中歐漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈合作路徑研究

許帥，楊羽霏，剛傲，謝越韜，張曉明，劉功鵬

（1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市 西城區(qū) 100120；2.中國電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南省 長沙市 610000）

0 引言

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)(Global Wind Energy Council，GWEC)預(yù)測(cè)，2030年全球漂浮式海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到18.9 GW，到2026年有望進(jìn)入新增裝機(jī)達(dá)兆瓦級(jí)的商業(yè)化階段[1]，全球漂浮式海上風(fēng)電正處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)前夕。中國近海海上風(fēng)電項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富、產(chǎn)業(yè)鏈體系完備，但漂浮式海上風(fēng)電仍處于樣機(jī)試驗(yàn)階段。歐洲是全球海上風(fēng)電的發(fā)源地[2]，已先后開展多項(xiàng)漂浮式示范樣機(jī)和多種浮體結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線試驗(yàn)工作，于2009年在挪威北海建成全球首臺(tái)兆瓦級(jí)漂浮式風(fēng)電樣機(jī)Hywind Demo(單機(jī)2.3 MW，立柱式)，并于2017年在英國建成全球首座漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)Hywind Scotland[3]，在勘察設(shè)計(jì)、測(cè)試、施工和運(yùn)維等方面經(jīng)驗(yàn)豐富，中歐雙方具有較高的產(chǎn)業(yè)鏈互補(bǔ)特性。

李錚等[4]分析了國內(nèi)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展趨勢(shì)，并從細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域介紹了海上風(fēng)電行業(yè)前沿技術(shù)。孫財(cái)新等[5]分析認(rèn)為，國內(nèi)海上風(fēng)電機(jī)組大部分部件與系統(tǒng)具備國產(chǎn)化條件，但少部分核心元器件仍然不具備生產(chǎn)能力。肖然[6]針對(duì)海上浮式基礎(chǔ)子系統(tǒng)做了深入對(duì)比分析。文獻(xiàn)[7-8]對(duì)漂浮式風(fēng)機(jī)各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了梳理分析。

目前全球漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，針對(duì)漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀研究相對(duì)較少，特別是針對(duì)中歐雙方漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈互補(bǔ)特性暫未有系統(tǒng)性研究。本文對(duì)漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理，在漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組、浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)海纜等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，對(duì)比分析了中歐雙方細(xì)分領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，探討了漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈合作重點(diǎn)領(lǐng)域，提出了中歐合作路徑。

1 合作基礎(chǔ)

中歐雙方海上風(fēng)電在政府、企業(yè)、智庫等方面具有良好合作基礎(chǔ)和深度交流經(jīng)驗(yàn)，雙方合作需求強(qiáng)烈、前景廣闊，有望成為中歐發(fā)揮互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、加快清潔能源創(chuàng)新合作的重點(diǎn)領(lǐng)域。

1.1 政府合作框架完善

中歐在環(huán)境氣候與能源領(lǐng)域的合作始于20世紀(jì)90年代，是最早納入雙方政府合作的領(lǐng)域之一，雙方在海上風(fēng)電領(lǐng)域建立了堅(jiān)實(shí)的合作基礎(chǔ)。2009年，中荷雙方簽署了《中荷能源合作諒解備忘錄》，并于2014年增加了中荷海上風(fēng)電合作計(jì)劃。2013年，中英雙方簽署了《中國國家能源局和英國貿(mào)易投資總署關(guān)于中英海上風(fēng)電合作的諒解備忘錄》，2015年簽訂《中英海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)合作指導(dǎo)委員會(huì)合作協(xié)議》，雙方逐步形成長效機(jī)制。2018年，中丹雙方簽署了《中丹“質(zhì)量海上風(fēng)電”合作實(shí)施協(xié)議》，共同推動(dòng)了多項(xiàng)合作業(yè)務(wù)。2020年9月，國家能源局成立中歐能源技術(shù)創(chuàng)新合作辦公室，為中歐能源企業(yè)聯(lián)合開展綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用提供對(duì)接平臺(tái)。

1.2 企業(yè)交流不斷深入

在技術(shù)合作的基礎(chǔ)上，國投電力、上海電氣、長江三峽等中國企業(yè)與歐盟企業(yè)在項(xiàng)目投資上開展了多項(xiàng)合作。2019年上半年，法國電力集團(tuán)與國家能源投資集團(tuán)合作，共同投資位于江蘇省沿海的東臺(tái)四期和五期海上風(fēng)電項(xiàng)目，是外資首次投資和運(yùn)營中國海上風(fēng)電場(chǎng)的項(xiàng)目。在“引進(jìn)來”的同時(shí)，我國海上風(fēng)電企業(yè)也積極邁出“走出去”步伐。2021年，明陽智能與英國國際貿(mào)易部(Department for International Trade，DIT)簽署了諒解備忘錄，雙方將合作落實(shí)明陽在英國的海上風(fēng)電投資計(jì)劃。同年，中海油公開其將參與蘇格蘭Green Volt 480 MW浮式風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)，該項(xiàng)目將成為英國首個(gè)、歐洲第二個(gè)為油氣平臺(tái)供電的海上風(fēng)電項(xiàng)目。

