从浮式风电进展突破窥探海上风电平价秘诀

文/李洋

风电产业迈向深远海的距离再次被拉近。

12月10日，由中国海装牵头自主研发的“扶摇号”浮式风电机组浮体平台，在黄埔文冲成功下线。

据了解，“扶摇号”配备6.2MW抗台型I类风力发电机组，机位点平均水深达65米，是国内首台深远海浮式风电机组。同时，采用三叶片、上风向、变桨变速、三级齿轮箱增速、永磁发电机+全功率变频器的技术路线，具有高发电量、高可靠性、高安全性、高集成性和高可维性等特点。

经过10余年发展，我国海上风电从潮间带走向近海，现在正由近海走向深远海。国家气候中心数据显示，深海风资源总量约10亿千瓦，相当于近海风资源的2倍，发展潜力巨大，发展深海域海上风电技术势在必行。

而浮式风电是走入深远海最重要的选择。

进入12月，海上风电去国补也步入倒计时，海上风电即将面临平价考验，摆在业内最现实的问题还是如何降低海风成本？深远海风电商业化发展还有几步？海风平价还有多远？

对于整机企业来说，要实现海上风电的平价上网，就必须考虑如何更好地研制出符合中国海上环境特点的产品，并为未来发展做好技术储备。

因此，越是行业发展的关键时刻，越需要加大技术创新力度。业内普遍认为，面向深远海，浮式风电将成为继风机大型化之后，海上风电的主要降本方式。

融合发展推动行业扶摇直上

“十四五”时期，风电产业的重心正在向海上风电转移。随着近海资源的规模化规划与开发，从资源存量方面看，深远海的开发需求逐步浮出水面，深远海风力大而稳定，场址资源制约因素少，使得迈向深远海的步伐逐渐加快。

我国的浮式风电技术研发是从2013年开始由政府层面推动的。该项目开展了一些前瞻性的研究，形成了一些设计方案，但未继续进行样机试制及产业化工作。2017年之后，国内一些企业及单位开始着手进行样机开发。2018年，工信部公示的高技术船舶拟立项科研项目里，中国海装申报的“海上浮式风电装备研制”项目成功立项，该项目是国内首个国家层面的浮式风电样机项目。同时，获批投资15960万元，也是工信部重大专项历年支持项目中金额最大的风电装备研发项目。

2021年12月10日，中国海装“扶摇号”浮式风电机组浮体平台成功下线。该项目下线标志着工信部《海上浮式风电装备研制》项目取得里程碑式的成果，将为我国海上风电走向深远海奠定坚实基础。

对比国外，我国对于浮式风电的探索时间并不久。当前，海上浮式风电面临的挑战在于和固定式机组相比，成本还比较高。另外，在国内尚未长时间规模化应用，技术风险尚存在不确定的地方，还需要进行大量测试和验证工作来促使技术成熟。

中国海装学科带头人董晔弘在接受「能见」采访时表示：“主要的技术瓶颈在于，目前浮式风电的一体化载荷及动力学分析技术尚未形成成熟的标准和体系（世界范围内），相关研究还在各大研究机构大力开展，目前可用的商业或学术路径比较多，但还没有成为主流共识的方法，因此只能采用多渠道并行，交叉比对的方式来降低设计风险。”

据了解，浮式风电是跨学科特征非常明显的一种新型装备，它的研制需要将风电技术和海洋工程技术以非常深入的程度相融合。

董晔弘表示，浮式风电与船舶有着千丝万缕的联系。风电装备与海工装备的有机结合，需同时具备风电装备和海工装备的研制技术、测试技术。漂浮式研究的思路包括两种，一是以风电装备的思路开展设计将浮动平台视作特殊的基础支撑形式，一是以海工装备的思路开展设计将风电机组视作水面结构物。

“在过去，风电技术和海洋工程技术的结合点相对较少，固定式风电主要是在施工安装环节会涉及到与海洋工程的合作，而在浮式风电上，从设计、分析、机组控制，再到缩比模型试验，装备制造，施工等全过程环节都需要将风电行业和海工行业融合。”董晔弘进一步解释。

风电+海工，让中国海装在浮式风电研发的赛道上占尽有利地位。

一方面是，中国船舶集团有着60多年的涉海实践，拥有国内实力强劲的自主研发与生产体系，具备强大的机、电、液、控一体化装备制造服务保障能力，形成了从叶片、齿轮箱、发电机、控制系统到机座、机架、塔筒、轮毂等全系列制造能力，从资源开发、零部件制造、整机研发、工程安装、运维服务等全产业链保障能力，是我国唯一具备较完整风电装备研制生产服务保障体系的专业化集团。所以，中国海装牵头开展浮式风电的研究，一开始就具备了天然的优势和能力。

另一方面，中国海装是“国家海上风力发电工程技术研究中心”和“国家企业技术中心”平台建设单位，专业从事风电装备研制及其系统总成、新能源投资开发和风电场工程技术服务，可以有效解决“卡脖子”问题。

