美颯8.0-167DD風機，總裝機容量88 MW。該項目為Gullfaks-A和Snorre-A兩座油氣平臺供電，是目前已投產(chǎn)的裝機容量最大的漂浮式風電場。 綜上，由于起步較早，技術迭代時間長，目前歐洲漂浮式風電項目已經(jīng)進入商業(yè)化早期階段。中國作為世界上最大的風能市場之一，對漂浮式風電技術也給予了高度重視和大力支持。為了推動這一技術的發(fā)展和應用，國家層面出臺了一系列相關政策和發(fā)展規(guī)劃。早在2013年，國家863計劃就開展了針對漂浮式風電的研發(fā)工作，其中，湘電風能牽頭開展了“基于鋼筋混凝土結構的海上風電機組局部浮力基礎研制”項目，金風科技牽頭開展了“浮筒或半潛平臺式海上風電機組浮動基礎關鍵技術研究及應用示范”項目。2018年，三峽集團成立《浮式海上風電平臺全耦合動態(tài)分析及其裝置研發(fā)》專項(即“三峽引領號”)。該項目于2021年完成樣機的研制與安裝，成為國內第一臺真正意義上的漂浮式海上風電原型機，并被定義為首個國家級漂浮式示范項目。

2018年底，由中船海裝牽頭申請的工信部“海上浮式風電裝備研制”項目(即“扶搖號”項目)獲得批復。該項目于2022年在廣東湛江羅斗沙海域成功安裝。“扶搖號”項目的成功實施填補了我國水深65 m以上深遠海域漂浮式風電裝備研制及應用的空白。該項目實現(xiàn)了一級部件100%國產(chǎn)化，所有元器件級零件國產(chǎn)化率超過95%，為漂浮式風電產(chǎn)業(yè)鏈的本土化培育打下了堅實基礎。2023年，“海油觀瀾號”和“國能共享號”相繼完成安裝，這標志著我國在漂浮式風電應用領域實現(xiàn)新的突破。“海油觀瀾號”由中國海油建造，采用明陽智能7.25 MW機組，為文昌油田群供電，是全球首個“雙百項目”(水深超過100 m，離岸距離超過100 km)。該項目的成功實施為深遠海綠色能源立體開發(fā)、海洋資源集約利用提供了技術儲備，推動了海洋經(jīng)濟的融合發(fā)展。

2024年8月，“明陽天成號”在陽江青洲四海上風電場完成安裝。該項目采用單點系泊混凝土浮體、雙下風向風機，采用兩臺8.3 MW風機，是目前我國海上漂浮式風電在整機和基礎創(chuàng)新領域的代表項目。中國中車公司在2024年10月下線的“啟航號”風機功率等級達到20 MW，風輪直徑達到260 m，掃風面積53 100㎡(相當于7個標準足球場)，是目前全球最大功率漂浮式風電機組。

2022年，中電建萬寧項目開工，該項目一期規(guī)劃6臺16 MW以上漂浮式風電機組，預計于2025年實現(xiàn)并網(wǎng)，是我國首個批量項目。該項目建成后將是全球容量最大的漂浮式風電項目。綜上，我國漂浮式風電的起步雖然晚于歐洲的，但是由于國家政策的支持，我國漂浮式風電技術進展迅速;且隨著項目經(jīng)驗的累積，我國漂浮式風電技術成熟度也在不斷提高，目前已經(jīng)進入小批量示范應用階段。

3.文章內容結構

4.作者簡介

王靛，男，博士，正高級職稱，中車啟航新能源技術有限公司副總經(jīng)理。中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會委員，長期從事兆瓦級風力發(fā)電機組整機設計研發(fā)工作，是公司風機整機設計平臺、載荷計算平臺、能源指南平臺的主要構建者，是公司數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、綜合能源新領域的締造者。入選國家科技部重大項目評審專家、中國中車核心技術人才、中國中車新產(chǎn)業(yè)領域技術專家、中南大學校外工程碩士研究生導師、湖南大學校外工程博士研究生導師。

5.中國中車“啟航號”20MW漂浮式海上風電機組介紹

“啟航號”是中國中車自主研發(fā)的20MW漂浮式海上風電機組，功率突破到20MW量級，樹立了風電行業(yè)新的里程碑。風輪直徑達到260米，葉尖速度與高鐵速度“同行”，輪轂高度達到151米，在設計風速下年滿發(fā)小時數(shù)約為3500小時，設計使用壽命25年。機組每轉動一圈能滿足一個家庭2至4天的用電需求，年節(jié)約燃煤消耗約2.5萬噸，減少二氧化碳排放約6.2萬噸。

“啟航號”不僅以其卓越的發(fā)電效能脫穎而出，更融合了多項前沿的創(chuàng)新控制技術，確保漂浮式機組在運行過程中維持極致的平穩(wěn)性，擺幅極小，展現(xiàn)了高度的智能化水準。其設計兼顧了部分組件的可重復利用性與可擴展性，通過模塊化構造關鍵系統(tǒng)接口及結構件，進一步提升了機組靈活性與效率。此外，通過采用多重抗臺風技術與策略，顯著增強了在臺風等極端天氣條件下的安全穩(wěn)定性。憑借高度智能化、系統(tǒng)模塊化、全鏈協(xié)同化以及優(yōu)越穩(wěn)定性四大核心技術亮點，“啟航號”在風電行業(yè)中獨樹一幟，將大幅增加客戶收益率，降低全生命周期內度電成本，引領風電領域邁向新的高度。

從2024年10月在江蘇射陽下線，到2025年1月在山東東營成功吊裝，“啟航號”傾注了中國中車“雙賽道雙集群”的最新智慧，在性能和可靠性上力臻完善。未來，中國中車將以“啟航號”等旗艦產(chǎn)品為代表，全力打造“立起來的高鐵”新名片，持續(xù)提供更優(yōu)深遠海風電資源開發(fā)解決方案，助力我國“雙碳”目標實現(xiàn)，為全球綠色能源發(fā)展注入磅礴動力。