1.3 智庫溝通日益頻繁

中歐高校等智庫開展了深入的交流溝通，其中：華北電力大學(xué)與挪威研究中心、卑爾根大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)共同完成海上風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)行控制技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、尾流快速計(jì)算和集成建模；河海大學(xué)與挪威WindSim等企業(yè)合作，開展海上風(fēng)電場(chǎng)堵塞效應(yīng)評(píng)估及機(jī)組優(yōu)化布局合作研究，積極提升我國海上風(fēng)電場(chǎng)資源評(píng)估及優(yōu)化布局技術(shù)；大連理工大學(xué)與丹麥科技大學(xué)、荷蘭Marin公司聯(lián)合開展國際能源署OC6項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要研究漂浮式海上風(fēng)機(jī)、數(shù)值模型開發(fā)與實(shí)驗(yàn)，可為國產(chǎn)化海上風(fēng)機(jī)仿真軟件開發(fā)提供指導(dǎo)與經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2 產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)與評(píng)價(jià)體系

從項(xiàng)目全生命周期劃分看，漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈包括勘察設(shè)計(jì)、裝備制造、施工建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)[9]和退役回收等階段，以及漂浮式海上風(fēng)機(jī)機(jī)組、浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)海纜、集中送出[10]、施工運(yùn)輸與安裝等環(huán)節(jié)[11]。本文從縱向和橫向2個(gè)方面進(jìn)行解析，全方位研究和評(píng)估中歐在漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈方面的發(fā)展現(xiàn)狀與比較優(yōu)勢(shì)。

2.1 縱向解析

對(duì)中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈各關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行縱向解析，明確各關(guān)鍵環(huán)節(jié)子系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)和各環(huán)節(jié)內(nèi)子系統(tǒng)個(gè)數(shù)如圖1所示，具體如下：

圖1 漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)Fig.1 Floating offshore wind power industry chain

1）漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組。中歐具備浮式海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的廠商主要有維斯塔斯、西門子歌美颯、明陽智能、中國海裝等。根據(jù)其組成部分和整體架構(gòu)，主要分為葉片、主軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制策略、控制裝備和塔筒共7個(gè)子系統(tǒng)。

2）浮式基礎(chǔ)。海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)的浮體為風(fēng)電機(jī)組提供浮力和支撐，主要分為駁船式、半潛式、張力腿式和立柱式[12-14]。中歐具有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)主要有中集來福士、中海油、中國三峽、中船、中國電建、Equinor和Saitec等，具備制造能力的企業(yè)主要有海洋石油工程、廣州文船重工、惠生重工、Aker Solutions、SBM Offshore等。根據(jù)其結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)特性，主要分為浮體結(jié)構(gòu)和調(diào)載系統(tǒng)共2個(gè)子系統(tǒng)。

3）系泊及錨固系統(tǒng)。系泊系統(tǒng)主要有懸鏈?zhǔn)胶蛷埦o式，錨固系統(tǒng)主要有開抓錨、樁錨、吸力錨、重力錨等[15]。中歐主要制造企業(yè)包括亞星錨鏈、青島錨鏈、MacGregor和Vryhof等。根據(jù)其整體結(jié)構(gòu)，主要分為系泊鏈、系泊系統(tǒng)配件、錨固基礎(chǔ)共3個(gè)子系統(tǒng)。

4）動(dòng)態(tài)海纜。動(dòng)態(tài)海纜是浮式風(fēng)機(jī)與靜態(tài)海底電纜間的連接設(shè)備，一般具有鏈形、魚骨形和星形3種連接方式，以及懸鏈線、緩波、系纜波3種線型。其代表性企業(yè)包括寧波東方、亨通高壓、中天科技、Nexans、Aker Solutions、JDR、Prysmian等，開發(fā)與供應(yīng)目前主要集中于歐洲。根據(jù)其整體結(jié)構(gòu)，主要分為動(dòng)態(tài)海纜本體、動(dòng)態(tài)海纜附件2個(gè)子系統(tǒng)。

5）集中送出系統(tǒng)。該系統(tǒng)是各風(fēng)電機(jī)組電力匯集后，將電能從海上遠(yuǎn)距離傳輸?shù)疥懮系妮旊娤到y(tǒng)[4]。目前主要有高壓交流送出、柔性直流送出[16]、低頻交流送出3種形式[17-19]。考慮到集中送出與常規(guī)海上風(fēng)電項(xiàng)目差異較小，暫不設(shè)置子系統(tǒng)。

