嚴新榮，張寧寧，馬奎超，魏超，楊帥，潘彬彬

（1.浙江大學能源工程學院，浙江省 杭州市 310007；2.浙江大學工程師學院，浙江省 杭州市 310015；3.華電電力科學研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030）

0 引言

作為世界上最大的能源消費國，我國正積極采取多項措施，推動新能源行業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標[1-2]。我國陸上風電的發(fā)展已相對飽和，發(fā)展海上風電是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向[3-4]。穩(wěn)定的海上資源及沿海地區(qū)發(fā)達的經(jīng)濟，為我國海上風電發(fā)展營造了良好環(huán)境[5]。

海上風電作為一種清潔綠色能源，具有許多獨特的優(yōu)勢[6-9]：一方面，開發(fā)不受土地空間的限制，消除了土地成本，有利于安裝大容量風電機組；另一方面，由于海上風向相對穩(wěn)定，空氣湍流強度較小，可直接減少風力發(fā)電機的負荷沖擊，同步延長機組的使用壽命。經(jīng)過20多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，海上風電產(chǎn)業(yè)已逐步從示范階段走向商業(yè)化階段，越來越受到各國政府的重視。歐洲第一個商業(yè)化海上風電場在丹麥開始運營，此后，英國、德國、荷蘭等國家的海上風電市場快速增長[10]。近年來，中國、日本和美國等國家的海上風電場和浮式海上風電規(guī)模加速擴大[11]。我國海上風電具有獨特的自然優(yōu)勢，可利用海域面積超過400萬km2，風能資源豐富，約為陸上風能資源的3倍[12]。此外，我國中東部地區(qū)的電力需求占全國的70%以上。到2030年，華東地區(qū)最大電力負荷將達到970 GW。因此，東部沿海地區(qū)建立海上風電場可以有效緩解西電東輸?shù)膲毫Α?/p>

我國海上風電經(jīng)過十幾年的發(fā)展，技術水平快速提升，經(jīng)濟性也大幅提高，然而，我國海上風電發(fā)展仍存在一些問題[13]，如海上風電市場不能滿足平價并網(wǎng)的運行機制，需出臺過渡性政策和地方補貼來促進海上風電的大規(guī)模發(fā)展[14]。目前，我國近海海上風電已進入規(guī)?；l(fā)展階段，但是深遠海海上風電的研究仍處于起步階段，海上風電場規(guī)劃設計、建設和運維過程中存在的技術難題仍需要更貼近工程實際的解決方法。

為此，本文總結(jié)了近年來我國海上風電的發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析了海上風電機型、基礎型式、防腐及運維技術等方面的發(fā)展特點，概述了我國海上風電的研發(fā)進展，并進一步對我國海上風電未來的發(fā)展趨勢進行展望。

1 海上風電發(fā)展規(guī)劃

2015—2022 年，我國海上風電累計裝機總量持續(xù)增加，從162萬kW增至3 250萬kW，在世界裝機總量中的比重從8.9%增至近50%。我國各省海上風電裝機規(guī)模差異顯著，截至2022年底，江蘇、廣東、浙江、福建、遼寧5省累計裝機規(guī)模較大，分別為1 184萬、800萬、321萬、340萬、105萬kW[15]，這5個省份裝機規(guī)模占全國的94%。各省海上風電規(guī)劃及項目建設情況見表1。

表1 各省海上風電規(guī)劃及項目建設情況Tab.1 Offshore wind power planning and project construction of each province

國有企業(yè)是我國海上風電發(fā)展的主力軍。截至2022年底，華能集團、三峽集團、國家能源集團、國家電投、中廣核集團累計裝機容量分別為450萬、430萬、410萬、390萬、356萬kW。各大發(fā)電集團現(xiàn)階段海上風電裝機容量和在建儲備的海上風電資源情況見表2?？梢钥闯觯鞔蟀l(fā)電集團海上風電裝機容量差異明顯，各企業(yè)海上風電在建和儲備資源容量差距較大。

表2 各發(fā)電集團海上風電資源情況Tab.2 Offshore wind power resources of each power generation group

