2018年10月17日-19日，2018北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2018）在北京新國展隆重召開。本次大會由中國可再生能源學會風能專業委員會、中國循環經濟協會可再生能源專業委員會、全球風能理事會、中國農業機械工業協會風力機械分會、國家可再生能源中心和中國電子信息產業發展研究院（賽迪集團）六大權威機構聯合主辦。

　　

　　中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司研究院機械所鋼結構副主管工程師侯承宇在“風電機組大型化技術論壇”中發表主旨演講。

　　

　　他在演講中表示，現階段海上風電已經迎來了高速發展期。隨著海上風電高速發展，海上風電肯定要走向深遠海，深遠海開發潛力也是十分巨大的，數據顯示，我國水深超過50米的海域，風能儲量超過了1268GW，這個占比在日本和歐洲更高，超過了80%，全球深遠海則超過了8000GW，發展潛力巨大。

　　

　　隨著水深的增加，固定式機組的地勘成本還有施工成本增幅都是大大高于浮式機組的。

　　

　　但與此同時，研究浮式風電還存在很多的問題，從設計標準到分析工具再到積累的經驗其實都很欠缺，典型的挑戰來自四個方面：首先是總體設計的挑戰，就是如何才能提高整個系統性價比和可靠性（PPT）、載荷分析的挑戰、水池試驗的挑戰、最后是工程化技術的挑戰。

　　

　　侯承宇：各位專家，各位同行大家好，今天想跟大家分享的題目就是海上浮式風電裝備技術與應用。下面的圖大家很熟悉，可以看出來兩者并不是十分匹配，但是右邊可以看出來，我國海上豐富匹配用電豐富比較大的區域，而現階段陸上階段已經進入了成熟期，海上風電已經迎來了高速發展期。隨著海上風電高速發展，海上風電肯定要走向深沿海，深沿海開發潛力也是十分巨大的，從下面兩個表格可以看出來，我國水深超過50米的海域，風能儲量是超過了1268GW，這個占比在日本和歐洲更高，超過了80%，而這個全球深遠海超過了8000GW，發展潛力巨大。同時也是有利于近海環保，環保是兩個方面，一個方面因為離岸距離遠，視覺污染和噪音污染更小，同時一般會采用浮式機組，不需要進行大規模的陳裝施工，因此施工噪音也是比較小的。

　　

　　現階段探索深遠海的風電，也符合國家的導向，國家也是非常支持深遠海風電的開發，連續幾年都有相關的政策出臺，想研制這個裝備唯一的技術路徑，為什么這么說，因為現階段近海風電所采用的基礎都是固定式的基礎，像單裝、導管架，他們適用水深有所不同，國外的研究機構研究了一下，在水深小雨30米，一般是單裝，30米到60米是導管架，超過60米就不具備經濟性，當然這個數據是國外研究得出來的，國內沒有做過詳盡的分析，相比固定式機組而言，隨著水深的增加，它的地勘成本還有施工成本，這個增幅都是大大高于浮式機組的。

　　

　　海上浮式機組風電裝備系統是風電發電機組、浮動平臺、系泊錨固系統和輸配電系統。浮動平臺是利用浮力來支撐的，有別于固定式基礎，將載荷直接傳到地基，浮動平臺常見形式三種，半潛式通過調整壓艙的程度來形成合理的維持平衡，如圖所示，在碼頭就可以完成組裝。張力腿式也不復雜，它的一個區別就跟剛才那個就是浮筒全部沒于水下，通過浮力來彰顯，以此維持平衡。張力腿式這個搖擺平行都是比較好的，但是受海流影響相對較大，跟洋流會引起共振。采用這個浮式機組同樣在碼頭可以完成組裝，但是就是說張力腿式不具備，要想整體運輸還要采取一定的工程措施，就比如像下面這個圖所示，增加水艙，持續壓載，吃水達到設計深度。單立柱式就非常簡單了，就是一個圓柱形浮體，使這個重心始終低于這個浮心，因此維持平衡，垂蕩運動小，但是橫搖和縱搖就大一點，另外一個特點吃水非常深，所以說這個機組需要一個分組運輸安裝。一般而言浮托到合適的海域進行一個指令，指令完成之后進行吊裝，然后跟前面一樣整體到機位點進行系泊錨固。

　　

　　可以說各有利弊，但是沒有最優的定論，當然除了三種還有很多其他的平臺，就比如說多風機的平臺，它一般是將結構大型化，一個平臺就可以匹配多個風機，以此來降低千瓦的造價，還有多能互補式平臺，還有波浪能和太陽能，有其他的一些。浮式機組它的這個系泊錨固系統和海洋系統沒有什么本質的區別，主要還是要根據海裝的條件還有所采用的平臺類型以及施工條件做一個合適的類型，當然在設計的時候還需要考慮動力學系統的影響。

