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我国漂浮式技术起步较晚，海上风电基础和输电形式面临较大挑战，但这也是实现远海风电规模化开发和平价上网的必经之路。GWEC预计，到2030年全球漂浮式风电市场将达16.5GW，2030年后漂浮式风电发展速度将加快。
我国多地正在积极布局深远海海上风电示范项目，沿海各省出台一系列促进深远海海上风电发展的政策方案。山东、江苏和广东地区的风资源及发电情况较好，政策扶持下海风产业前景光明，漂浮式风电市场有望受益。
沿海各省出台有关发展深远海的政策规划
01
漂浮式基础
海上风电由近海向深远海挺进，海上风机支撑的结构由固定式向漂浮式变化。漂浮式和底部固定的风电项目所用风机完全相同，区别在于风电支撑基础的不同，漂浮式风电基础是机组赖以维持稳定工作的平台，主要有以下四种形式：
1）立柱式：平台呈现圆柱形，吃水较大，运用水深需大于100米。主体结构由浮力和压载舱、过渡段、系泊系统组成，通过压载舱促进平台的浮心高于重心，保持良好的稳定性。立柱式基础安装和大部件更换相对困难，对工作水深有较高要求。
2）半潜式：主体结构多为三、四浮筒结构，通过对各浮筒压舱程度调节保持平衡。适用水深大于40米，设计灵活，运输安装难度较小，可采用湿拖法运输，技术较为成熟，我国目前大部分漂浮式风电基础均运用半潜式。
3）张力腿式：基础控制平台的浮力大于自重，借助锚固在海底的拉索维持稳定，通过向下的系泊张力平衡浮体向上的超额浮力。安装过程较复杂，张力腿结构造价较高，适用水深大于40米。张力腿式平台水平方向易受到波浪和水流作用力，形成面内横荡、首摇、纵荡运动。
4）驳船式：呈现四边形中间镂空结构，类似于船型，良好的阻尼作用改善整体运动性能。适用水深大于30米，结构形式简单，便于批量化组装，稳定性较好，建设成本较低，可采用湿拖法运输。驳船式平台重心较高，对波频相应较为敏感，需对平台运动频率进行优化。
海上风电不同结构类型
四种漂浮式风电基础技术路线对比
目前阶段，立柱式和半潜式基础技术可行度稍好，处于小批量示范风场阶段，但立柱式整体成本较高，半潜式的商业化和规模化应用前景最为广阔。
驳船式基础处于小容量样机试验阶段，张力腿式基础处于单机样机试验阶段，随着我国不断加大漂浮式技术的研究开发和经验储备，以上四种技术路线预计将在2023-2025年技术成熟度不断提高。
从水深适应性方面来看，半潜式基础的水深适应能力较强，可以满足在30米以上水深海域的使用。我国海域大陆架总体较平缓，半潜式基础在现阶段过渡水深范围（40-60米）的漂浮式风电项目中颇具应用潜力。而张力腿和单立柱平台适用水深至少在60-80米，我国深远海风电开发尚未大范围达到此深度，所以应用有限。
根据美国能源部统计，2021年全球已装机或已规划漂浮式风电项目中运用半潜式基础的占比达到近80%，其次为占比10%左右的驳船式和立柱式基础。
漂浮式基础技术成熟度
2021年全球漂浮式基础形式占比（含规划）（%）
02
系泊系统
系泊系统是将浮体基础与海底相连的唯一结构，通常包括绞车、导缆设备、系泊线、锚、重力和浮力套件，其需要通过形变或悬空重量来为漂浮式平台承受的风、浪、流等外部环境载荷提供回复力，保持风机电力稳定输出。系泊形式主要有3种：
1）悬链线式系泊：钢链结构，立柱式、半潜式和驳船式基础采用，是目前最常见的系泊线，所占据海床空间较大；
2）伞形张紧式系泊：钢缆或其他复合材料结构，占据海床空间小，成本较高；
3）垂向张力腿系泊：张力腿式基础采用，使用尼龙等合成材料，耐磨性好，回复力较大，但容易偏移，需重新调整。
常见漂浮式风电系泊形式
03
锚固装置
锚固装置是系泊线与海床之间的机械接口，主要作用是将动态海缆固定在浮体和海床上，传递最大拉伸载荷，主要分为4种形式：
1）抓力锚——应用最为广泛，部分或全部嵌入海底，垂向力承受能力不强，与悬链线系泊搭配使用；
2）重力锚——靠与海床表面的摩擦力与压载重量，使用范围有限；
3）桩锚——向海床打入桩基，需深水作业，施工费用较高；
4）吸力锚——利用钢筒内外压力差原理。
常见锚固装置分类
04
动态海缆
漂浮式风机相比固定底部风机，其平台运动有一定范围，因此需要采用动态海缆技术。动态海缆系统分为静态海缆端和动态海缆端，静态海缆即常规海底电缆，动态海缆则是跟随浮体运动的海缆，过程中会承受较大的弯矩、剪切和扭矩的综合作用，需解决大截面、高电压、负荷波动、绝缘老化和力学载荷等问题。
中国动态海缆系统工程开发研究起步较晚，总体发展水平与日本、欧洲等世界先进水平仍存在一定技术差距。
漂浮式风电用动态海缆的开发目前主要集中于欧洲，代表企业有Nexans、Prysmian、JDR等，阵列缆电压等级也将逐步由35kV向更高压迈进。
我国开发的动态海缆大多选用“湿式”绝缘设计结构，头部厂商正积极研发并应用，例如：东方电缆已成功在三峡“引领号”和“海油观澜号”项目中应用35kV动态海缆。未来，企业应在抗水树绝缘材料、绝缘结构设计、海缆及附件制造等技艺方面开展深入研究，为漂浮式风电市场全面开启做好准备。
漂浮式风机电缆系统结构
典型湿式结构动态海缆截面
漂浮式风电项目中，浮式基础、系泊系统和拖运安装占比较高，风机占比更低，原因是漂浮式风机一般在港口组装完毕后拖航至固定位置，省去了海底施工建设的费用。
固定底部风电项目中，风机基础及安装、塔筒和海缆占比较高，原因是风机基础海上组装成本昂贵，对安装船要求较高。
根据BNEF研究数据，全球漂浮式海风项目成本明显下降，由2008年首个项目建成时接近30万元/kW降至2019年40511元/kW的造价，目前全球漂浮式风电造价在4万元/kW左右。
DNV认为，未来30年间，全球范围内要安装的浮式海上风电装机容量将达到300GW左右，占据所有海风装机容量的15%，需要约2万台风机，每台风机将安装在重量超过5000吨的浮式机组，并使用大量系泊缆绳予以固定。同时，调查显示60%拥有风电业务的企业，预计将在2023年增加对漂浮式风电的投资。因此，漂浮式风电产业链有望加速步入快速发展周期。