在“碳達峰、碳中和”目標的政策指導下，全國沿海海上風電正在進入大批量裝機的高潮。“十四五”期間，我國海上風電新增裝機容量將接近4 000萬kW。多個沿海省份相繼公布“十四五”海上風電發(fā)展規(guī)劃。福建省計劃增加海上風電裝機容量410萬kW，新增開發(fā)省管海域風電規(guī)模1 030萬kW；廣西壯族自治區(qū)提出核準開工海上風電裝機容量不少于750萬kW的目標；海上風電停滯多年的海南省也公布了300萬kW的發(fā)展目標；廣東省和浙江省等海上風電裝機大省也相繼公布了最新開發(fā)目標。隨著沿海多個省份海上風電的加速發(fā)展，我國已經(jīng)成為目前全世界最大的海上風電市場。

2 海上風電機組發(fā)展現(xiàn)狀

隨著海上風電場的規(guī)?；痛笮突l(fā)展，我國大型海上風電機組的研制不斷取得突破性進展[16]，風電機組單機容量逐漸增大。海上風電機組型式采用的技術可分為永磁直驅(qū)、雙饋、中速永磁和高速永磁4種。近年來，金風科技、電氣風電等廠家下線的新型海上機組多采用中速永磁(半直驅(qū)、混合)技術[17]。2019—2022年我國宣布下線的海上風電機型情況見表3。

表3 2019—2022年我國宣布下線的部分海上風電機型Tab.3 Announced offline offshore wind power models in China from 2019 to 2022

從表3可以看出，2019年，我國下線的海上風電機組最大單機容量已突破10 MW，平均單機容量為8.58 MW；2022年，我國海上風電機組大型化趨勢大大提速，中國海裝完成了18 MW主機的裝配，平均單機容量達到11.5 MW，這使得我國最大單機容量海上風電機型超越國外同行。

與此同時，我國海上風電機組葉輪直徑同樣躍居全球第一。2019年，我國下線的海上風電機組最大葉輪直徑為185 m，平均葉輪直徑為176.6 m。2022年，新下線的海上風電機組最大葉輪直徑已達到260 m，平均葉輪直徑達到236 m。

3 海上風電基礎發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 海上風電基礎型式

海上風電基礎不僅承受機組運行載荷、風載荷以及波浪載荷等作用，還承受海上惡劣環(huán)境的嚴酷考驗。在這種特殊運行環(huán)境中，風電基礎需要為機組提供不少于25年的關鍵支撐，費用占海上風電總投資的20%以上，遠高于陸上風電基礎的費用。因此，合理選擇風電基礎型式是保障風電機組長期安全運行和降低海上風電投資的主要途徑之一。

海上風電的基礎結(jié)構(gòu)型式按照其屬性、配置、安裝方法、外形和材料主要劃分為樁式基礎、重力式基礎、負壓筒基礎、漂浮式基礎四大類[18]。其中：樁式基礎為國內(nèi)外海上風電場的主導基礎結(jié)構(gòu)型式[19]；重力式基礎是海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)的主要型式之一；負壓筒基礎作為海上風電機組基礎，應用前景廣闊，但是設計體系還需要進一步完善，施工風險還需要進一步把控；漂浮式基礎結(jié)構(gòu)主要有張力腿式、立柱式、半潛式、駁船式4類[20]，必將成為未來深遠海風能開發(fā)的主要型式之一。不同風電機組基礎結(jié)構(gòu)型式的適用水深范圍及特點如表4所示。

表4 不同風電機組基礎結(jié)構(gòu)型式的適用水深及特點Tab.4 Water depth and characteristics of different wind turbine infrastructure types

3.2 漂浮式海上風電技術

在各產(chǎn)業(yè)用海需求不斷提高的同時，海洋生態(tài)環(huán)境保護意識逐步增強，近海海上風電總體開發(fā)潛力有限，我國海上風電建設朝著深遠海發(fā)展是必然趨勢。漂浮式風電機組已成為60 m水深以上海上風電場建設的必然選擇，漂浮式基礎依靠系泊系統(tǒng)與海床相連，可擺脫復雜海床地形及復雜地質(zhì)的約束，受水深影響小，適用范圍更廣。目前，漂浮式海上風電技術作為深遠海風電的主要形式，成為風電行業(yè)研究的熱點[21]。