大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。“扶摇号”浮式风电机组浮体平台成功研制和实施，填补了我国目前在大功率海上浮式风电装备一体化设计及应用验证方面的空白，为我国深远海风电规模化发展提供必要的技术支撑，对实现海上风电装备制造业自主创新与产业升级具有重要的意义。

技术创新才是平价有力支撑

今年10月，中国首次超越英国成为全球第一大海上风电市场，总装机容量达10.48GW。

国际能源署认为，凭借浮式风机技术，海上风电场能够欧顺利向更深海域发展，到2040年，海上浮式风电发电量可达世界电力需求的11倍。目前，欧洲各国、美国及日本政府都在大力推进浮式风电设备发展，预计至2030年，全球并网型海上浮式风电装备的装机容量有望达到30GW。

英国第三方咨询机构CarbonTrust2020年7月发布的预测数据，中国的漂浮式风电市场将在2025年达到20MW，在2030年达到495MW，在2035年达到2500MW，在2040年达到7000MW。而按照目前国内漂浮式风电行业的快速发展态势，数据将有望超过以上预测值。

这些数据无不在显示着，浮式风电前景广阔。那么，被业内看好的浮式风电的优势究竟体现在哪里？

传统风电机组通常固定在近海海床，而浮式机组固定在深远海域。与传统机组相比，漂浮式机组不仅不影响渔业以及近岸相关产业，还能够获得深远海域稳定的风电资源。而浮式风电的关键技术也有很多，包括风机、基础+系泊、动态电缆、升压换流站等。

发展海上风电，最重要的就是技术支持。董晔弘介绍：“海装开发的浮式风电装备，采用从机位点环境数据作为设计输入，进行了完整的正向开发流程，在设计中将机组-浮体-系泊系统作为一个整体开展设计迭代。因此，海装浮式风电研制形成的一个主要核心技术就是全流程全系统正向设计技术，这是未来浮式风电降本的必由之路。”

此外，董晔弘补充道：“在一体化仿真方面，由于目前全球都尚未形成成熟的标准化仿真分析流程和方法，在各种仿真路径各有侧重、互有优劣的情况下，海装采用双路径同步推进，交叉比对，并与水池试验相互校验的方式来保证结果的准确性，从而形成了自己对仿真分析的理解。浮体设计上，采用了非常简洁的结构形式，在保证水动力学性能的前提下降低了工程量，也减少了结构薄弱点。”

据了解，浮体是整个浮式风电装备中制造占地最多，重量最大，制造难度最高的部件。相对而言，风电机组虽然复杂程度最高，但是生产工艺成熟、配套齐全，制造难度并不大。而塔筒、系泊、海缆等都是相对标准的配套件，制造难度也较低。浮体则是定制化设计，是非标准结构，因此浮式风电浮体主体的制造完成，标志着浮式风电装备的主体制造环节已基本完成。

而浮式风电的定制化特点，与海洋环境的多变有关。董晔弘表示：“浮式风电的设计，与机位点的气候（风况、温湿度、盐雾浓度、极端天气状况等）、水文（波浪、海流、潮汐等）、地质条件都密切相关，中国的海岸线很长，环境条件千差万别，因此针对不同机位点的海洋环境开展针对性的定制化研究是最有效最经济的手段。”

“中国海装在浮式风电定制化设计上所具备的能力来自于本台样机研制过程中所掌握全流程全系统正向设能力，这是定制化设计的重要保障，以及中国海装所具备的一体化仿真分析能力，这使得海装在定制化设计中具备了设计成本优化的能力，有助于在未来降低浮式风电的成本，具备更强的市场竞争力。”董晔弘强调。

关于机组智能化方面，董晔弘介绍道：“海装浮式风电装备配备了激光测风雷达等多种传感器，全方位对环境及机组的运动状态进行监测，同时配备智能抗台风策略、电磁阻尼振动抑制技术等多种智能化手段来保证机组的顺利平稳运行。”

目前，业内人士普遍认为漂浮式风电在降本方面，还有很多精细化的工作要进行。其实总结一下，降本的有效途径主要体现在规模化、定制化、智能化和大型化四个方面，但是归根到底还是技术创新。

平价，着眼点不仅仅是成本的降低，更应该是全行业的技术进步。中国海装在“创新引领，海陆并举，向海图强”的战略指导下，创造了一项项全国和全球记录，打破了国外的技术的垄断，引领了国内海上风电行业的发展方向，带动了大型海上风电产业链的发展，有力促进了国家海上风电发展战略的落实落地。

纵观“十四五”期间的海上风电，发展势头强劲，还会蕴藏着哪些可能性不得而知，但随着“双碳”目标的持续推进，随着行业从业者对风电发展的理性回归，对于市场发展的渴望愈发旺盛，抛开所谓的经验和捷径，回归行业本身，输出更优质的产品和服务，才是颠扑不破的发展“秘诀”。

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