6）勘察設(shè)計(jì)。勘察設(shè)計(jì)涵蓋建設(shè)海域的風(fēng)、浪、流、土環(huán)境要素的全方位觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，浮體和主機(jī)設(shè)計(jì)需進(jìn)行多輪迭代計(jì)算。已建項(xiàng)目參與企業(yè)主要有中電建中南院、三峽上海院、中國海裝、天津海油工程、Technip、Subsea 7、DEME、Aker Solutions等。根據(jù)浮式海上風(fēng)電勘察設(shè)計(jì)的內(nèi)容，主要分為勘察技術(shù)、一體化設(shè)計(jì)、計(jì)算分析軟件、模型試驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共5個(gè)子系統(tǒng)。

7）施工運(yùn)輸與安裝。漂浮式海上風(fēng)電施工工藝、船機(jī)裝備、適用條件、施工窗口期等方面與固定式有較大差異，主要參與企業(yè)有中交三航局、廣州打撈局、龍?jiān)凑袢A、Herima、Subsea 7、Van Oord、DEME、Saipem、Boskalis等。根據(jù)其工作內(nèi)容，主要分為錨固系統(tǒng)施工、風(fēng)機(jī)安裝施工、運(yùn)輸物流技術(shù)、整機(jī)就位技術(shù)4個(gè)子系統(tǒng)。

8）運(yùn)行維護(hù)。漂浮式海上風(fēng)電位于深遠(yuǎn)海海域，具有海洋環(huán)境惡劣、窗口期短、風(fēng)電機(jī)組可及性差的特點(diǎn)。國內(nèi)尚未形成漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)體系，而歐洲在多個(gè)小規(guī)模樣機(jī)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)過程中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)運(yùn)維工程特點(diǎn)，主要分為運(yùn)維保障體系、運(yùn)維船機(jī)、運(yùn)維港口、數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)等4個(gè)子系統(tǒng)。

9）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)漂浮式風(fēng)電運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，構(gòu)造數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，對(duì)其安全狀況和運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和評(píng)估。歐洲監(jiān)測(cè)技術(shù)已在商業(yè)化漂浮式風(fēng)場(chǎng)中得到應(yīng)用。

2.2 橫向解析

本文從技術(shù)、制造和產(chǎn)品3個(gè)維度對(duì)上述各關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行橫向解析。其中：技術(shù)方面包括技術(shù)先進(jìn)性、技術(shù)成熟度和創(chuàng)新能力3個(gè)指標(biāo)；制造方面包括制造工藝水平、制造產(chǎn)能和產(chǎn)業(yè)鏈完備程度3個(gè)指標(biāo)[20-21]；產(chǎn)品方面包括產(chǎn)品價(jià)格水平、市場(chǎng)占有率和產(chǎn)品可靠性3個(gè)指標(biāo)。表1為中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈子系統(tǒng)橫向評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)分辦法。

表1 中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈子系統(tǒng)橫向評(píng)價(jià)體系Tab.1 Horizontal evaluation system for the subsystem of China-Europe floating offshore wind power industry chain

2.3 計(jì)算方法

本文通過綜合指標(biāo)分析法計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)得分，綜合得分由評(píng)議賦值、調(diào)研賦值、子系統(tǒng)權(quán)重綜合計(jì)算得到。橫向維度中，技術(shù)創(chuàng)新能力、制造綜合、產(chǎn)品綜合以企業(yè)維度呈現(xiàn)，通過對(duì)中歐雙方行業(yè)頭部企業(yè)進(jìn)行比較，評(píng)估其在全球范圍內(nèi)的水平；技術(shù)先進(jìn)性和成熟度以國家、地區(qū)維度呈現(xiàn)，將中國和歐洲作為整體對(duì)象進(jìn)行發(fā)展情況比較。

2.3.1 評(píng)議賦值與調(diào)研賦值

采用專家會(huì)議法，邀請(qǐng)m位(m≥9)行業(yè)專家組建專家評(píng)議組，通過盲評(píng)、篩選、排序、評(píng)議修正的方式，集體決策確定專家評(píng)議賦值，表達(dá)式如下：

式中：Aj為第j個(gè)子系統(tǒng)某橫向維度評(píng)議綜合賦值；ai為第i位專家打分；Δi為專家組綜合評(píng)議修正系數(shù)。

采用問卷調(diào)研法，邀請(qǐng)n位(n≥5)企業(yè)專家分別進(jìn)行評(píng)分與賦值說明，根據(jù)企業(yè)專家的工作年限、工作經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)符合度分別賦予權(quán)重Ni，計(jì)算專家調(diào)研賦值，表達(dá)式如下：

式中：Wj為第j個(gè)子系統(tǒng)某橫向維度專家綜合賦值；bi為第i位專家問卷打分結(jié)果。

最終通過評(píng)議賦值和調(diào)研賦值的平均值，作為該項(xiàng)指標(biāo)的專家綜合賦值打分結(jié)果。

2.3.2 子系統(tǒng)權(quán)重

根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)子系統(tǒng)劃分，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)置權(quán)重系數(shù)Pj，關(guān)鍵環(huán)節(jié)各子系統(tǒng)權(quán)重之和為1，并通過百分制換算，得到9個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中歐對(duì)比綜合等效得分。

