近年來（lái），隨著極端（duān）氣候頻繁出現以及“碳達峰、碳中和”目標設定，對（duì）清潔能源的需（xū）求將會成為今後一段時間關注（zhù）的焦點。而隨著潮間帶、近海機（jī）位逐漸飽和，風電場建設走向（xiàng）深遠海已成為必（bì）然趨勢，由陸向海、由淺（qiǎn）到（dào）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（fēng）電將（jiāng）成為繼風機大型化（huà）之後，海上風電（diàn）的主要降（jiàng）本（běn）方式，根據全球風能理事會預測，2030年全球浮式海上風電累計（jì）裝機（jī）將達到16.5GW，從2026年開始，浮式海上風電將進（jìn）入新增裝機達到GW級商業化階（jiē）段（duàn）。2022年9月15日，美國（guó）能源部、內（nèi）政部、商務部和交通部聯合（hé）啟動了一項“浮式海上（shàng）風電行動計劃”（Floating Offshore Wind Shot），旨在開辟傳統底部固定式風力發電裝置無法到達的新區域，並推動美國在浮式海上風電設計、開發和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（fú）式基礎支撐上（shàng）部風機，通過係（xì）泊係統與海（hǎi）床相連，關鍵技（jì）術（shù）包括風機（jī）、基礎+係（xì）泊、動態電纜、升壓換流站等。較為重要的浮式基礎即可大致分為單立柱式、半潛式、張力腿（tuǐ）式、駁船式等，半潛式（shì）大概占50%。
浮式風電的優勢主要有以（yǐ）下幾點：①拓展海上風電的使用範圍，向（xiàng）深海（hǎi）、遠洋擴展；②克服海床地質條件問題；③深海的風力更穩定、更強勁（jìn）；④可（kě）以建設更大規模的風場；⑤減少對（duì）環境（漁業區、旅遊區以及海洋生物（wù））的影響。
浮式風電技術（shù）發展方向將圍繞著以下幾種方式：①風機大型化，可降低度電成本，節約（yuē）基礎、係泊、電纜等投資成本，提高電力可靠性；②通過（guò）計算機高精度、全耦合（hé）仿真與優化，簡化安裝方式（shì）；③基礎新形式、新材料、新工藝應用；④與海上石油天然氣實現能源一體化。通過推動海上風（fēng）電與海洋牧場（chǎng）、海上油氣、海水（shuǐ）淡化（huà）、製氫、儲能等多種資（zī）源的綜合利用和融（róng）合發展，提升資源利用效率。⑤建設和運維（wéi）的智能化、數字孿生（shēng）技術運用。建立高度仿（fǎng）真（zhēn）的深遠海浮（fú）式（shì）風電機組實時動態模型，實時更（gèng）新虛擬實體與物理實體的對應關係，以達到模擬、監（jiān）測、預測等目的。
2 浮式風電研究現狀
國外浮式海上風電項目是單（dān）機或多機示範項目，如挪威Hywind demo、葡萄牙WindFloat、日本GOTO及Fukushima Forward、法國Floatgen和丹麥Tetraspar等。Hywind Scotland及Wind Float Atlantic、法國的（de）EolMed、Groix&Belle-Ile、Provence Grand Large等為小型陣（zhèn）列（liè）的試點項目，對於研究浮式風場尾（wěi）流、布置、共享係泊等技術問題提供了很（hěn）好的條件。目前唯一在（zài）建的預商業項目是（shì）95MW的Hywind Tampen。而我國目前建成投產的浮式海上（shàng）風電項目有三峽引領（lǐng）號，中國（guó）海裝扶（fú）搖號，但造價均超過3億元（yuán），距離商業化大規模開發仍有較大差距。
挪威（wēi）Hywind 項目
世（shì）界首個海上浮式風力發電機Hywind demo項（xiàng）目於2009年9月（yuè）由挪（nuó）威國家石油公司在斯塔萬格（gé）海灣安裝，立柱式基礎，並通過三根錨索固定在海下（xià）。
挪威Hywind demo項目 資料來源：nhst.tech
在完成（chéng）demo項目後，2020年10月，挪（nuó）威國家石油公司Equinor正式開始建造（zào）全（quán）球首個由浮式風機向石油平台供電的項（xiàng）目Hywind Tampen。項目總裝機容量已升級95MW，將為挪（nuó）威北海Snorre和Gullfaks海上油氣（qì）作業平台提供每年約（yuē）35％的電力需求，采用混凝土立柱（zhù）式（SPAR）下部結構和 Seasystems新型係泊係統。表1分別給出了Hywind demo和Hywind Tampen項目主要設計參數。
表1 Hywind項目參數
日本GOTO和Fukushima Forward項目
