第九屆全球海上風電大會我國深遠海風電設計技術的思考新能源工程院1開發潛力全球海上風電發展現狀75.2GW注：數據來源GWEC全球海上風電發展現狀75.2GW注：數據來源GWEC截至2023年底，全球海上風電總裝機容量達75.2GW，中國累計裝機量37.3GW，占比達50%，居世界第一；第二、第三依次為英國、德國。從區域布局看，海上風電主要分布在歐洲、中國和日本、韓國、越目前全球深遠海風電正逐步進入商業化開發階段，已建項目主要分布于歐洲和中國，中國已開展了柔性直流輸電、漂浮式風電試驗示范項目。HywindScotland風電場是全球首座商業化漂浮式風電場，裝機容量30MW，安裝5臺6MWHywindScotland風電場是全球首座商業化漂浮式風電場，裝機容量30MW，安裝5臺6MW風蘇格蘭HywindScotland遠海：英國HornseaOne風電場、德國HoheSee風電場、Albatros風電場、Sandbank風電場等離岸超過100km。深海：Hywind風電場、Windfloat風電場水深超過100m，尤其是Hywind風電場部分水深甚至超過200m。英國Seagreen是目前全球最深（最大水深為59m）的固定式基礎海上風電場，裝機容量為1.1GW，安裝114臺10.0MW海上風機，離岸距離約27km，采用3回225kV交流海纜送出，于2023年11月投產。遠海風電場：場區離海纜路由登陸點所在岸線最近距離大于深海風電場：場區水深大于理論最低潮位以下50m的風電場。歐洲是全球深遠海發展最早的區域，已實現規?；_發?！肺覈Ｉ巷L電發展現狀3729萬kW我國海上風電發展起步于2007年前后；2009年正式啟動全國海上風電規劃，采用特許權招標方式探索發展；2014年6月確定標桿電價后，我國海上風電迎來了穩定發展期。截至2023年底，我國海上累計裝機容量3729萬kW，主要分布在江蘇、廣東、山東、浙江、福建等省份，占全國總裝機的93%。》我國深遠海風電發展潛力我國近海風電資源預計在2030年之前大部分建成并網，未來海上風電的發展方向在深遠海。我國深遠海風電開發前景廣闊，專屬經濟區海上風電理論開發量約45億kW。2035年之前，我國深遠海風電總規劃容量約2.3億kW，規劃場址中心離岸距離在150km范圍內，水深在100m以內。其中，浙江、廣東、海南省具有廣闊的專屬經濟區，深遠海風電儲量較大。1開發潛力》海洋環境差異性極端波浪頻發、波況更為惡劣大氣、洋流等多動力場影響明顯相互作用惡劣海況預估困難極端波浪頻發、波況更為惡劣大氣、洋流等多動力場影響明顯相互作用惡劣海況預估困難極端流速有所降低內波、洋流相互作用無法忽視大尺度動力場發生機制尚不明確風平均風速相對更大且穩定極端風速出現頻次多臺風及海洋環境影響更復雜發電量折減系數依據不足加之運維復雜、設備故障率未知、大型風機不成熟等共同作用海洋水文條件評價困難多動力場耦合復雜，精確預報難度大，直接影響后續結構設計施工運維窗口期受限深遠海海洋環境復雜，施工和運維窗口期零散，管理成本增加結構型式差異性結構設計制造困難參數增多、控制目標愈加復雜某近海項目浙江某項目海南某項目結構設計制造困難參數增多、控制目標愈加復雜某近海項目浙江某項目海南某項目n尺寸：直徑7~10m樁長80m樁長70-100m導管架高90m+高40m+（樁+導管架）(浮體+附屬結構)結構連接復雜更深更大更重設計制造困難控制目標繁多近海：吊運分離一體化大水深/長距離大吊高/大尺寸施工窗口期短重量大/難度高高強輕質材料葉片性能設計精確制造工藝安裝維護技術深遠海風資源觀測及最大風速評估面臨的挑戰：亟需在臺風影響的深遠海海域，實施深遠海風資源觀測及最大風速評估面臨的挑戰：亟需在臺風影響的深遠海海域，實施安全、可靠的風資源測量；完善漂浮激光雷達數據分析方法以及基于歷史臺風特征參數的最大風速分析方法，進而構建深遠海風資源評估系統。浮式風機設計及評估浮式風機設計及評估面臨的挑戰：考慮不同海況入流風特性、深遠海大型風電場阻滯作用等，明確運動風機尾流解析模型。