式中Sz為第z個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)專家綜合賦值。漂浮式海上風(fēng)電各關(guān)鍵環(huán)節(jié)子系統(tǒng)權(quán)重如表2所示。

表2 漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈子系統(tǒng)權(quán)重Tab.2 Weights of floating offshore wind power industry chain subsystems

2.4 示范項(xiàng)目情況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球已建成或在建漂浮式海上風(fēng)電示范項(xiàng)目已超過30項(xiàng)，中國已先后建成“三峽引領(lǐng)號(hào)”“扶搖號(hào)”“海油觀瀾號(hào)”和“國能共享號(hào)”共4臺(tái)樣機(jī)，正在籌備建設(shè)海南萬寧漂浮式示范項(xiàng)目。部分典型項(xiàng)目的概況如表3所示。

表3 漂浮式海上風(fēng)電典型項(xiàng)目情況Tab.3 Typical project situation of floating offshore wind power

2.5 對(duì)比結(jié)果

通過對(duì)有關(guān)項(xiàng)目的調(diào)研，通過多方專家驗(yàn)證討論，形成中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈體系對(duì)比結(jié)果，如圖2所示。

圖2 中歐漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵環(huán)節(jié)得分對(duì)比圖Fig.2 Comparison of key points for floating offshore wind power between China and Europe

在技術(shù)方面，歐洲在漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)先進(jìn)性、成熟度等全面領(lǐng)先于中國，特別是在動(dòng)態(tài)海纜、勘察設(shè)計(jì)、浮式基礎(chǔ)等方面差異較大，在集中送出、系泊及錨固系統(tǒng)方面差異相對(duì)較小。

在制造方面，歐洲在漂浮式海上風(fēng)電制造產(chǎn)能、工藝水平等方面總體強(qiáng)于中國，但得益于中國完整的工業(yè)制造體系，中國的浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)制造水平不落后于歐洲。

在產(chǎn)品方面，中歐市場(chǎng)占有率和產(chǎn)品可靠性差距不大，中國產(chǎn)品價(jià)格具有較大優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模超過歐洲，傳承自海上風(fēng)電的漂浮式機(jī)組以微弱優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先歐洲。

總體來看，中國漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展水平落后于歐洲，但得益于近年來中國海上風(fēng)電的快速發(fā)展和海洋油氣行業(yè)的多年積累，中國在漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組、浮式基礎(chǔ)建造、系泊及錨固系統(tǒng)制造等方面與歐洲的差距并不大。

3 重點(diǎn)合作領(lǐng)域

中歐雙方在漂浮式海上風(fēng)電領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有巨大的合作前景。根據(jù)中歐產(chǎn)業(yè)鏈詳細(xì)對(duì)比分析，系統(tǒng)梳理出了下述重點(diǎn)合作領(lǐng)域。

3.1 科學(xué)技術(shù)研發(fā)

1）葉片翼型設(shè)計(jì)與碳纖維應(yīng)用。中歐葉片產(chǎn)業(yè)鏈、上下游環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)材料均成熟可靠，但技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈方面具有一定互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。葉片翼型設(shè)計(jì)方面，歐方在新翼型和新技術(shù)應(yīng)用方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但中方產(chǎn)品更新迭代更快。碳纖維方面，歐方應(yīng)用較早，碳纖維葉片測(cè)試體系完善，工藝水平和流程質(zhì)量管控較優(yōu)。中歐雙方可以在葉片翼型設(shè)計(jì)、碳纖維材料應(yīng)用和基礎(chǔ)理論研究等方面開展深入合作，共同推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化。

2）漂浮式風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)與策略研究。控制系統(tǒng)需滿足最大風(fēng)功率追蹤、機(jī)組安全運(yùn)行、電網(wǎng)兼容性要求，控制變量受風(fēng)、浪、流的聯(lián)合影響，載荷控制難度較大。總體來看，歐方技術(shù)已取得現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，相對(duì)成熟；中方研究和試驗(yàn)仍處于摸索階段。建議中方積極引進(jìn)歐方的先進(jìn)控制技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在漂浮式風(fēng)電動(dòng)靜載荷平衡與電能質(zhì)量控制等方面開展合作。

3）新型浮體結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用。歐洲環(huán)境條件優(yōu)越，深水區(qū)域離岸近，對(duì)半潛式、駁船式、立柱式和張立腿式等多種形式均有試驗(yàn)樣機(jī)和商業(yè)化的應(yīng)用。中國起步較晚，受水深、場(chǎng)地資源及海況環(huán)境限制，樣機(jī)型式只有半潛式，不具備其他浮式基礎(chǔ)形式安裝試驗(yàn)條件。中方可以聯(lián)合歐方相關(guān)企業(yè)，針對(duì)國內(nèi)海域特點(diǎn)，研究和開發(fā)具有適應(yīng)性的新型浮體結(jié)構(gòu)。

