中船重工海裝風(fēng)電侯承宇：海上風(fēng)電走向深遠(yuǎn)海 浮式風(fēng)電成本凸顯優(yōu)勢(shì)

　　

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

　　

　　但與此同時(shí)，研究浮式風(fēng)電還存在很多的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)到分析工具再到積累的經(jīng)驗(yàn)其實(shí)都很欠缺，典型的挑戰(zhàn)來(lái)自四個(gè)方面：首先是總體設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，就是如何才能提高整個(gè)系統(tǒng)性價(jià)比和可靠性（PPT）、載荷分析的挑戰(zhàn)、水池試驗(yàn)的挑戰(zhàn)、最后是工程化技術(shù)的挑戰(zhàn)。

　　

　　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(fēng)電裝備技術(shù)與應(yīng)用。下面的圖大家很熟悉，可以看出來(lái)兩者并不是十分匹配，但是右邊可以看出來(lái)，我國(guó)海上豐富匹配用電豐富比較大的區(qū)域，而現(xiàn)階段陸上階段已經(jīng)進(jìn)入了成熟期，海上風(fēng)電已經(jīng)迎來(lái)了高速發(fā)展期。隨著海上風(fēng)電高速發(fā)展，海上風(fēng)電肯定要走向深沿海，深沿海開(kāi)發(fā)潛力也是十分巨大的，從下面兩個(gè)表格可以看出來(lái)，我國(guó)水深超過(guò)50米的海域，風(fēng)能儲(chǔ)量是超過(guò)了1268GW，這個(gè)占比在日本和歐洲更高，超過(guò)了80%，而這個(gè)全球深遠(yuǎn)海超過(guò)了8000GW，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｍ瑫r(shí)也是有利于近海環(huán)保，環(huán)保是兩個(gè)方面，一個(gè)方面因?yàn)殡x岸距離遠(yuǎn)，視覺(jué)污染和噪音污染更小，同時(shí)一般會(huì)采用浮式機(jī)組，不需要進(jìn)行大規(guī)模的陳裝施工，因此施工噪音也是比較小的。

　　

　　現(xiàn)階段探索深遠(yuǎn)海的風(fēng)電，也符合國(guó)家的導(dǎo)向，國(guó)家也是非常支持深遠(yuǎn)海風(fēng)電的開(kāi)發(fā)，連續(xù)幾年都有相關(guān)的政策出臺(tái)，想研制這個(gè)裝備唯一的技術(shù)路徑，為什么這么說(shuō)，因?yàn)楝F(xiàn)階段近海風(fēng)電所采用的基礎(chǔ)都是固定式的基礎(chǔ)，像單裝、導(dǎo)管架，他們適用水深有所不同，國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)研究了一下，在水深小雨30米，一般是單裝，30米到60米是導(dǎo)管架，超過(guò)60米就不具備經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)是國(guó)外研究得出來(lái)的，國(guó)內(nèi)沒(méi)有做過(guò)詳盡的分析，相比固定式機(jī)組而言，隨著水深的增加，它的地勘成本還有施工成本，這個(gè)增幅都是大大高于浮式機(jī)組的。

　　

　　海上浮式機(jī)組風(fēng)電裝備系統(tǒng)是風(fēng)電發(fā)電機(jī)組、浮動(dòng)平臺(tái)、系泊錨固系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)。浮動(dòng)平臺(tái)是利用浮力來(lái)支撐的，有別于固定式基礎(chǔ)，將載荷直接傳到地基，浮動(dòng)平臺(tái)常見(jiàn)形式三種，半潛式通過(guò)調(diào)整壓艙的程度來(lái)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(fù)雜，它的一個(gè)區(qū)別就跟剛才那個(gè)就是浮筒全部沒(méi)于水下，通過(guò)浮力來(lái)彰顯，以此維持平衡。張力腿式這個(gè)搖擺平行都是比較好的，但是受海流影響相對(duì)較大，跟洋流會(huì)引起共振。采用這個(gè)浮式機(jī)組同樣在碼頭可以完成組裝，但是就是說(shuō)張力腿式不具備，要想整體運(yùn)輸還要采取一定的工程措施，就比如像下面這個(gè)圖所示，增加水艙，持續(xù)壓載，吃水達(dá)到設(shè)計(jì)深度。單立柱式就非常簡(jiǎn)單了，就是一個(gè)圓柱形浮體，使這個(gè)重心始終低于這個(gè)浮心，因此維持平衡，垂蕩運(yùn)動(dòng)小，但是橫搖和縱搖就大一點(diǎn)，另外一個(gè)特點(diǎn)吃水非常深，所以說(shuō)這個(gè)機(jī)組需要一個(gè)分組運(yùn)輸安裝。一般而言浮托到合適的海域進(jìn)行一個(gè)指令，指令完成之后進(jìn)行吊裝，然后跟前面一樣整體到機(jī)位點(diǎn)進(jìn)行系泊錨固。