我國的漂浮式風機基礎已經(jīng)逐步從科研階段邁向設計生產(chǎn)階段。目前建成投產(chǎn)的漂浮式海上風電項目有“三峽引領號”“海裝扶搖號”“海油觀瀾號”。

1）“三峽引領號”

“三峽引領號”是我國自主研發(fā)的全球首臺漂浮式海上風電機組，于2021年12月在三峽新能源陽西沙扒三期(400 MW)海上風電場中并網(wǎng)發(fā)電，成為亞太地區(qū)首個投入商業(yè)化運營的海上浮動式風機?！叭龒{引領號”輪轂中心距海平面約107 m，葉輪直徑為158 m，漂浮平臺排水量約1.3萬t[22]?！叭龒{引領號”包括從概念研究到工程化設計和樣機建設的全套程序，相繼攻克了抗臺風機組、半潛式基礎及系泊系統(tǒng)、動態(tài)電纜設計、一體化安裝及拖航(見圖1)、“風機+平臺”一體化就位等漂浮式海上風電關鍵技術，為深遠海海上風電場建設的漂浮式風機大規(guī)模、商業(yè)化應用提供了寶貴的實驗資料和優(yōu)化空間。

圖1 “三峽引領號”海上一體化拖航Fig.1 “Three Gorges Guide” integrated towing at sea

2）“海裝扶搖號”

“海裝扶搖號”為我國首臺自主研發(fā)的功率最大(6.2 MW)的深遠海漂浮式海上風電裝備(見圖2)，于2022年12月在湛江徐聞羅斗沙海域并網(wǎng)發(fā)電，“海裝扶搖號”的浮式平臺總長72 m，型深33 m，型寬80 m，搭載中國海裝6.2 MW抗臺風型I類風力發(fā)電機組，機組塔筒高度為78 m，輪轂中心高度為96 m，葉輪直徑為152 m，葉片長度為74 m，浮體和機組總質(zhì)量超過4 000 t，為目前我國最大的漂浮式風電機組?！昂Ｑb扶搖號”所有元器件及零件國產(chǎn)化率超過95%，具有環(huán)境適應性強、浮式機組功率國內(nèi)最大、系泊錨固系統(tǒng)可靠性高、智能運維程度高等特點，填補了我國平均水深65 m以上深遠海域浮式風電裝備研制及應用空白[23]。

圖2 “海裝扶搖號”風電裝備Fig.2 “Haizhuang Fuyao” wind power equipment

3）“海油觀瀾號”

“海油觀瀾號”是我國首個深遠海(距離海岸線100 km以上，水深超過100 m)浮式風電平臺，于2023年5月20日成功并入文昌油田群電網(wǎng)(見圖3)，這是我國首次實現(xiàn)深遠海浮式風電平臺直接為海上油氣田群供電，標志著我國深遠海風電關鍵技術取得重大進展[24]。“海油觀瀾號”位于距離海岸136 km的海域，由風力發(fā)電機、浮式基礎、系泊系統(tǒng)和動態(tài)纜組成，裝機容量為7.25 MW，通過9根錨鏈系泊固定在水深120 m的海洋深處?！昂Ｓ陀^瀾號”風電平臺與油田群的4個燃料電站融合成一個整體，實現(xiàn)了風電與油田電能的統(tǒng)一控制和管理，打造了“風電+氣電+智慧電網(wǎng)”的一體化供電新模式。

圖3 “海油觀瀾號”風電平臺Fig.3 “Haiyou Guanlan” wind power platform

我國漂浮式海上風電發(fā)展大都處于樣機示范階段，產(chǎn)業(yè)集群效應未能形成，仍面臨技術難度高和建設成本高的難題，“三峽引領號”和“海裝扶搖號”項目造價均超過3億元，遠遠不具備大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)的條件[25]。