4）浮體動(dòng)態(tài)調(diào)載系統(tǒng)創(chuàng)新示范。動(dòng)態(tài)調(diào)載系統(tǒng)通過控制浮體及系泊系統(tǒng)的壓載、相對(duì)位移，保證姿態(tài)穩(wěn)定和風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。歐洲Principle Power設(shè)計(jì)的浮式平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用較為先進(jìn)的調(diào)載系統(tǒng)，相關(guān)調(diào)載設(shè)備技術(shù)相對(duì)成熟。雖然調(diào)載系統(tǒng)設(shè)備制造相對(duì)簡(jiǎn)單，但其核心難點(diǎn)是動(dòng)態(tài)調(diào)載系統(tǒng)的控制技術(shù)。建議中方聯(lián)合歐方相關(guān)企業(yè)，發(fā)揮中方產(chǎn)業(yè)制造和成本優(yōu)勢(shì)，加大控制技術(shù)研發(fā)投入，促進(jìn)適用于國內(nèi)海域的動(dòng)態(tài)調(diào)載系統(tǒng)應(yīng)用。

5）高電壓等級(jí)動(dòng)態(tài)海纜制造與總體方案優(yōu)化。受益于海上油氣平臺(tái)臍帶纜研發(fā)，中方基本掌握油氣用動(dòng)態(tài)海纜技術(shù)，但在海上風(fēng)電產(chǎn)品研發(fā)、示范應(yīng)用和運(yùn)行維護(hù)方面有所欠缺，特別是66 kV以上電壓等級(jí)動(dòng)態(tài)海纜研發(fā)相對(duì)滯后。建議中方依托國產(chǎn)材料的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合歐方Nexans、Aker Solutions、JDR、Prysmian等企業(yè)，研究機(jī)-電-熱耦合作用下動(dòng)態(tài)海纜力學(xué)性能、絕緣性能及海纜發(fā)熱問題，并對(duì)動(dòng)態(tài)海纜總體方案進(jìn)行優(yōu)化。

6）一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、規(guī)范與軟件研究。漂浮式風(fēng)機(jī)是一個(gè)氣動(dòng)、水動(dòng)力以及系泊載荷等高度耦合的集成系統(tǒng)，通過一體化設(shè)計(jì)有利于優(yōu)化成本和提高可靠性。歐洲具有成熟的一體化設(shè)計(jì)軟件和獨(dú)立版權(quán)，形成了以風(fēng)機(jī)廠家-海工設(shè)計(jì)單位-大學(xué)-科研院所為主體的研究系統(tǒng)。中方僅有個(gè)別一體化設(shè)計(jì)樣機(jī)案例，且其設(shè)計(jì)主要采用歐洲規(guī)范和商業(yè)化軟件，暫未形成符合中國海域特點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算方法。建議中方以技術(shù)咨詢或設(shè)計(jì)審核的方式引進(jìn)OrcaFlex、FloWave TT相關(guān)軟件和企業(yè)，通過試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案樣機(jī)建設(shè)和試驗(yàn)測(cè)試，同時(shí)聯(lián)合歐方相關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)，編制適合中國實(shí)際的設(shè)計(jì)規(guī)范。

7）漂浮式風(fēng)電發(fā)電量評(píng)估技術(shù)咨詢。中歐在風(fēng)資源評(píng)估、發(fā)電量預(yù)測(cè)、海洋氣象勘測(cè)等方面存在一定差異。結(jié)合深遠(yuǎn)海的氣象條件、海況和洋流情況，中國可與歐洲企業(yè)合作，通過專業(yè)軟件，對(duì)漂浮式風(fēng)電發(fā)電量進(jìn)行仿真模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)，評(píng)估發(fā)電性能及電量損失機(jī)理，開展控制策略優(yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用。

8）物流保障體系技術(shù)咨詢。漂浮式海上風(fēng)電浮體體積大、質(zhì)量大，運(yùn)輸過程中對(duì)天氣狀況要求高，船機(jī)能力和協(xié)調(diào)手續(xù)挑戰(zhàn)大。建議中方聯(lián)合歐方Floatation Energy、Wood Group等產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，開展超大容量風(fēng)機(jī)和浮體的運(yùn)輸儲(chǔ)存方法研究，針對(duì)安裝、拖航問題提出合理化解決方案，開展規(guī)模化和批量化運(yùn)輸，提高物流效率和減少運(yùn)輸成本。

3.2 產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈支持

1）風(fēng)電機(jī)組主軸承制造工藝。風(fēng)電主軸承對(duì)壽命及可靠性要求較高，中方軸承加工和設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)較弱，尚無漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用案例。舍弗勒、SKF、NTN等企業(yè)占據(jù)中國市場(chǎng)大部分份額，是制約中方風(fēng)機(jī)產(chǎn)能的關(guān)鍵因素之一。建議發(fā)揮歐方先進(jìn)工藝和技術(shù)水平優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮中方原材料和市場(chǎng)價(jià)格方面優(yōu)勢(shì)，從技術(shù)先進(jìn)性、成熟度及制造工藝水平等方面全面提升軸承的制造能力。

