上海电气李华祥：新型漂浮式风机可以大幅降低成本

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

CWP2019进一步加强了大会的国际化特色，组织了20余场精彩论坛和各类活动。创新剧场-随"新"而动——风电新产品发布会于10月22日上午召开。上海电气风电集团李华祥出席论坛并作主旨发言。

以下为发言内容：

李华祥：大家好，我是上海电气李华祥，今天我介绍一下最新的漂浮式风机的技术成果。

大家都知道现在漂浮式在欧洲已经是成功的示范了，并且第一个商业化的浮式平台已经运行，就是说随着我们这个近海岸的浮式平台开发到一定程度，在深远海开发毫无疑问将是漂浮式的一个时代，但是我们中国现在漂浮式有一个问题，就是说我们的海域特点和欧洲是不一样的，我们的海域现在大部分处于35到50米的水深，这个水深固定式和漂浮式都是一个巨大的困难，所以这个问题目前来说是我们中国的一个独特的特点，谁要是把这个问题解决好那也是一个世界的难题。

我们上海电气一直在海上风机销量一直占据着领先的地位，所以也带动了我们其他海上基础的发展，其中一个就是说我们海上的装备，海上漂浮式平台的开发，我们海上漂浮式平台使用和使用和风机不太一样，风机一旦开发成功的话，你可以从一个海域到另一个海域完全一样的搬过去，可能有一些控制系统需要改变一下，但是我们这个漂浮式风机，漂浮式基础，它一定是根据不同的海域量身定制，不可以一次成型任何地方都可以使用，它是一个个性化的，所以我在介绍我们漂浮式风电基础的同时，同时要系统介绍一下我们这样一套系统在不同地方进行设计的时候它采用的一系列的系统基础。

我今天汇报的纲要具有四部分：第一个就是说典型的漂浮式风机基础，因为今天在座的大部分是圈内人士，所以我会花2至3页PPT介绍一下目前行业里面应用的比较具有代表性的风机基础，同时就是经过我的一个个人的理解进行一个深层的技术讨论。第二点就是过渡水深的问题与挑战，我们在这里面进行了深入的研究，也与同行进行交流。第三个是漂浮式基础的工程设计与关键技术，我上面有风机，底下有风机的基础，这套东西如何放在一个特定海域进行详细设计。最后一点就是前景和展望。

目前整个海上风机应用的水深和离岸距离的特点，大部分的水深还在20到30米水深范围，离岸距离也是在20到40公里比较多一点，严重受欧洲大量海上风电的数据的带动，因为欧洲海域条件非常好，离岸20公里它的水深利马就到了70米水深以上，所以我们中国现在目前处在离岸距离已经达了100公里都可以的，比如说我们上海电气自己开发了，这为后续的安装运维带来很大的困难。所以我总结一点，就是说目前整个欧洲世界，已经进入了深海之中，所以我们漂浮式平台是迫在眉睫的需要研制。中国处于过渡水深，过渡水深一般在30到50米，这个需要我们做一些改进。

目前漂浮式基础主要代表性的风力基础是三种，分别是立柱式、半潜式和张力，我们海洋工程里面漂浮式平台就这三种形式，所以我们漂浮风机完全借鉴海洋工程的经验，我们海洋工程有上百年的成功经验，半潜式浮式平台在上个世纪就出现了，为我们海上风机奠定非常成熟的经验，可以直接去借鉴，当然会有所区别需要做大量的改进。

目前是立柱、半潜、张力腿这三个是应用比较广泛的，当然这三个方面初步成果后续还有大量改进的空间。再分享一个浮力筒这个行业里面，尤其中国的行业特点，它是个过渡水深，所以不能直接使用，目前就是说有一个公司，美国一个公司，他们曾经在海上提出来一个浮立塔的形式，目前国内正在做推进，它里面在应用推广具有一系列的问题，我们后续可以进行详细讨论。

总的来说就是说，这么多漂浮式风机的形式，目前它最重要的特点是什么，因为我是专门做漂浮式平台很多年了，开发了大量的一系列技术程序，所以我就结合现在我们这个风机行业的特点，我做了一个简单的概括。

第一个就是说集中式到分散式海洋浮式平台不是简单的相似或者缩尺，因为我们一个不是风机的基础的话可能也就是两千吨目前来说，但是我们海洋平台至少2万吨，所以这个情况是不是由大到小简单的一个缩尺呢？不是的，因为我们很多条件没有缩尺，比如说海洋环境条件等等，没有缩尺，如果对这个没有一个很好的把控会带来灾难性的设计后果。