　　

　　可以說(shuō)各有利弊，但是沒(méi)有最優(yōu)的定論，當(dāng)然除了三種還有很多其他的平臺(tái)，就比如說(shuō)多風(fēng)機(jī)的平臺(tái)，它一般是將結(jié)構(gòu)大型化，一個(gè)平臺(tái)就可以匹配多個(gè)風(fēng)機(jī)，以此來(lái)降低千瓦的造價(jià)，還有多能互補(bǔ)式平臺(tái)，還有波浪能和太陽(yáng)能，有其他的一些。浮式機(jī)組它的這個(gè)系泊錨固系統(tǒng)和海洋系統(tǒng)沒(méi)有什么本質(zhì)的區(qū)別，主要還是要根據(jù)海裝的條件還有所采用的平臺(tái)類型以及施工條件做一個(gè)合適的類型，當(dāng)然在設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要考慮動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的影響。

　　

　　我們?cè)俸?jiǎn)單回顧一下國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。其實(shí)早在1972年，美國(guó)麻省理工大學(xué)已經(jīng)提出了浮式機(jī)組概念，但是接下來(lái)20年基本上沒(méi)有什么突破性的進(jìn)展，直到1999年還是處于縮尺模型，2009年第一臺(tái)就采用的單體立柱式的，2011年日本值得提一下，因?yàn)榘l(fā)生了福島核電站的泄漏，它接連安裝了四臺(tái)樣機(jī)，兩兆瓦的樣機(jī)，2013年是一個(gè)緊湊型的半嵌入平臺(tái)，2015年是7兆瓦的浮式機(jī)組安裝，這也是迄今為止最大的。

　　

　　2016年是5兆瓦機(jī)組，大大減少了吃水深度，設(shè)計(jì)吃水只有30多米。2017年海上浮式風(fēng)電裝備進(jìn)入了小批量應(yīng)用投產(chǎn)，在蘇格蘭投產(chǎn)，是5臺(tái)6兆瓦的機(jī)組，預(yù)計(jì)2020年還有數(shù)個(gè)小批量項(xiàng)目會(huì)投產(chǎn)，當(dāng)然我下面這個(gè)表格是不完全的統(tǒng)計(jì)表，但是可以看出來(lái)，后面投產(chǎn)的機(jī)組都是一些大型機(jī)組了，都是5兆瓦、6兆瓦、7兆瓦這個(gè)級(jí)別了。

　　

　　而國(guó)內(nèi)研究工作可以說(shuō)是相對(duì)晚一些，前期就像重慶大學(xué)、上海交大一些高校展開(kāi)過(guò)相關(guān)理論研究，企業(yè)牽頭的省部級(jí)科研項(xiàng)目很少，一個(gè)是關(guān)于863項(xiàng)目，還有一個(gè)深遠(yuǎn)海前期研究項(xiàng)目。

　　

　　近幾年海裝風(fēng)電在浮式風(fēng)電也開(kāi)展了相關(guān)工作，2016年年底到2018年初，（PPT）機(jī)位點(diǎn)在蘇格蘭北部海域，項(xiàng)目水深是75米到85米左右，右邊那個(gè)圖可以看到結(jié)構(gòu)形式，其中兩個(gè)浮筒是安裝風(fēng)機(jī)。在這個(gè)項(xiàng)目里面海裝的角色還是一個(gè)運(yùn)維服務(wù)商，項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中，共同搭建了仿真平臺(tái)以及對(duì)單平臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)等等。（PPT）。希望能替國(guó)家承擔(dān)浮式風(fēng)電的研發(fā)。

　　

