王靛、李晓东、查荣钰、刘晓辉、马腾
中车启航新能源技术有限公司
1.摘要
全球漂浮式风电市场正处于快速发展阶段，我国在“3060”双碳目标的推动下，漂浮式风电行业也迎来了蓬勃发展的机遇。文章全面介绍了全球漂浮式风电技术的发展背景与现状，指出欧洲已进入商业化应用阶段，而我国则处于小批量示范应用阶段;详细分析了漂浮式风电系统的关键技术，包括漂浮式风机、智能控制系统、电气系统、浮体结构、系泊系统及锚固装置等子系统的技术现状和所面临的挑战。当前，漂浮式风电成本高昂，主要受设计施工难度、长距离输电需求以及市场规模等因素影响。为降低成本并推动漂浮式风电的商业化进程，提出通过机组大型化、浮体模块化等技术创新提升设计仿真能力，开发专用建造和运维设施，以及探索更大容量的长距离输电技术和新的商业模式，最终实现漂浮式风电的大规模商业化应用。
关键词：漂浮式风力发电;浮体结构;系泊系统;长距离输电技术
基金信息：湖南省十大技术攻关项目(2023GK1030)
2.漂浮式海上风电技术发展及现状
漂浮式风机(floating offshore wind turbine， FOWT)的概念最早可以追溯到1972年。然而，由于当时的技术和成本限制，这一概念并未能立即进行工程化应用。进入21世纪后，随着海上风电技术的不断进步和海上风电场向更深更远海域的拓展，固定式基础的局限性逐渐显现。为了克服这些局限性，漂浮式风机技术应运而生。2009年，由挪威Equinor公司投资，世界上第一台漂浮式风机Hywind Demo在挪威海域建成并使用。
2011年，WindFloat 1项目投产，该项目位于葡萄牙Aguçadoura海岸5 km处，采用Vestas V80-2.0 MW风机，是全球第一个将漂浮式风机与半潜式平台相结合的项目。2017年，全球首个商业化漂浮式风电项目——英国Hywind Pilot Plant投运。该项目总装机容量为30 MW，所用机组的单机容量为6 MW。这一项目的成功运行证明了漂浮式海上风电场的商业化潜力，也为后续的大规模应用提供了宝贵经验。
2020年7月，WindFloat Atlantic项目在葡萄牙海域实现并网。该项目总装机容量为25 MW，由3台Vestas V164-8.4 MW海上风力发电机组成，浮体采用WindFloat半潜式基础，基础高度30 m，立柱间距50 m，通过一条20 km的电缆与葡萄牙维亚纳堡的变电站相连。2023年8月，Hywind Tampen漂浮式风电场建成投运。该项目由Equinor公司运营，采用11台西门子歌美飒8.0-167DD风机，总装机容量88 MW。该项目为Gullfaks-A和Snorre-A两座油气平台供电，是目前已投产的装机容量最大的漂浮式风电场。 综上，由于起步较早，技术迭代时间长，目前欧洲漂浮式风电项目已经进入商业化早期阶段。中国作为世界上最大的风能市场之一，对漂浮式风电技术也给予了高度重视和大力支持。为了推动这一技术的发展和应用，国家层面出台了一系列相关政策和发展规划。早在2013年，国家863计划就开展了针对漂浮式风电的研发工作，其中，湘电风能牵头开展了“基于钢筋混凝土结构的海上风电机组局部浮力基础研制”项目，金风科技牵头开展了“浮筒或半潜平台式海上风电机组浮动基础关键技术研究及应用示范”项目。2018年，三峡集团成立《浮式海上风电平台全耦合动态分析及其装置研发》专项(即“三峡引领号”)。该项目于2021年完成样机的研制与安装，成为国内第一台真正意义上的漂浮式海上风电原型机，并被定义为首个国家级漂浮式示范项目。
