由陸向海、由淺到深、由固定基礎(chǔ)變漂浮式平臺(tái)...全球風(fēng)電深遠(yuǎn)海方向已定，漂浮式的經(jīng)濟(jì)性凸顯。

據(jù)克拉克森研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球規(guī)劃中的漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目超150個(gè)，裝機(jī)總量超100GW。GWEC最新報(bào)告預(yù)計(jì)，全球漂浮式風(fēng)電將從2020年的17MW增加到2030年的16.5GW。2022年DNV全新報(bào)告《漂浮式海上風(fēng)電：未來5年》指出，到2050年，全球漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目裝機(jī)量將高達(dá)264GW。

雖然我國海上風(fēng)電起步較晚，但隨著潮間帶、近海資源開發(fā)趨于飽和，走向深遠(yuǎn)海是發(fā)展必然。國家氣候中心數(shù)據(jù)顯示，深海風(fēng)資源總量約10億千瓦，相當(dāng)于近海風(fēng)資源的2倍，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

中國海上風(fēng)電今年正式邁入平價(jià)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，面向深遠(yuǎn)海，除風(fēng)機(jī)大型化外，漂浮式在海上風(fēng)電投資降本方面更具優(yōu)勢(shì)。

然而，漂浮式風(fēng)電目前尚處于初步發(fā)展階段，面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)有很多，包括風(fēng)機(jī)、基礎(chǔ)+系泊、動(dòng)態(tài)電纜、升壓換流站、運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的耦合分析等。

圖片來自“DNV”官網(wǎng)

有業(yè)內(nèi)人士表示，漂浮式研究的思路包括兩種：一是以風(fēng)電裝備的思路開展設(shè)計(jì)，將浮式平臺(tái)視作特殊的基礎(chǔ)支撐形式，一是以海工裝備的思路開展設(shè)計(jì)將風(fēng)電機(jī)組視作水面結(jié)構(gòu)物。但無論哪一種思路，漂浮式風(fēng)電的研究都需要將風(fēng)電技術(shù)和海洋工程技術(shù)深入融合。

自13年前，DNV 就一直致力于海上漂浮式風(fēng)電發(fā)展，并領(lǐng)導(dǎo)著該行業(yè)相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前全球有超過一半的海上漂浮式風(fēng)電試點(diǎn)項(xiàng)目都按照DNV的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

DNV還擔(dān)任了12個(gè)漂浮式風(fēng)電場(chǎng)交易的技術(shù)顧問，并參與了諸多浮式風(fēng)電場(chǎng)合作研發(fā)和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，如CONFLOWS、WIN WIN、LIFES50+，以及為浮式風(fēng)機(jī)分析提出了一項(xiàng)全新的聯(lián)合產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目（JIP）。

圖片來自“DNV”官網(wǎng)

與近海固定式海上風(fēng)電（單樁到導(dǎo)管架）相比，漂浮式風(fēng)電設(shè)計(jì)、分析等全過程環(huán)節(jié)更加復(fù)雜，并且更加依賴于計(jì)算能力，因?yàn)榉治霰仨毧紤]浮體水動(dòng)力學(xué)和系泊載荷。更精確的早期設(shè)計(jì)尤為重要，以避免與最終設(shè)計(jì)值產(chǎn)生較大偏差，從而給企業(yè)帶來巨額的成本損失。

作為漂浮式風(fēng)機(jī)集成負(fù)載分析高級(jí)工具供應(yīng)商的領(lǐng)先者，早在20世紀(jì)50年代，DNV就已致力于研究更高效的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的有限元分析課題，并于1969年正式發(fā)布了第一代突破性的強(qiáng)度分析軟件Sesam。

Sesam是用于海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的先進(jìn)工具，可以提供貫穿海洋結(jié)構(gòu)物整個(gè)生命周期的管理，進(jìn)行高效的初始設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的重新評(píng)估、改建和維修、運(yùn)營階段的分析計(jì)算，應(yīng)急響應(yīng)直至最后的拆卸與報(bào)廢。截止2022年，Sesam已經(jīng)積累了50+年全球應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)。

DNV漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工作流程

國際工程公司COWI是DNV風(fēng)機(jī)軟件解決方案Sesam的領(lǐng)先用戶，該公司在海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計(jì)市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。COWI目前在臺(tái)灣地區(qū)和歐洲運(yùn)行有多個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目，據(jù)介紹，其在每個(gè)階段都使用 Sesam，包括概念設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)載荷計(jì)算、耦合分析和仿真等，能精確捕捉漂浮式風(fēng)機(jī)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)響應(yīng)。借助Sesam解決方案，工程師在幾小時(shí)內(nèi)可測(cè)算數(shù)千個(gè)載荷工況案例，一天內(nèi)可運(yùn)行多次，極大加快設(shè)計(jì)進(jìn)程迭代，降低風(fēng)險(xiǎn)、縮短了交付時(shí)間。

COWI的高級(jí)工程師和項(xiàng)目經(jīng)理Erlend Gjelstad Jakobsen對(duì)DNV給予了高度認(rèn)可，“Sesam可以為我們?cè)O(shè)計(jì)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)量身定制，更精確的初始設(shè)計(jì)，更好的負(fù)載表現(xiàn)和更優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，讓概念更接近最終設(shè)計(jì)，降低成本風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，能更好的為客戶創(chuàng)造價(jià)值。”他說到，“海上風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展迅速，企業(yè)需要快速適應(yīng)，Sesam可以滿足市場(chǎng)的預(yù)期?！?/p>

隨著8-10MW海上風(fēng)機(jī)逐漸成熟，為降低風(fēng)場(chǎng)開發(fā)投資成本，業(yè)內(nèi)也更趨向于開發(fā)10-20MW的大型風(fēng)機(jī)，大功率浮式風(fēng)機(jī)在降本也越來越具有優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)這一趨勢(shì)，2020年，COWI向一個(gè)創(chuàng)新研究項(xiàng)目捐贈(zèng)了325萬丹麥克朗，以開發(fā)更有效的漂浮物設(shè)計(jì)方法。該項(xiàng)目被稱為 EMULF——“超大型浮動(dòng)風(fēng)機(jī)的有效數(shù)值方法”，由COWI與挪威科技大學(xué) (NTNU)、丹麥技術(shù)大學(xué) (DTU) 和挪威船級(jí)社DNV四方合作開發(fā)。

EMULF項(xiàng)目的目的是開發(fā)一種特定于浮動(dòng)風(fēng)系統(tǒng)的有效數(shù)值方法，降低浮體制造和安裝的成本，旨在用于設(shè)計(jì)未來超大型風(fēng)機(jī)的柔性浮體時(shí)模擬空氣動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)載荷和響應(yīng)的耦合，目前已經(jīng)取得了積極的成果。

當(dāng)前，漂浮式風(fēng)電面臨的挑戰(zhàn)在于成本和固定式風(fēng)機(jī)相比，仍然較高。隨著技術(shù)創(chuàng)新和示范項(xiàng)目的應(yīng)用，海上浮式風(fēng)電正在走向成熟，商用開發(fā)加速。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)保守預(yù)計(jì)，到2050年，漂浮式機(jī)組成本將下降38%。DNV擁有行業(yè)領(lǐng)先的4000多名專家團(tuán)隊(duì)，將不斷開發(fā)服務(wù)和解決方案，以支持安全、可靠和具有成本競(jìng)爭力的項(xiàng)目，并通過提供全生命周期的工具，努力推動(dòng)浮式風(fēng)電項(xiàng)目的商業(yè)化。