2）系泊及錨固系統(tǒng)關(guān)鍵附件生產(chǎn)制造。在系泊錨鏈和錨固基礎(chǔ)方面，中歐制造能力、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品成熟度基本持平，歐方在鋼絲繩、高模量聚乙烯(high modulus polyethylene，HMPE)深水系泊纜型式、張緊器等關(guān)鍵附件方面具有優(yōu)勢(shì)。近期深水系泊應(yīng)用場(chǎng)景較少，建議中方聚焦在以張緊器為代表的系泊及錨固系統(tǒng)關(guān)鍵附件領(lǐng)域，聯(lián)合歐方First Marine、OSI Renewables等企業(yè)，共同推進(jìn)科技合作和共同研發(fā)。

3）動(dòng)態(tài)海纜附件集成系統(tǒng)與絕緣材料。在水下濕式連接頭制造和防彎器、浮力塊設(shè)計(jì)方面，歐方能夠根據(jù)海纜的應(yīng)用工況提供定制化解決方案和應(yīng)用案例，而中方研究缺乏系統(tǒng)性，產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)較少。中方抗水樹絕緣材料供應(yīng)鏈未形成，暫無成熟產(chǎn)品上市。建議中歐共同開發(fā)與纜體配套的附件系統(tǒng)，解決動(dòng)態(tài)海纜的海上安裝問題；研究耐壓環(huán)境下電纜性能通電測(cè)試和阻水要求，保證海纜在惡劣海洋環(huán)境下的長期安全運(yùn)行。

4）錨固裝置施工技術(shù)與裝備制造。歐洲在樁錨、抓力錨、重力錨方面施工工藝先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)豐富，處于世界領(lǐng)先水平。結(jié)合扶搖號(hào)施工經(jīng)驗(yàn)，中國吸力錨施工研究與世界同步，但樁錨施工技術(shù)及裝備有待提高。歐洲海洋企業(yè)在裝備方面較優(yōu)，特別是在深海海底施工方面具備優(yōu)勢(shì)地位。建議中方施工企業(yè)依托項(xiàng)目開發(fā)，積極與Heerema等國際企業(yè)合作，引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)步和提高管理水平。

5）漂浮式風(fēng)機(jī)整裝施工技術(shù)及裝備制造。歐方在碼頭整裝、機(jī)位點(diǎn)安裝及近岸安裝方面經(jīng)驗(yàn)豐富，施工工藝世界領(lǐng)先。中方設(shè)備制造能力較強(qiáng)，歐洲最新自升式吊裝平臺(tái)大部分在中國制造，相關(guān)產(chǎn)品裝備已全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但中國僅有碼頭整裝技術(shù)，大部分企業(yè)施工工藝水平有待提高。建議中方施工企業(yè)積極與Subsea 7、DEME、Cadeler等歐洲企業(yè)合作，加強(qiáng)交流溝通和技術(shù)引進(jìn)，同時(shí)發(fā)揮中國制造和成本優(yōu)勢(shì)，拓展市場(chǎng)并促進(jìn)降本增效。

6）浮式基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)鏈合作。中方具有完整的浮體結(jié)構(gòu)制造及上游原材料產(chǎn)業(yè)鏈，掌握了大型浮體結(jié)構(gòu)物的建造技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)能力。歐方缺乏配套供應(yīng)鏈所必需的基礎(chǔ)設(shè)施，風(fēng)電場(chǎng)所在國本地供應(yīng)鏈不足50%。建議挖掘中方制造企業(yè)產(chǎn)能潛力，通過中方制造、分段運(yùn)輸、歐洲總裝的形式，打通中歐制造供應(yīng)壁壘，引導(dǎo)中方產(chǎn)業(yè)“走出去”，彌補(bǔ)歐方浮式基礎(chǔ)制造產(chǎn)能不足。

3.3 開發(fā)與政策監(jiān)管

1）柔性低頻交流輸電技術(shù)(low frequency alternating current，LFAC)示范應(yīng)用。低頻送出技術(shù)是一種結(jié)合了直流輸電與交流輸電優(yōu)勢(shì)的新型技術(shù)，中歐均處于科研示范階段。2022年，中國建成世界上第一個(gè)35 kV低頻輸電示范項(xiàng)目。建議中方結(jié)合歐洲西門子、施耐德等電氣設(shè)備廠家的工程經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、人才積淀，共同推進(jìn)LFAC在漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用，為中遠(yuǎn)海洋地區(qū)提供更加經(jīng)濟(jì)高效的輸電方式。