第二个就是稳定性分析方法与典型工况下的失稳，我们海洋平台有上百年的经验，有工程经验借鉴的时候不会出现巨大的问题，同时我们海洋浮式长宽高是在一个纬度，但是我们的浮式风机不一样，会产生极大的失衡，所以我们在做浮式风机设计的时候，一定要考虑，其实就是稳性，但是现在这一点关注度还没有上升到理性，很多我们看到示范的项目，漂浮式风机项目，如果说一开始在哪个地方示范，到后续没有消息的时候，百分之七八十在这个方面失控了，我在结构出现问题的时候可以弥补，在这个阶段出现问题那就是你的方案的问题。

第三个是浅水条件下张力腱的设计、国产化建造与安装。因为我们浮式平台之所以浮动得起来，最重要的原因就是说底下有一套系泊系统，使它的整个运动得到一定的控制，那么在浅水底下系泊设计是难度非常大的，所以我认为在这个地方需要做大量的创新的工作。同时我们有一些系泊系统，比如说张力腱这样的材质和建造，目前在整个世界上只有美国有几家公司有这样的条件，所以我们在这方面要不断加快国产化的速度和能力。

第四个就是对适合于深水的立柱设计思想的改进、灵活的压载设计，立柱是属于稳定性相对来说是比较好的，但是它的对水深的要求非常高，这种情况对我们风机的话，我们风机到了一百米就是深水了，这个不能直接简单移过来，思想我们需要做一些改进。

另一个就是运动极限的确定、漂浮式风机控制等问题还需要更多全尺度试验，现在正在进行。

我们再看看过渡水深中国的问题，过渡水深其实就是说我们典型的中国海域特点，就是说它是过渡水深，30到50米，这是我们自己的难题，整个世界绕不开这个问题，但是我们如何都绕不开，所以我们解决了这个问题也就解决了国际的问题，就是说水深30到50米，我们还出现巨大的另外一个问题，就是我们国内目前普遍的，到这样的一个水深得话，一般都是远海，就是说离岸距离一般都是在80公里以上，甚至是100公里以上，这是很普遍的，这就带来我们整个一系列的系统设计问题，所以包括我们安装的成本也巨大的飙升。另外一个我们的台风问题严重，不仅仅我的风机要具有抗台风性能，同时我们基础要加固，同时还有安装工期要短。另外一个是整个行业平价上网的压力，所以我们每一分钱都要充分的去考虑。

然后就是过渡水深，目前看，漂浮式就是说目前是40米水深以上能够使用，导管架有巨大的潜力，为什么？导管架是来自海洋工程设计的相对比较完备一点。然后其他就是重力式、单桩式，它的极限也就到了50米。

过渡水深我们需要考虑的目前就是一个半潜水型式的多样化开发，半潜就是我们要多样化的设计。另一个驳船设计理念在漂浮式风机里面得到应用，目前这些方面我们已经有一些专利成果了。另外一个是立柱式设计思想要深入下去，另外一个就是导管架潜力的进一步挖掘，另外一个就是混合型风机，我们在海洋工程里面并没有出现太多混合型的概念，我们风机里面一定要提出，为什么呢？我们的水深条件太受限制了，另外一个我们一个风厂里面一个风机一个基础，这个成本很高，我们海上风机不一样，我们漂浮风机一定要注重混合型创新的开发。

同时我们还感觉到，我们在做的多种能源系统互补不仅系统成本较低，系统稳定性得到极大的提升，对水深的敏感性也急剧降低。

另外一个就是说，我现在分享的就是我们上海电气最近刚刚推出的一个混合型的漂浮风机，新型驳船重压载漂浮式风机基础型式，它的可以调节重压载，高度与重量，同时我们引进了驳船式设计思想，虽然它的成本会高，但是在这里面我们会引进一系列新型方法，使它的成本大量降低。