　　研究浮式風(fēng)電還存在很多的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)到分析工具再到積累的經(jīng)驗(yàn)其實(shí)都很欠缺，就是說(shuō)面臨的挑戰(zhàn)可以說(shuō)是非常之多，我后面列舉了4個(gè)方面的典型挑戰(zhàn)。首先是總體設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，就是如何才能提高整個(gè)系統(tǒng)性價(jià)比和可靠性（PPT）。

　　

　　載荷分析的挑戰(zhàn)，載荷分析準(zhǔn)確性和可信度對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，而輻射機(jī)組是在綜合載荷復(fù)雜系統(tǒng)，相比固定式機(jī)組運(yùn)動(dòng)維度更多，運(yùn)動(dòng)和載荷相互影響更大，整個(gè)載荷環(huán)境就比固定式機(jī)組要復(fù)雜很多，因此在一體化耦合動(dòng)力學(xué)分析模型的定力，還有轉(zhuǎn)換之類的工作都還非常多。同時(shí)為了不斷修正計(jì)算模型還要進(jìn)行一致性的驗(yàn)證，首先就是在設(shè)計(jì)階段要利用水池階段進(jìn)行驗(yàn)證，還有樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)比。

　　

　　水池試驗(yàn)的挑戰(zhàn)，剛才也提到了，這是必須的，因?yàn)橐盟?yàn)證我們的載荷計(jì)算方法和結(jié)果，如何來(lái)確定這個(gè)模型的尺度等效性以及同步加載，首先是尺度等效性的問(wèn)題，按照海洋工程的方法，水動(dòng)力學(xué)可以滿足這個(gè)匹配性，但是由于能動(dòng)數(shù)不相同，因?yàn)榭諝鈩?dòng)力和水動(dòng)力有區(qū)別，空氣動(dòng)力學(xué)往往是不能滿足匹配關(guān)系，因此必須要進(jìn)行一體化模型等效性研究，尺度模擬關(guān)系，最終來(lái)建立一個(gè)等效。再說(shuō)耦合加載，風(fēng)況和海況有相關(guān)性，又存在耦合，工況也是非常復(fù)雜。所以說(shuō)加載方法也是值得進(jìn)一步研究的課題。

　　

　　最后是工程化技術(shù)的挑戰(zhàn)，工程問(wèn)題可以說(shuō)是最為具體也是非常之多的，我這兒也是列舉三類，首先環(huán)境適應(yīng)技術(shù)，設(shè)計(jì)的時(shí)候除了要考慮基本參數(shù)以外還有一些極端情況，比如說(shuō)臺(tái)風(fēng)、腐蝕都需要考慮，不同平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，運(yùn)輸條件包括碼頭條件、它的設(shè)備條件都有所不同，如何來(lái)確保整個(gè)安裝過(guò)程高效和安全，也是一個(gè)很具體的問(wèn)題需要進(jìn)一步的進(jìn)行研究。而運(yùn)維來(lái)說(shuō)，運(yùn)維首先是維護(hù)對(duì)象更多，因?yàn)槌孙L(fēng)電機(jī)組之外它的浮動(dòng)平臺(tái)，系泊錨固系統(tǒng)也需要進(jìn)行維護(hù)，為什么離岸更遠(yuǎn)，因?yàn)槭巧钸h(yuǎn)海，可達(dá)性的問(wèn)題更為凸顯，運(yùn)維除了要考慮提高設(shè)備的可達(dá)性之外，還有其他的監(jiān)控，遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)還有故障預(yù)測(cè)，這些技術(shù)都需要進(jìn)一步的研究。

　　

　　最后再簡(jiǎn)單展望一下應(yīng)用前景。比如像（英文）利用浮式風(fēng)電給注水泵進(jìn)行供電，日本也在探索這個(gè)應(yīng)用，就是來(lái)探索打造海洋漁場(chǎng)和養(yǎng)殖場(chǎng)。我們集團(tuán)也是在做類似的探索，下面這三個(gè)圖都是我們集團(tuán)設(shè)計(jì)的大型浮艇，這個(gè)已經(jīng)完成了制造，右邊的海洋之星提供餐飲和娛樂(lè)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(nèi)容，希望將來(lái)能與在座同行專家共同來(lái)推進(jìn)浮式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，謝謝大家。