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漂浮式風(fēng)電機(jī)組即漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組，是一種新概念風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一種安裝在浮式基礎(chǔ)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，具有不受水深、海床條件限制，能夠更好利用海上風(fēng)能資源的優(yōu)點(diǎn)。

漂浮式風(fēng)電機(jī)組這個概念最早于1972年由HERONEMUS提出，直到2009年，由挪威國家石油和天然氣公司Equinor投資的世界上第一臺漂浮式風(fēng)機(jī)“Hywind”建成使用。在截至2023年，歐洲在開發(fā)海上風(fēng)電技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，其中位于英國的“Hywind Scotland”于2017年10月開始運(yùn)行發(fā)電，中國漂浮式風(fēng)電發(fā)展起步較晚，截至2023年，處于樣機(jī)驗(yàn)證階段。2021年8月，三峽集團(tuán)在廣東陽江安裝中國首臺半潛式浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，2022年5月，中海油文昌漂浮式風(fēng)電平臺正式開工建造，2024年7月3日，全球單體容量最大的漂浮式風(fēng)電平臺“明陽天成號”（OceanX）在中國船舶黃埔文沖正式完成安裝。10月10日上午，中國自主研發(fā)的全球最大功率漂浮式風(fēng)電機(jī)組在射陽縣成功下線。

漂浮式風(fēng)電機(jī)組原理就是將風(fēng)電機(jī)組安置在水下的漂浮平臺（或稱浮式基礎(chǔ)）上，并通過幾根錨索固定在海底的海床上，以達(dá)到隨風(fēng)浪移動。由傳輸系統(tǒng)及外輸方案組成。漂浮式風(fēng)電機(jī)組的浮式結(jié)構(gòu)在海上具備長期生存的能力，在成本方面，具有更好的經(jīng)濟(jì)性；同時漂浮式風(fēng)機(jī)安裝形式、位置更加靈活，可有效減少噪聲、電磁波等危害的等。截至2023年，浮式風(fēng)機(jī)概念有50余種，主要包括駁船式、半潛式、立柱式和張力腿式等4種型式。

隨著近海風(fēng)電資源的逐步開發(fā)、生態(tài)約束趨緊、以及其他經(jīng)濟(jì)活動需求增大等原因，導(dǎo)致近海場址資源逐步趨緊，深遠(yuǎn)海開發(fā)將會是未來的主要方向，漂浮式風(fēng)電將會迎來較快發(fā)展。

發(fā)展歷程

概念提出

1972年HERONEMUS首次提出海上漂浮式風(fēng)機(jī)的概念，限于當(dāng)時技術(shù)及成本制約，沒有進(jìn)行工程化應(yīng)用。

發(fā)展現(xiàn)狀

2009年，由挪威國家石油和天然氣公司Equinor投資，世界上第一臺漂浮式風(fēng)機(jī)“Hywind”建成使用，該風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量2.3MW，葉輪直徑82.4m，轉(zhuǎn)軸高度65m，重1500t，采用三懸鏈系泊系統(tǒng)。

在截至2023年的過去15～20年間，歐洲在開發(fā)海上風(fēng)電技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，并在此過程中積累了重要的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識。其中位于英國的“Hywind Scotland”是全球首個漂浮式風(fēng)電場，由挪威國家石油公司主導(dǎo)（Equinor和Masdar共同投資），2017年完成整體吊裝，該風(fēng)場采用5臺單機(jī)容量6MW的風(fēng)電機(jī)組，于2017年10月開始運(yùn)行發(fā)電，成為當(dāng)時全球最大浮動式風(fēng)電場。自“HywindScotland”開始生產(chǎn)以來，每年漂浮式風(fēng)電場的平均容量系數(shù)都達(dá)到了英國所有海上風(fēng)電場的最高水平，證明了漂浮式海上風(fēng)電場的潛力。中國漂浮式風(fēng)電發(fā)展起步較晚，截至2023年，處于樣機(jī)驗(yàn)證階段。中國漂浮式示范項目大都由央企投資建設(shè)，采用半潛式基礎(chǔ)，水深大體在40m～50m。2021年8月，三峽集團(tuán)在廣東陽江安裝中國首臺半潛式浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)機(jī)采用明陽智能MySE5.5MW機(jī)型，排水量約13000t，水深30m～50m，設(shè)計吃水13.5m，平臺型深32m。截至2021年底，全球累計安裝漂浮式風(fēng)電機(jī)組43臺，累計裝機(jī)量達(dá)150.87MW，大部分漂浮式風(fēng)電機(jī)組集中在歐洲，主要分布在挪威、葡萄牙、英國、法國和西班牙等國家，其中英國漂浮式風(fēng)機(jī)裝機(jī)量達(dá)80MW，超過全球的一半，葡萄牙次之，累計裝機(jī)2MW。

