中國漂浮式風電關鍵技術與挑戰

我國漂浮式技術起（qǐ）步較（jiào）晚，海上風電基礎和（hé）輸電形式麵臨較大挑（tiāo）戰，但這也（yě）是（shì）實現遠海風電規模（mó）化（huà）開發和平價上網的必（bì）經（jīng）之（zhī）路（lù）。GWEC預計，到2030年（nián）全球漂浮式風電市場（chǎng）將達（dá）16.5GW，2030年後漂浮式（shì）風電發展速度將（jiāng）加（jiā）快。

我（wǒ）國多地正在積極（jí）布局深遠海海上風（fēng）電（diàn）示範項（xiàng）目，沿海各省出台一係（xì）列促進深遠海海（hǎi）上風電發展的政（zhèng）策方案。山東、江蘇和廣東地區（qū）的風資源及發電情況較好，政策扶持下（xià）海風產（chǎn）業前景（jǐng）光明，漂浮式風電市場（chǎng）有望受益。

沿（yán）海各省出台有關發展深遠海的政策規劃

01

漂浮式基礎

海上風電由近海向深（shēn）遠海挺進，海上風機支撐的（de）結構由固定式向漂浮式變（biàn）化。漂浮式和底部固定（dìng）的風電項目所用風機完全（quán）相（xiàng）同，區別在於風（fēng）電支撐基礎的不同，漂浮（fú）式風電基礎是機組賴以維持穩定工作的平台，主要有以（yǐ）下四（sì）種形式：

1）立柱式（shì）：平台呈現圓柱形，吃水較大，運用水深需大於100米。主體結（jié）構由浮力和壓載艙、過渡段、係泊係統組成（chéng），通過壓（yā）載艙促進平台的浮心高於重心，保持良好的穩定性。立柱式基礎安裝和大部件更（gèng）換相對困難，對工作水深有（yǒu）較高要求。

2）半潛式：主（zhǔ）體結構多為三、四浮筒結構，通過對各浮筒壓艙程度調節（jiē）保持平衡。適用水深大於（yú）40米，設（shè）計靈活，運（yùn）輸安裝難度較小，可采用濕拖法運輸，技術較為成熟，我國目前大（dà）部分（fèn）漂浮式風電基礎均運用半潛式。

3）張力腿式：基礎控製平台的浮（fú）力大於（yú）自重（chóng），借助錨固在海底的拉（lā）索維持穩定，通過向（xiàng）下的（de）係泊張力平衡浮體（tǐ）向上的超額浮力。安裝過程較複雜，張力腿結構造價較高，適用水深（shēn）大於40米。張力腿式平台水平方向易受到（dào）波（bō）浪和水流作用力，形（xíng）成麵內橫蕩、首搖、縱（zòng）蕩運動。

4）駁船（chuán）式（shì）：呈現四（sì）邊形中間鏤空結構，類似於船型，良好的（de）阻尼作用改善整（zhěng）體運動性能。適用水（shuǐ）深大於30米，結構形式簡單，便於批量化組裝，穩定（dìng）性較好，建設成本較低，可（kě）采用濕拖法運輸。駁船式平台重（chóng）心較高，對波頻相應較為敏感，需對平台運動頻率進行優化。

海上風電（diàn）不（bú）同結構類型

四種漂浮（fú）式（shì）風電基礎技術路線對比

目前階段，立柱式（shì）和半潛式基礎技術（shù）可行度稍好，處於小批量示範風場階段，但（dàn）立柱（zhù）式（shì）整體成（chéng）本較（jiào）高，半潛式（shì）的商業化和規模（mó）化應用前景最為廣闊。

駁船式基（jī）礎處於小容量樣機試驗階（jiē）段，張力腿式基礎處於（yú）單機樣機試驗階段，隨著（zhe）我國不斷加大漂浮式技術的研究開發和經驗儲備，以上四種技術路線（xiàn）預計將在2023-2025年技術成熟度（dù）不斷提高。

從水深適應性方麵來看，半潛式（shì）基礎的水深適應能力較（jiào）強，可以滿足在30米以上水深海域的使（shǐ）用。我國（guó）海域大陸架總（zǒng）體（tǐ）較平緩，半潛式基礎在現階段過渡水深範圍（40-60米（mǐ））的漂浮式風電項目中頗具應用潛力。而張力腿和單立柱平（píng）台適用水深至少在60-80米，我（wǒ）國深遠（yuǎn）海（hǎi）風電開發尚未大範圍達到此深度，所以應用有（yǒu）限。

根據美國能（néng）源部統（tǒng）計，2021年全球（qiú）已裝機（jī）或（huò）已規劃漂浮式風電項目中運用半潛式基礎的（de）占比達到近80%，其次為占比10%左右的駁船式和立柱（zhù）式基礎。