2018年底，由中船海装牵头申请的工信部“海上浮式风电装备研制”项目(即“扶摇号”项目)获得批复。该项目于2022年在广东湛江罗斗沙海域成功安装。“扶摇号”项目的成功实施填补了我国水深65 m以上深远海域漂浮式风电装备研制及应用的空白。该项目实现了一级部件100%国产化，所有元器件级零件国产化率超过95%，为漂浮式风电产业链的本土化培育打下了坚实基础。2023年，“海油观澜号”和“国能共享号”相继完成安装，这标志着我国在漂浮式风电应用领域实现新的突破。“海油观澜号”由中国海油建造，采用明阳智能7.25 MW机组，为文昌油田群供电，是全球首个“双百项目”(水深超过100 m，离岸距离超过100 km)。该项目的成功实施为深远海绿色能源立体开发、海洋资源集约利用提供了技术储备，推动了海洋经济的融合发展。
2024年8月，“明阳天成号”在阳江青洲四海上风电场完成安装。该项目采用单点系泊混凝土浮体、双下风向风机，采用两台8.3 MW风机，是目前我国海上漂浮式风电在整机和基础创新领域的代表项目。中国中车公司在2024年10月下线的“启航号”风机功率等级达到20 MW，风轮直径达到260 m，扫风面积53 100㎡(相当于7个标准足球场)，是目前全球最大功率漂浮式风电机组。
2022年，中电建万宁项目开工，该项目一期规划6台16 MW以上漂浮式风电机组，预计于2025年实现并网，是我国首个批量项目。该项目建成后将是全球容量最大的漂浮式风电项目。综上，我国漂浮式风电的起步虽然晚于欧洲的，但是由于国家政策的支持，我国漂浮式风电技术进展迅速;且随着项目经验的累积，我国漂浮式风电技术成熟度也在不断提高，目前已经进入小批量示范应用阶段。
3.文章内容结构
4.作者简介
王靛，男，博士，正高级职称，中车启航新能源技术有限公司副总经理。中国可再生能源学会风能专业委员会委员，长期从事兆瓦级风力发电机组整机设计研发工作，是公司风机整机设计平台、载荷计算平台、能源指南平台的主要构建者，是公司数字产业化、综合能源新领域的缔造者。入选国家科技部重大项目评审专家、中国中车核心技术人才、中国中车新产业领域技术专家、中南大学校外工程硕士研究生导师、湖南大学校外工程博士研究生导师。
5.中国中车“启航号”20MW漂浮式海上风电机组介绍
“启航号”是中国中车自主研发的20MW漂浮式海上风电机组，功率突破到20MW量级，树立了风电行业新的里程碑。风轮直径达到260米，叶尖速度与高铁速度“同行”，轮毂高度达到151米，在设计风速下年满发小时数约为3500小时，设计使用寿命25年。机组每转动一圈能满足一个家庭2至4天的用电需求，年节约燃煤消耗约2.5万吨，减少二氧化碳排放约6.2万吨。
“启航号”不仅以其卓越的发电效能脱颖而出，更融合了多项前沿的创新控制技术，确保漂浮式机组在运行过程中维持极致的平稳性，摆幅极小，展现了高度的智能化水准。其设计兼顾了部分组件的可重复利用性与可扩展性，通过模块化构造关键系统接口及结构件，进一步提升了机组灵活性与效率。此外，通过采用多重抗台风技术与策略，显著增强了在台风等极端天气条件下的安全稳定性。凭借高度智能化、系统模块化、全链协同化以及优越稳定性四大核心技术亮点，“启航号”在风电行业中独树一帜，将大幅增加客户收益率，降低全生命周期内度电成本，引领风电领域迈向新的高度。
从2024年10月在江苏射阳下线，到2025年1月在山东东营成功吊装，“启航号”倾注了中国中车“双赛道双集群”的最新智慧，在性能和可靠性上力臻完善。未来，中国中车将以“启航号”等旗舰产品为代表，全力打造“立起来的高铁”新名片，持续提供更优深远海风电资源开发解决方案，助力我国“双碳”目标实现，为全球绿色能源发展注入磅礴动力。