2）運(yùn)維保障體系、船機(jī)和檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)咨詢。歐洲漂浮式風(fēng)機(jī)運(yùn)維管理體系和船機(jī)完善，運(yùn)維檢測(cè)系統(tǒng)研制相對(duì)成熟，通過多年積累的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開展了系統(tǒng)管理和智慧運(yùn)維。中國機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較短，運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)和船機(jī)設(shè)備缺乏，體系尚不成熟。建議中方委托歐方ZynQ 360、Sennen等相關(guān)企業(yè)技術(shù)咨詢，通過數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)或技術(shù)方案評(píng)審，實(shí)施運(yùn)維培訓(xùn)、運(yùn)維裝備制造及數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)服務(wù)。

3）漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目合作開發(fā)。歐洲已有商業(yè)化風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)營，中方仍以單臺(tái)樣機(jī)示范為主，缺少樣機(jī)示范到商業(yè)化、規(guī)模化開發(fā)的過渡經(jīng)驗(yàn)。建議中方與歐方殼牌、挪威石油等開發(fā)企業(yè)開展合作，借鑒歐洲在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維方面的良好經(jīng)驗(yàn)，從工程、質(zhì)量、進(jìn)度、預(yù)算和安全管理等方面對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)共同探討商業(yè)合作模式，在海外第三方市場(chǎng)共同開拓漂浮式海上風(fēng)電。

4）漂浮式海上風(fēng)電規(guī)劃與政策監(jiān)管。中歐在海上風(fēng)電規(guī)劃方面均有豐富經(jīng)驗(yàn)和成熟政策管理機(jī)制，但歐方在漂浮式海上風(fēng)電的監(jiān)督管理體系、開發(fā)權(quán)分配機(jī)制、財(cái)稅政策支持等方面相對(duì)完善。中歐應(yīng)互相借鑒規(guī)劃與政策監(jiān)管方面思路，共同完善漂浮式海上風(fēng)電政策體系建設(shè)。

4 合作路徑

4.1 基本思路

中歐漂浮式海上風(fēng)電合作應(yīng)堅(jiān)持“增強(qiáng)互信、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互惠互利、全球共享”的基本思路，采取試驗(yàn)交流、合作建設(shè)、規(guī)模應(yīng)用、全球推廣的“四步走”戰(zhàn)略，在項(xiàng)目開發(fā)和技術(shù)制造2方面開展廣泛交流與合作[22-23]，合作路徑如圖3所示。建議合作進(jìn)程分為4個(gè)階段進(jìn)行推進(jìn)，4個(gè)階段分別為試驗(yàn)交流階段(2023—2025年)、合作建設(shè)階段(2025—2028年)、規(guī)模應(yīng)用階段(2029—2035年)、全球推廣階段(2035—2050年)。預(yù)計(jì)到2050年，實(shí)現(xiàn)全球推廣，共同助力全球低碳能源轉(zhuǎn)型。

圖3 中歐漂浮式海上風(fēng)電合作路徑圖Fig.3 Cooperation path for floating offshore wind power between China and Europe

4.2 試驗(yàn)交流階段

近期(2023—2025年)，依托海南漂浮式示范項(xiàng)目開展樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)和漂浮式海上風(fēng)電研發(fā)中心設(shè)立工作，引導(dǎo)部分行業(yè)問題形成初步共識(shí)，形成撬動(dòng)漂浮式海上風(fēng)電發(fā)展的支點(diǎn)。

1）打造樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)。參考福建興化灣模式，依托漂浮式示范項(xiàng)目，引進(jìn)多種漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組、浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)海纜等關(guān)鍵技術(shù)與樣機(jī)設(shè)備，將主流廠家典型機(jī)組和基礎(chǔ)形式安裝在同一風(fēng)況相近海域，打造漂浮式海上風(fēng)電樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)與“比武平臺(tái)”，消化吸收有關(guān)勘察設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工安裝經(jīng)驗(yàn)。

2）成立漂浮式海上風(fēng)電研發(fā)中心。結(jié)合中英、中丹、中荷等合作框架，在漂浮式示范項(xiàng)目相關(guān)區(qū)域掛牌成立漂浮式海上風(fēng)電研發(fā)中心。邀請(qǐng)挪威科技大學(xué)、西班牙IH Cantabria研究院、BW Ideol等歐洲高校和研究機(jī)構(gòu)在國內(nèi)設(shè)置科研院所，與上海交通大學(xué)、中國海洋大學(xué)、河海大學(xué)、水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院、華能清能院等中方科研機(jī)構(gòu)，開展創(chuàng)新課題研究和人才交流，構(gòu)建漂浮式核心技術(shù)策源地，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合。

4.3 合作建設(shè)階段

中期(2025—2028年)，中歐逐步開展項(xiàng)目合作開發(fā)和配套產(chǎn)業(yè)建設(shè)。在積累勘察設(shè)計(jì)、裝備制造、施工安裝經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)降本增效和區(qū)域市場(chǎng)合作開發(fā)。