然后我们接着再说一说漂浮式风机的工程设计的关键技术，如果我们有了一个风机，有了一个刚才说的漂浮的基础，我们在某一个具体的海域去使用的时候，那下述的这个流程内容还是必不可少的，第一个就是概念模型与设计，然后就是一体化设计流程，因为整个行业里面在这个方面讨论比较多一点，我今天也会稍微分享一下一体化我们的新的研究，主要是考虑风机和基础一体设计。第三个是结构设计，然后系泊设计就是说我们整个漂浮式平台，之所以能浮起来，在一定范围内完全是靠系泊，今天我不展开说，包括桩基，还有运动性能的控制，运动性能的控制其实是对上面风机有影响，我的浮式平台在设计的时候如果你的转动的角度或者加速度没有控制的话，那么上面的风机不能正常的发电，甚至安全性都不能保证，最后一个就是规范的校核。

我们海上油气三套浮式平台到现在风机的三套平台，设计方法理念完全可以照用的，所以我仔细的研究了每一点环节的话，基本上都可以用，最大的交换就是设计的限制条件，刚才说的稳性在里面，要充分的去计算，所以这一个的话就是说，而且这样的一个相应流程，我们做一系列概念方案是可以由保证的。

另外就是一体化设计流程，做工程设计对这一条倒比较熟悉，我风机的基础一体化设计降低成本。

还有一个全结构的FEA，我们整个从上面风机到底下这么多结构，你如果指望风机的计算软件肯定不够，结构计算是非常复杂，尤其那些形状古怪，三维结构，硬力集中，本来就难解决，必须要进行专业的计算，专业的计算结果是可靠的。

这是个结构设计图，目前结构设计的话，我们风机结构的设计就是说可以从海洋工程的规范借鉴，同时还要有整体结构、局部结构的设计，到最后有一个精细化的设计与计算。

稳定分析计算，这幅图主要计算就是说你这个浮式平台受力、抗击的能力的一个关系，后面还进行大量的工况下的计算，因为今天不是一个专题我就不展开了。

我们再看一下我们自己的模型，长宽大概50米，高度12米，这样一个具有国产设计思想的风电塔筒，我们来看看这个压载等等对它整个的影响，重稳性越高，系统相对来说稳定性越高，这个情况话，我们就考察了整个亚太系统，就是它的长度、深度，以及它的重量等等，对整个这套系统的影响，包括还有一些我们浮体的尺寸，当我们能有一个精细化的初步的计算之后，我再做概念设计，我就知道，我怎么通过调节我这个新型的平台满足中国海域的特点。

包括我们还提到刚才说的强度的计算，全结构强度，就是说我们基于三维有限元的方法进行全结构强度计算。同时我再说一下疲劳计算，我们现在制造寿命25年，没有特别多的工程经验去借鉴它的生命预测，这个我们需要借助成熟的方法进行精准的预测，我们一般是借鉴谱分析的方法，这个所得出的结果才是可靠的。

另外一个就是说规范建设，一个行业大规模的商业化的运用离不开行业规范的建设，否则的话就是说你设计与设计竞争容易产生一个恶性的竞争，为了生存需要，你提一个方案，我可以价钱更低，这个情况对行业造成灾难性的后果，所以我们就是说，现在目前漂浮式风机也就IEC61400-3-2有这个规范，里面一系列东西都是引用这个标准引用那个标准，标准之间没有有效整合，所以这是个巨大的问题，目前整个国际行业都是这个问题，我们上海电气现在就是牵头将漂浮式海上风电国标在今年2019年5月29日正式起动，我也是牵头这个工作。

最后就是我来分享一下我们的前景展望，就是说漂浮式海上风电正在改变海上风电开发模式，截止到2018年，现在整个海上风机的装机容量到2020年以及到2030年，我们看到这个海上风电发展速度将是非常之快速，而且后期，刚批准的大部分都处于11月份，所以这也给我们提出了一个迫切的需要，就是说我们明年开始，海上风电，如果过去固定式的是1.0时代，那么漂浮式一定就是2.0时代，所以我们必须要清楚的意识到这个转变。

另外一个就是中国过渡水深特点对海上风机基础设计提出了新的挑战，迫切需求进行新型风机基础的测试与示范，希望有志之士一起来做这个事。

第三个就是技术空白、平价上网双重压力，基于EPC设计模式必将提到一个更高的要求，我们这个漂浮式海上风机从一开始就定义在EPC模式下，我们在做我们自己的海上风机基础设计的时候，我们同步开展了一系列工作，包括漂浮式风机的安装工作，今天时间关系没有办法展开说，这也是我今天最后要强调的一点，这是我今天汇报的内容，欢迎大家批评指正，谢谢大家。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）