2022年5月，中海油文昌漂浮式風(fēng)電平臺正式開工建造，該平臺采用新型三角形半潛式平臺，平臺中心立柱搭載一臺7.25MW風(fēng)機(jī)，平臺干重5000余噸、總排水量12000m3。文昌市漂浮式項目水深120m，離岸距離136km，標(biāo)志著中國海上風(fēng)電正逐步走向深遠(yuǎn)海。

2024年7月3日，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)葉與輪轂精準(zhǔn)對接，全球單體容量最大的漂浮式風(fēng)電平臺“明陽天成號”（OceanX）在中國船舶黃埔文沖正式完成安裝。10月10日上午，中國自主研發(fā)的全球最大功率漂浮式風(fēng)電機(jī)組在射陽縣成功下線。

功能原理

漂浮式風(fēng)電機(jī)組原理就是將風(fēng)電機(jī)組安置在水下的漂浮平臺（或稱浮式基礎(chǔ)）上，并通過幾根錨索固定在海底的海床上。通常情況下，漂浮平臺位于水深30米至200米處，以達(dá)到隨風(fēng)浪移動。

主要構(gòu)造

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)是漂浮式風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵裝置，是整機(jī)的核心和技術(shù)進(jìn)步的集中體現(xiàn)，在風(fēng)機(jī)建造總成本中占比較高。市場上最多的是直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)組、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、半直驅(qū)混合驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等3類。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用多級齒輪箱，具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，但齒輪箱的高速傳動部件故障問題日益突出。直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組省略齒輪箱，將主軸與低速多極同步發(fā)電機(jī)直接相接，運(yùn)行穩(wěn)定，降低了故障率，但直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組一般體積較大，造價成本相對較高。半直驅(qū)綜合雙饋與直驅(qū)的傳動特點(diǎn)，采用中速齒輪箱+中速永磁同步發(fā)電機(jī)+全功率變頻技術(shù)，兼顧直驅(qū)的高穩(wěn)定性和雙饋的低成本優(yōu)勢，即避免使用多級齒輪箱導(dǎo)致的故障率偏高，也減輕了永磁發(fā)電機(jī)的體積和質(zhì)量，是未來發(fā)展的趨勢。

外輸方案

海底電纜是連接海上風(fēng)電場和陸上電網(wǎng)的重要載體，是海上風(fēng)力發(fā)電建設(shè)的重要組成部分，隨著海上風(fēng)電場逐漸深水化，必然要求海底電纜具有運(yùn)輸長度大、容量大、電壓高、損耗低的特點(diǎn)。海纜電流傳輸類型主要以直流為主，電壓呈逐步升高的趨勢，采用的絕緣材料以交聯(lián)聚乙烯（Cross Linked 聚乙烯）為主。

主要分類

漂浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要適用于水深超過60m的深遠(yuǎn)海區(qū)域，據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2023年，國際上見諸報道的浮式風(fēng)機(jī)概念有50余種，主要包括駁船式（Barge Platform）、半潛式（Semi-Submersible）、立柱式（Spar）和張力腿式（Tension Leg Platform）等4種型式。

駁船式

駁船式基礎(chǔ)平臺一般由混凝土制成，運(yùn)行原理類似于船舶，擁有較大的水線面面積、吃水較小、穩(wěn)定性優(yōu)異，施工運(yùn)輸、安裝方便，通常適合安裝在水深大于30m區(qū)域。同時駁船式基礎(chǔ)由于其獨(dú)特的設(shè)計，在大風(fēng)浪海域中橫搖和縱搖運(yùn)動響應(yīng)劇烈，適合平靜海域。截至2023年，全球駁船式基礎(chǔ)平臺有10臺，占比23.3%，，具有代表性的駁船式基礎(chǔ)項目為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（The New 能量 and Industrial Technology Development Organization， nedo）的“IDEOL”。