1）示范項(xiàng)目合作開發(fā)。參考中法海上風(fēng)電合作開發(fā)模式，結(jié)合全國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃情況，鼓勵(lì)中國電建集團(tuán)、三峽集團(tuán)、華能集團(tuán)等開發(fā)企業(yè)與殼牌、道達(dá)爾等歐洲能源開發(fā)企業(yè)合作，在浙江南部、廣東西部、海南東部和離岸近、水深適宜、風(fēng)能良好的歐洲海域，開展中歐漂浮式海上風(fēng)電合作示范項(xiàng)目。

2）配套產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)。以中歐企業(yè)合資或技術(shù)引進(jìn)的形式，在示范項(xiàng)目區(qū)域推進(jìn)產(chǎn)業(yè)園落地，引導(dǎo)整機(jī)、浮體、錨鏈、動(dòng)態(tài)海纜等制造企業(yè)入駐，形成漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)制造基地，支撐漂浮式海上風(fēng)電建設(shè)及運(yùn)維，進(jìn)一步推動(dòng)設(shè)備出口，逐步形成“外溢”效應(yīng)。

4.4 規(guī)模應(yīng)用階段

遠(yuǎn)期(2029—2035年)，中歐共同推動(dòng)項(xiàng)目規(guī)模化開發(fā)、產(chǎn)業(yè)降本增效和綜合利用技術(shù)應(yīng)用。

1）降本增效與規(guī)模化開發(fā)。推進(jìn)漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組、浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)海纜設(shè)計(jì)優(yōu)化，創(chuàng)新施工安裝方法和標(biāo)準(zhǔn)化制造流程，發(fā)揮項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)規(guī)模效益，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)降本增效。

2）漂浮式海上風(fēng)電綜合利用技術(shù)。探索漂浮式海上風(fēng)電與海洋油氣開發(fā)、海洋養(yǎng)殖、海水制氫[24]相結(jié)合，推動(dòng)沿海省市海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)落地和科技創(chuàng)新，構(gòu)建海洋產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展新格局。

4.5 全球推廣階段

遠(yuǎn)景(2035—2050年)，中歐共同完善國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定和第三方市場(chǎng)開發(fā)，最終助力全球低碳能源轉(zhuǎn)型。

1）國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。國際標(biāo)準(zhǔn)是國際貿(mào)易的基本要素和共同依據(jù)，采用國際標(biāo)準(zhǔn)有利于消除國際貿(mào)易上的技術(shù)壁壘，擴(kuò)大產(chǎn)品的出口。目前統(tǒng)一的浮式海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成，美國船級(jí)社(American Bureau of Shipping，ABS)、挪威船級(jí)社(Det Norske Veritas，DNV)等機(jī)構(gòu)已在逐步開展相關(guān)規(guī)范制定工作。中歐雙方共同推動(dòng)漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)控制、風(fēng)能資源預(yù)測(cè)、設(shè)備安裝、運(yùn)行維護(hù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制，建立健全檢測(cè)認(rèn)證體系，推動(dòng)相關(guān)規(guī)范和認(rèn)證體系的全球化應(yīng)用。

2）第三方市場(chǎng)開發(fā)。在雙方技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)完善、市場(chǎng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，運(yùn)用中歐在項(xiàng)目融資、建設(shè)和運(yùn)維方面的技術(shù)能力和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，共同在海外開拓漂浮式海上風(fēng)電資源，推動(dòng)?xùn)|南亞、非洲、南美洲等第三方市場(chǎng)開發(fā)，為中歐企業(yè)“走出去”積累成果和尋找機(jī)會(huì)，助力全球低碳能源轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)論

圍繞漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組、浮式基礎(chǔ)、系泊及錨固系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)海纜、集中送出、勘察設(shè)計(jì)、施工運(yùn)輸與安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面的產(chǎn)業(yè)鏈和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，建立了中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈與關(guān)鍵技術(shù)對(duì)比分析評(píng)價(jià)體系，其結(jié)果表明：

1）漂浮式海上風(fēng)電領(lǐng)域，中國和歐洲在政府合作、企業(yè)交流和智庫溝通等方面已建立了良好的溝通機(jī)制和合作基礎(chǔ)。

2）中國漂浮式海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展水平與歐洲具有一定差距，但得益于近年來中國海上風(fēng)電的快速發(fā)展和海洋油氣行業(yè)的多年積累，其整體差距較小，雙方差距更多體現(xiàn)在典型細(xì)分領(lǐng)域和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

3）中歐漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈具有良好的互補(bǔ)特性，在科學(xué)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈支持、政策監(jiān)管等方面可以開展深度合作。

致 謝

本文中漂浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈與關(guān)鍵技術(shù)研究工作是在中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司雷宇、郭曉輝，中電建新能源集團(tuán)股份有限公司唐洋、楊陽，殼牌(中國)有限公司國明光、付鑫等同志的大力支持下完成的，在此向他(她)們表示衷心的感謝。