2011年，由日本環境省啟動的GOTO項目，是亞洲首例全尺寸浮式機組樣機，位於（yú）日（rì）本的長崎縣五島市樺島（Kabashima）離岸1km、水深（shēn）91m的海域，今年9月（yuè）已（yǐ）開（kāi）始繼續建設16.8兆瓦的（de）Goto海上浮式風電場，成為日本首個商業化運營項目，預計（jì）於2024年1月投入使用，設計運營壽命20年。
而日本Fukushima Forward 浮式（shì）海上風電場是安裝浮式樣機型式最多的示範項目，位於距離（lí）福（fú）島楢葉町沿岸約20km、水深約（yuē）120m的（de）海域。目前，陸續（xù）安裝（zhuāng）了1台2MW、1台7MW和（hé）1台5MW機組，並安（ān）裝世界上第一個25MVA的浮（fú）式海上升壓（yā）站。表2分別給出了GOTO和Fukushima Forward項目項目主要（yào）設計參數。
表2 日本主要浮式風電項目參數
中國三峽引領號和“扶搖（yáo）”號
2021年7月 “三峽引（yǐn）領號”在廣東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，場址中心（xīn）離岸距離30公裏，基礎平台和風電機組根據50年一遇（yù）的（de）極（jí）端（duān）風浪流工況設計，漂浮平台排水量約1.3萬噸，該（gāi）浮式風電機組單機容量5500千瓦，每小時滿發電量可（kě）達5500度，每年可為3萬戶家庭提供綠色清（qīng）潔能源電能。
同年12月10日，由中國海裝牽（qiān）頭自主（zhǔ）研發的（de）“扶搖號”浮式風電機組浮體平台，在黃埔文衝成功下線，2022年6月5日，紮根南海瓊州海峽（xiá）海（hǎi）域順利完工，基礎平台總長72米、型寬80米、型深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、變槳變速、三級齒輪箱增速、永磁發電機+全功率變頻器的技術路線，具有高發電量、高（gāo）可靠性、高安全性（xìng）、高集成性和高（gāo）可維性等特點（diǎn）。表3分別給出了三峽引領號和（hé）扶搖號項目主要設計參數。
扶搖號 資料來源：新華社
表3 中國主要浮式風（fēng）電項目（mù）參數
其他建設中的項目
除上述進入（rù）安裝（zhuāng）運行（háng）階段的樣機項目外，近年來，一些（xiē）新型浮（fú）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（lì）如，丹麥Stiesdal Offshore Technologies A/S 公司的Tetra spar浮式方案，在（zài）2021年12月示範樣機已調試完畢，錨定在挪威海（hǎi）岸一（yī）處200米水深的地方正（zhèng）式運行，主要采用立柱形態的浮式基礎，帶有三角形龍骨，適合100-1000+米水深。
2019年（nián）4月，西班牙的Saitec宣布其獲得200萬歐元的歐盟資助用於建造一座1：6的2MW樣機SATH（Swinging Around Twin Hull），采用淺吃水雙體船浮式（shì）方案。SATH屬於（yú）駁船+單點的形式，由四部分（fèn）組成：混凝土預製（zhì）的雙船體，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 SeaTwirl 公司提出一種新（xīn）的技術方案，浮動垂直軸風力渦輪機，采用的是單（dān）柱式基礎，但並非簡單的單柱式，而是與垂直軸風機一體化（huà）設（shè）計的旋轉單（dān）柱式基礎。現已與威斯康（kāng）公司簽署協議，在挪威建造和部署一（yī）個商業規模的（de）1兆瓦（wǎ）渦輪機S2X 。
早在2017年，德國的GICON公司和美（měi）國（guó）的Glosten公司就（jiù）海（hǎi）上平台沉拉腿（海上風力（lì）發電機基（jī）礎）TLP技術的開發達成（chéng）戰略合作（zuò）關係，於2022年開始建設樣機。
幾種新型（xíng）海上風電浮式基礎方案示意圖
3 相關核心專利摘編
為更好反映浮式海上（shàng）風電技術的（de）發展，本文摘錄了（le）9條該領域（yù）的專利文獻資料，具體如下：
資料來源：
[1] 李（lǐ）麗旻. 漂浮（fú）式海（hǎi）上風（fēng）電商業化再進一步[N]. 中國能（néng）源（yuán）報,2022-07-11（011）
[2] 王富強,郝軍（jun1）剛（gāng）,李（lǐ）帥,等. 漂浮式海上風電關鍵技術（shù）與發（fā）展趨勢[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（běn）近（jìn）40%！漂浮式海上風電“朋友圈（quān）”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（piāo）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：上海海事大學TISC