半潛式

半潛式基礎(chǔ)對水深要求靈活，可在淺水區(qū)作業(yè)，并且運(yùn)輸費(fèi)用較立柱式與張力腿式基礎(chǔ)要低，同時可在港口側(cè)大修，是目前應(yīng)用最為廣泛的漂浮式基礎(chǔ)。但半潛式基礎(chǔ)需要較高的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以提供足夠的浮力與穩(wěn)定性，增加了基礎(chǔ)成本；同時較多的焊接接頭及復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造增加了制造難度。截至2023年，全球半潛式基礎(chǔ)平臺有23臺，占比53.5%，具有代表性的半潛式基礎(chǔ)概念有Principle Power的“WindFloat”、Technip/Nenuphar的“VERTIWIND”、DCNS的“SeaReed”、GustoMSC的“Tri-Floater”、Nautilus的“Nautilus”、Aerodyn Engineering 的“Nezzy SCD”等。中國首個漂浮式風(fēng)電“三峽引領(lǐng)”號示范樣機(jī)也于2021年底并網(wǎng)發(fā)電，該樣機(jī)采用半潛式基礎(chǔ)形式，單機(jī)容量5.5MW，輪轂中心高度距海平面約107m，葉輪直徑158m，截至2023年，中國已投產(chǎn)及預(yù)計投產(chǎn)的漂浮式風(fēng)電平臺基礎(chǔ)型式全為半潛式基礎(chǔ)。

立柱式

立柱式基礎(chǔ)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計簡單、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是最成熟的技術(shù)之一；但對水深具有一定要求（一般安裝在水深大于 00m的海域），較大吃水限制了將立柱式基礎(chǔ)拖回港口進(jìn)行大修的能力，同時立柱式基礎(chǔ)巨大的體積給安裝與運(yùn)輸增加了難度。截至2023年，全球立柱式基礎(chǔ)平臺有5臺，占比11.6%，具有代表性的立柱式基礎(chǔ)概念為Equinor的“Hywind”、Sway A/S的“Sway”、UPC的“WindCrete”、Todaconstruction的“Hybrid spar”、Deepwindconsortium的“Deepwindsparc”等。

張力腿式

張力腿式基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量低、風(fēng)電機(jī)組活動部件少、穩(wěn)定性出色等優(yōu)點(diǎn)；但張力腿式基礎(chǔ)的安裝需要定制安裝駁船，安裝難度較大，并且對系泊和錨泊系統(tǒng)具有較高的載荷。截至2023年，全球張力腿式基礎(chǔ)平臺有5臺，占比11.6%，具有代表性的張力腿式基礎(chǔ)概念為Glosten Associates的“PelaStar”、藍(lán)色 H Group 的“Blue H TLP”、GICON的“GICON-SOF”、Iberdrola的“TLPWind”等。

主要特點(diǎn)

漂浮式風(fēng)電機(jī)組的浮式結(jié)構(gòu)在海上具備長期生存的能力；在資源層面，深遠(yuǎn)海區(qū)域面積廣闊，風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)潛力大；在成本方面，隨著水深的增加，固定式基礎(chǔ)材料用量增多，施工難度增大，運(yùn)維成本增加，一般認(rèn)為，在水深超過60m后，漂浮式風(fēng)電將更為合適。另外，深遠(yuǎn)海區(qū)域廣闊，漂浮式風(fēng)機(jī)可建設(shè)成大規(guī)模的風(fēng)電場，具有更好的經(jīng)濟(jì)性；同時漂浮式風(fēng)機(jī)安裝形式、位置更加靈活，可有效減少噪聲、電磁波等危害；漂浮式風(fēng)電能夠利用海上油氣行業(yè)的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈能力，可有效降低成本。最重要的是，漂浮式海上風(fēng)電場提供了進(jìn)一步擴(kuò)大所用風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率和尺寸的可能性，有助于降低每千瓦時發(fā)電的最終成本。

應(yīng)用領(lǐng)域

漂浮式風(fēng)電機(jī)組是一種應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的設(shè)備。

發(fā)展趨勢

除了利用浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)的并網(wǎng)輸電之外，不少研究者還提出利用浮式風(fēng)機(jī)對遠(yuǎn)洋油氣開采平臺、可燃冰開采平臺、海底礦能開采設(shè)施等提供就近的電力輸送；將浮式風(fēng)機(jī)與遠(yuǎn)洋養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合，為遠(yuǎn)洋養(yǎng)殖魚箱提供主體結(jié)構(gòu)的同時，也為相關(guān)設(shè)備提供電力；甚至于，將浮式風(fēng)電與制氫結(jié)合，從而避免電力的遠(yuǎn)距離輸送問題；諸如等等。

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