国内外海上漂浮式风电项目案例
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导读
由于近海空间资源有限，海上风电的发展不断地从浅近海走向深远海；相应的，海上风机支撑结构形式随着水深发生变化，从固定式支撑结构到漂浮式支撑结构演变；漂浮式海上风电市场经历了从单台样机(2009—2015年) 到小型风电场示范(2016—2022年) 的演变过程。目前，漂浮式风机样机测试项目主要集中在欧洲地区，以苏格兰、葡萄牙和地中海区域为主，技术研发和设计则主要集中于挪威、法国、葡萄牙、英国、美国和日本等发达国家。因此本文将通过分析国内外实际风机漂浮案例以期为关工程项目带来一定参考。
国外海上漂浮式风电案例
1挪威Hywind demo项目
2009年，挪威国家石油(2018年更名为Equinor)在挪威海域开发了世界上第一个全尺寸漂浮式机组的样机项目，离岸距离10km，机位水深200m，作业水深达到200m，基础重量约为3200吨，单机发电功率为2.3MW。该样机原计划部署两年，但至今仍在服役发电，期间经受住了44m/s风速和19m最大浪高的考验。同时，一般基础的扶正、压载需在开阔的海域进行，但由于挪威有条件良好的深水港湾，基础的扶正、压载可以在港湾内进行。
图1 挪威Hywind demo项目
2葡萄牙Wind Float项目
基于美国西雅图的PPI(Principle Power， Inc)公司提出的Wind Float三立柱半潜式海上风电机组技术，2011年，EDP (Energias de Portugal)等企业在葡萄牙近海安装了全球首个半潜式海上风电祥机项目。在5年的验证阶段，经受住了超过17m的巨浪以及30m/s大风的恶劣天气考验。相比传统固定式海.上风机较为繁琐的海上部署与安装流程，Wind Float海上浮式风机借助其半潜式平台良好的稳性特点，成为世界上首台可以在陆地上完成所有组装和调试，且在海上不使用重型吊船或桩基设备的商业化海上风机。2017年， 该项目以少于50万欧元的成本拆除，充分体现出漂浮式机组在拆除方面的优势。
图2 Windfloat三柱半潜式浮式基础
3法国FLOATGEN项目
FLOATGEN项目是法国第一个浮式风机试验项目，该项目是基于Ideol公司开发的阻尼池半潜式海上风电机组，于2013年启动，2017年底安装完毕，2018年开始进行样机运行测试，场址水深为33m，采用Vestas的V80 2.0MW机组；基础吃水浅，垂向特征尺寸小，对港口、航道和风电场环境水深的适应性强，登船便捷，基础平台上作业空间较大，设施维护容易。运营以来，样机表现优异，2019年共发电6GW·h，下半年的可利用率达94.6%，期间经受住11.7m波高海况的考验。
图3 法国FLOATGEN项目
4日本GOTO项目
除欧美外，日本在漂浮式海上风电方面走在世界前列，GOTO项目是亚洲首例全尺寸漂浮式机组样机项目，位于日本的长崎县五岛市桦岛离岸1km、水深91m的海域，采用富士重工的2MW下风向式机组，基础为单桩式结构，长76m、直径7.8m。该样机的五十年一遇设计浪高为8.4m，但试运行不久即遭遇2012年的第16号台风Sanba，成功抵抗9.5 m高的波浪。2015年，完成样机试验，结果认定这一漂浮式基础的安全性好，且对环境影响小，可继续运行。此后，样机迁移至福江岛东岸崎山冲近海约100m水深海域继续运行。
图4 日本GOTO项目
5Hywind Scotland
Hywind Scotland项目是目前仅有的已建成小批量漂浮式海上风电的商业化项目。它于2015年由挪威Equinor公司与阿联酋Masdar公司联合发起；2017年，基于第二代Hywind漂浮式技术在英国苏格兰的北海区域建立。该项目装机容量为30MW，采用5台西门子的6MW机组，相对于Hywind demo的单立柱式结构进行了主尺度优化，水下浮体直径增加至14.4m，吃水深度减小至78 m，每套系统排水量为11200吨。
图5 Hywind一号项目
6Wind Float Atlantic项目
PPI公司的Wind Float半潜式技术起步晚于Hywind Scotland项目所用的单立柱式技术，但其适用于更宽的水深范围，更符合市场的需求，目前已启动两个小批量示范项目。位于葡萄牙的Wind Float Atlantic项目由Wind Plus公司开发，项目装机容量为25.2MW，采用3台MHI Vestas的V164-8.4MW机组；风场于2020年完成安装及并网。
图6 Wind Float Atlantic项目
7Kineardine项目
Kineardine项目是继Hywind Scotland之后苏格兰海域的第二个漂浮式海上风电项目，由Cobra公司开发，装机容量为49.5 MW，采用1台2MW和5台MHI Vestas的V164 9.5 MW机组。第一台漂浮式机组来自于Wind Float项目的退役机组和基础，现已并网发电，2020年完成1台9.5MW机组安装。
国内海上漂浮式风电项目案例
1海装工信部示范项目
2018年底，由中国海装牵头的工信部工程漂浮式项目得到批复，该项目涉及海上漂浮式风电装备总体设计、系泊系统设计、制造与调试等，需按照要求完成大功率海.上浮式风电装备研制，并实现海上浮式风电装备的工程示范研究；参研单位包括中船重工下属研究所和船舶装备单位、CCS和哈工程；示范场址选在湛江某海域，水深在60m左右，同样是采用半潜式风机基础。
图7 海装“扶摇号”漂浮式基础
2龙源南日岛项目
龙源南日岛固定式项目在2017年开工建设，由于福建地区岩石地质，采用嵌岩桩基础成本也较高。尤其是随着水深的增加，嵌岩施工难度也逐渐加大，因此南日岛预留机位拟采用漂浮式风机。根据当地政府和业主要求，设计方案需兼顾风渔结合。该项目目前参与单位主要包括龙源电力、华东院、烟台来福士、上海电气等，采用“风电+渔业”的模式，考虑养鱼噪音的问题，采用桁架式网箱设计，整体构件尺寸较小。
图8 南日岛漂浮式风电示意图
3三峡阳江示范项目
2018年，由三峡集团珠江公司牵头，华南理工、明阳智能参与，启动一台单机容量5.5MW的漂浮式试验样机研究，于2021年完成，项目选址位于阳江某海域，基础形式为半潜式，是根据50年一遇的极端风浪流工况设计，最高可抗17级台风。
图9 三峡“引领号”漂浮式基础
结语
这些年来，海上漂浮式风电技术伴随着全球海上风电商业化开发热潮而逐渐趋于成熟，并处于商业化的起始阶段。对于中国的海上风电行业而言，开展漂浮式风电技术研究和工程化实践，将有助于拓展海上风电的空间范围，是海上风电行业可持续发展的重要方向之一，也是我国未来保持海上风电产业竞争优势的重要抓手。CWEA
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