漂（piāo）浮式基礎技術成熟度

2021年全球漂浮式基礎形式占比（含規劃）（%）

02

係泊係統

係泊係統是將浮體基礎與海底相連的唯一結構，通常包（bāo）括絞車、導纜設備、係泊線、錨、重力和浮力套件，其需要通過形變或懸（xuán）空重量來為漂浮（fú）式平台承受的風、浪、流等外部環（huán）境載荷提供回複力，保持風機電力穩定輸出。係泊形式主要有3種：

1）懸鏈線（xiàn）式係泊：鋼鏈結（jié）構，立柱式、半（bàn）潛式和駁船式基礎采用，是目前最常見的係（xì）泊線，所占據海床空間較大（dà）；

2）傘形張緊式（shì）係泊：鋼纜（lǎn）或其他複合材料（liào）結構，占（zhàn）據海床空（kōng）間小（xiǎo），成本較高；

3）垂向（xiàng）張力腿係泊：張力腿式（shì）基礎采用，使用尼龍等合成材料，耐磨性好，回複力較大（dà），但（dàn）容易偏移，需重（chóng）新調整（zhěng）。

常見漂浮式風（fēng）電係泊（bó）形式

03

錨固裝置

錨固裝置是係泊線與海床之間的機械接口，主要作用是將動態海纜固定在浮體和海床上，傳遞最大（dà）拉伸載荷，主要分為4種（zhǒng）形式：

1）抓力錨（máo）——應用最為廣泛，部分或全部嵌入海底，垂向力承受能力不強，與懸鏈線係泊搭配使用；

2）重力錨（máo）——靠（kào）與海床（chuáng）表麵的摩擦力與壓載重（chóng）量，使用（yòng）範圍有限；

3）樁錨——向海床打入樁基，需深水作業（yè），施工費用較高；

4）吸力錨——利用鋼筒內外壓力差原理。

常見錨固（gù）裝置分類

04

動態海纜

漂浮式風機相比固定底部風機，其平台運動有一定（dìng）範圍（wéi），因此（cǐ）需要采用（yòng）動（dòng）態海纜技術（shù）。動態海纜（lǎn）係統分為（wéi）靜態海（hǎi）纜端和動態海（hǎi）纜端，靜態海纜即常規（guī）海底電纜（lǎn），動態海纜則是跟隨浮體（tǐ）運動的海纜，過程中會承（chéng）受較大的（de）彎矩、剪切和（hé）扭矩（jǔ）的（de）綜合作用，需解決大截麵、高電壓、負荷波動、絕（jué）緣老化和力學載荷等問題。

中國（guó）動態海纜係統工程開發（fā）研究起步較晚，總體發展水平與日（rì）本、歐洲等世界（jiè）先進水平仍（réng）存在一定技術差距。

漂浮式風電用動態海纜的開發目前主（zhǔ）要集中於（yú）歐洲，代表企業有Nexans、Prysmian、JDR等，陣列（liè）纜電壓等級也將逐步（bù）由35kV向更高壓（yā）邁進。

我（wǒ）國開發的動態海纜大（dà）多選用“濕式”絕（jué）緣設計結構，頭部（bù）廠商正積極研發並應用（yòng），例如：東方電纜已成功在三（sān）峽“引領號”和“海油觀瀾號”項目中（zhōng）應用35kV動態海纜。未來，企業（yè）應在抗水樹絕緣材料、絕緣結構設計、海纜及附件製造等技（jì）藝方麵開展深入研究，為漂浮式風電市場全麵開啟做（zuò）好準備。

漂浮（fú）式風（fēng）機電（diàn）纜係統結構

典型濕式結構動態（tài）海纜截麵

漂浮式風電項目中（zhōng），浮式基礎、係泊係統和拖運（yùn）安裝占比較（jiào）高，風機占（zhàn）比更低，原因是漂浮式風機（jī）一（yī）般在港口組裝完畢後拖航至固（gù）定位置，省去了海底施工建設的費用。

固定底部風電項（xiàng）目中，風機基礎及安裝、塔筒和海纜占比較（jiào）高，原因（yīn）是風機基礎海上組裝成本昂貴，對安裝船要求較高。

根據BNEF研究數據，全球漂浮式海風項（xiàng）目成本明顯下降，由2008年首（shǒu）個項（xiàng）目建成時（shí）接近30萬元/kW降至2019年40511元/kW的造價，目前全球漂浮式風電造價在4萬元/kW左右。

DNV認為，未（wèi）來30年間，全球範圍內要安裝的浮（fú）式海（hǎi）上風電裝機容量將達到300GW左（zuǒ）右，占據所有海風裝機容（róng）量的15%，需（xū）要約2萬（wàn）台風機，每台風機將（jiāng）安裝在重量超過5000噸的浮式機組，並使用大量係泊纜繩予以固定（dìng）。同（tóng）時，調查顯示60%擁有風電業務的企業，預計將在2023年增加對漂浮（fú）式風電的投（tóu）資。因此，漂浮式風電產業鏈有望加速步入快（kuài）速發展周期。

來源：長城證券