　　

　　我們再簡單回顧一下國內外發展歷程和現狀。其實早在1972年，美國麻省理工大學已經提出了浮式機組概念，但是接下來20年基本上沒有什么突破性的進展，直到1999年還是處于縮尺模型，2009年第一臺就采用的單體立柱式的，2011年日本值得提一下，因為發生了福島核電站的泄漏，它接連安裝了四臺樣機，兩兆瓦的樣機，2013年是一個緊湊型的半嵌入平臺，2015年是7兆瓦的浮式機組安裝，這也是迄今為止最大的。

　　

　　2016年是5兆瓦機組，大大減少了吃水深度，設計吃水只有30多米。2017年海上浮式風電裝備進入了小批量應用投產，在蘇格蘭投產，是5臺6兆瓦的機組，預計2020年還有數個小批量項目會投產，當然我下面這個表格是不完全的統計表，但是可以看出來，后面投產的機組都是一些大型機組了，都是5兆瓦、6兆瓦、7兆瓦這個級別了。

　　

　　而國內研究工作可以說是相對晚一些，前期就像重慶大學、上海交大一些高校展開過相關理論研究，企業牽頭的省部級科研項目很少，一個是關于863項目，還有一個深遠海前期研究項目。

　　

　　近幾年海裝風電在浮式風電也開展了相關工作，2016年年底到2018年初，（PPT）機位點在蘇格蘭北部海域，項目水深是75米到85米左右，右邊那個圖可以看到結構形式，其中兩個浮筒是安裝風機。在這個項目里面海裝的角色還是一個運維服務商，項目運行過程中，共同搭建了仿真平臺以及對單平臺控制系統進行開發等等。（PPT）。希望能替國家承擔浮式風電的研發。

　　

　　研究浮式風電還存在很多的問題，從設計標準到分析工具再到積累的經驗其實都很欠缺，就是說面臨的挑戰可以說是非常之多，我后面列舉了4個方面的典型挑戰。首先是總體設計的挑戰，就是如何才能提高整個系統性價比和可靠性（PPT）。

　　

　　載荷分析的挑戰，載荷分析準確性和可信度對整個設計是至關重要的，而輻射機組是在綜合載荷復雜系統，相比固定式機組運動維度更多，運動和載荷相互影響更大，整個載荷環境就比固定式機組要復雜很多，因此在一體化耦合動力學分析模型的定力，還有轉換之類的工作都還非常多。同時為了不斷修正計算模型還要進行一致性的驗證，首先就是在設計階段要利用水池階段進行驗證，還有樣機測試數據與計算數據進行一個設計對比。

　　

　　水池試驗的挑戰，剛才也提到了，這是必須的，因為要用它驗證我們的載荷計算方法和結果，如何來確定這個模型的尺度等效性以及同步加載，首先是尺度等效性的問題，按照海洋工程的方法，水動力學可以滿足這個匹配性，但是由于能動數不相同，因為空氣動力和水動力有區別，空氣動力學往往是不能滿足匹配關系，因此必須要進行一體化模型等效性研究，尺度模擬關系，最終來建立一個等效。再說耦合加載，風況和海況有相關性，又存在耦合，工況也是非常復雜。所以說加載方法也是值得進一步研究的課題。

　　

　　最后是工程化技術的挑戰，工程問題可以說是最為具體也是非常之多的，我這兒也是列舉三類，首先環境適應技術，設計的時候除了要考慮基本參數以外還有一些極端情況，比如說臺風、腐蝕都需要考慮，不同平臺結構特點不同，運輸條件包括碼頭條件、它的設備條件都有所不同，如何來確保整個安裝過程高效和安全，也是一個很具體的問題需要進一步的進行研究。而運維來說，運維首先是維護對象更多，因為除了風電機組之外它的浮動平臺，系泊錨固系統也需要進行維護，為什么離岸更遠，因為是深遠海，可達性的問題更為凸顯，運維除了要考慮提高設備的可達性之外，還有其他的監控，遠程運維技術還有故障預測，這些技術都需要進一步的研究。

　　

　　最后再簡單展望一下應用前景。比如像（英文）利用浮式風電給注水泵進行供電，日本也在探索這個應用，就是來探索打造海洋漁場和養殖場。我們集團也是在做類似的探索，下面這三個圖都是我們集團設計的大型浮艇，這個已經完成了制造，右邊的海洋之星提供餐飲和娛樂的，我們也在考慮是不是能夠共同供電，上述就是我今天的分享內容，希望將來能與在座同行專家共同來推進浮式風電產業發展，謝謝大家。