數據數據耦合計算模型實測數據和數值模擬相結合的全要素標準化數據庫拿高精度的深遠海環境全要素聯合評價體系》數據數據耦合計算模型實測數據和數值模擬相結合的全要素標準化數據庫拿高精度的深遠海環境全要素聯合評價體系n海洋環境惡劣，極端天氣頻發，海洋水文實測數據的獲取越來越困難n大氣、海洋、海浪等不同物理場相互作用更為復雜，缺乏全要素標準化數據庫n對海洋環境要素精準評估提出更高的要求，急需建立深遠海環境全要素聯合評價體系多要素、全天候、全自動的一體化觀測手段》深遠海風電勘察n面臨的挑戰：勘測裝備方面：傳統綜合勘測平臺、鉆探和取樣系統、原位測試設備等裝備已不能滿足深遠海風電場評價理論與方法方面：深遠海特殊沉積環境下深厚軟弱土層等不良地質條件普遍存在，精細化的不良重型部件施工經驗尚少，風險大，重型部件施工經驗尚少，風險大，現有市場船機資源少，海上施工成本高，方案論證困難程度不足，重量指標高于國外結構及設備須一體化分析，重量與設備可靠性綜合平衡難度大專業交互復雜，多學科優化設計邊界不清晰，重量指標優化困難建設挑戰：成套系統及設備可靠性要求嚴苛，換流站多學科集成交互設計重量控制難度高，海上施工作業挑戰大換流閥子模塊數量較多，換流閥整體功率密度的提升難度較大高壓大截面直流海纜對絕緣要求、深遠海風機結構設計針對大型機組和大水深條件的導管架基礎逐漸成為主流，并不斷突破國內海上風電應用水深的上限適用于漂浮式風電的大兆瓦風機成熟度低、可靠性待驗證，平臺建造安裝難度高，降本壓力大華電陽江青洲三導管架基礎三峽“引領號”深遠海導管架基礎吊裝海裝“扶搖號”深水多桶導管架基礎海油“觀瀾號”漂浮式風機結構建造、運輸、安裝n大兆瓦風機超長柔性葉片先進設計、超低頻穩定控制、降載增效、輕量n漂浮式基礎的體型巨大，對模塊生產與外場總組的車間、場地、起吊機械要求高，建造場地不宜小于5萬m2，國內現有生產基地難以滿足規?；_發需求。n平臺結構及附屬結構繁雜，設施類型多，生產工藝要求高、周期長，國內已建項目的單個漂浮式基礎的生產周期超過6個月，難以滿足開發建設的總體需求。n對下水碼頭等級要求高，碼頭等級不低于50000t級，前沿水深不小于10m。n國內現有滿足浮式基礎生產與出運的生產基地有限，無法完成規?；┕そㄔ臁建造場地、碼頭形式、風機吊裝能力等因素限制了基礎結構的設計，需改造。n超長柔性葉片可靠運輸與轉運、高效經濟的超長柔性單葉片安裝方案亟需優化n浮體平臺濕拖工藝復雜，施工運輸、船只控制要求高，受風浪影響大，效率低n適應浮體基礎運輸的大馬力拖輪船舶數量有限。1開發潛力(一)深遠海綜合勘測成套設備和巖土工程評價方法數字三維地震探測儀數字三維地震探測儀深水勘測平臺和船舶深水淺地層剖面儀深水鉆進原位測試設備為深遠海風電勘察提供基礎裝備與關鍵技術保障(二)遠海風電柔性直流友好送出系統解決方案送出方案總體綜合優選成熟性成熟性經濟性可靠性經濟性可靠性靈活性創新性靈活性創新性場站系統級優化設計跨專業協同配合設計關鍵性設備研發升級華東院工作我國第一個海上風電柔性低頻送出工程（玉環2號海上風電工程執行中）(二)遠海風電柔性直流友好送出系統解決方案2GW海上風電場輸變電系統經濟性分析220kV交流330kV交流500kV交流柔性直流220kV低頻(三)深遠海固定式與漂浮式風機基礎設計技術體系關鍵技術突破：支撐結構高精度、精細化、全局尋優，研發新型漂浮式結構方案(三)深遠海固定式與漂浮式風機基礎設計技術體系l導管架主體結構自主尋優優化設計方法迭代優化過程優化設計結果與關鍵結構響應對比優化設計-1優化設計-2優化設計-3參考設計結構總質量(噸)1482(best)迭代次數-最大應力(MPa)267.4262.0266.7288.7最大位移(mm)86.7184.4385.1487.12最大頂部旋轉(o)0.2920.2920.2900.309最大泥面位移(mm)最大泥面旋轉(o)0.1160.1200.1180.120應力云圖比較結構整體旋轉云圖比較結構整體位移云圖比較泥面處旋轉云圖比較(三)深遠海固定式與漂浮式風機基礎設計技術體系l導管架過渡段自主尋優優化設計方法整體平均應力水平上升，應力分布更均勻，應力集中現象減少結構總體質量大幅下降迭代優化過程優化體型（應力分布）演化過程(三)深遠海固定式與漂浮式風機基礎設計技術體系工程設計規范不完善，現場運行數據無，降本需求大運動性能、結構強度優化主尺度-水動力性能快速智能設計大型浮體局部時域應力一體化分析數值水池、物理水池CFD運動性能、結構強度優化主尺度-水動力性能快速智能設計大型浮體局部時域應力一體化分析數值水池、物理水池CFD多物理場多系統數值試驗高保真縮尺水池物理模型測試定位性能、可靠度提升荷載預測、主動控制深層卷積神經網絡實現荷載預測TMD、DP控制系統等控制手段非線性系泊、海床土作用新型材料、新型復合系泊方案(三)深遠海固定式與漂浮式風機基礎設計技術體系漂浮式基礎與系泊系統設計技術分布式單點式錨錨海上風電與海上光伏融合發展l最大限度地利用有限的海域資源l風光互補提高能源利用率實施海上“風光融合”發展，海上光伏應與風電場同期建設(四)海上風電與海上光伏融合發展l最大限度地利用有限的海域資源l風光互補提高能源利用率實施海上“風光融合”發展，海上光伏應與風電場同期建設自然資源部《關于規范海上光伏發電項目用海管理的通知》海上光伏項目僅支持在四類海域開展：核電溫