4 海上風電防腐技術發(fā)展現(xiàn)狀

海上風電所處的海洋環(huán)境濕度大、鹽度高、風浪及各漂浮物的撞擊力度大，風電機組基礎、塔筒、機艙、葉片等設備部件極易被復雜多變的環(huán)境腐蝕[26]。針對這一問題，有效的防腐技術成為海上風電研究的重點[27]。

海上風電防腐技術主要體現(xiàn)在以下方面：設計過程中考慮腐蝕裕量；制造過程中選用耐腐蝕材料；采用適宜的涂層工藝對風電機組設備進行涂層防護；利用陰極保護法對處于海水中的風機基礎金屬或混凝土部分進行防腐蝕控制；腐蝕防護系統(tǒng)運行過程中的腐蝕檢查與維護；通過減少溶解氧含量和控制濕度來控制腐蝕速率[28]。

1）預留腐蝕裕量

預留腐蝕裕量是根據(jù)材料的年腐蝕速率及構(gòu)件的預期壽命年限，在保證安全性的基礎上增加材料的厚度，以保證風機基礎壽命達到預期年限[29]。此方法一般不單獨作為防腐手段使用，主要用于風機基礎鋼管樁在浪花飛濺區(qū)部位的腐蝕裕量設計。

2）陰極保護法

陰極保護法是在需要保護的金屬設備表面施加一個外加電流，使金屬設備成為新的陰極，阻止金屬表面電子發(fā)生遷移，從而抑制腐蝕速率[30]，此方法主要應用于風機基礎結(jié)構(gòu)海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。采用外加電流法比犧牲陽極的陰極保護更具有防護優(yōu)勢，安裝相對容易，更重要的是可實施遠程監(jiān)控。

3）涂層防腐

涂層防腐是在風電設備鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆一層耐腐蝕性能優(yōu)異的異質(zhì)材料，形成致密的膜，實現(xiàn)風電設備鋼結(jié)構(gòu)與腐蝕環(huán)境的隔離，保護鋼結(jié)構(gòu)表面免受環(huán)境侵蝕。朱紫棠等[31]為解決海上風電機組底座的防腐問題，研制了一種防腐涂料，即氟碳涂料，同時，針對涂層的涂裝進行了工藝優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)，風電機組底座噴涂封閉底漆前噴涂一層氟碳涂料，可有效提高封閉底漆與基體的附著力，具有較好防護效果。然而，該方法存在一定的缺點：在運輸或施工過程中發(fā)生的磕碰和劃傷極易破壞防腐涂層的防腐效果，涂層修復比較困難，涂層與基體結(jié)合力不強，導致防腐周期短[32]。

4）復層包覆防腐

復層包覆防腐是在被保護金屬表面增加包覆防腐層，防腐層由4層組成，從內(nèi)往外分別是防蝕膏、防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護罩。圖4為復層包覆防腐技術結(jié)構(gòu)示意圖。首先，將防蝕膏均勻涂于金屬表面，有效降低腐蝕速率；其次，采用耐蝕性好的防蝕帶與防蝕膏很好地結(jié)合，起到較好的防腐作用；最后，依次增加密封緩沖層和防蝕保護罩，二者主要起到隔絕海水和防止機械損傷的作用。其中，防蝕保護罩多采用玻璃纖維增強材料，力學性能好且防腐效果穩(wěn)定，可有效防止強腐蝕[33]。復層包覆防腐技術施工簡單，安全性高，且能有效防止海洋生物附著，應用范圍廣，多用于腐蝕最嚴重的浪花飛濺區(qū)。

圖4 復層包覆防腐技術結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of multilayer coating anticorrosion technology

5）多重防腐

除常規(guī)的防腐措施外，針對海上風機各部件所處區(qū)域環(huán)境不同，對風機結(jié)構(gòu)進行防腐蝕保護還要采用以下多重防腐技術[28]：海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)宜采用陰極保護與涂層聯(lián)合保護或單獨采用陰極保護的防腐措施；海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)和海水潮差區(qū)宜采用涂層保護、噴涂金屬保護、纖維增強復合包覆層保護等多重防腐措施。

5 海上風電運維技術發(fā)展現(xiàn)狀

在海上風電裝機容量快速擴張的背景下，海上風機運維需求也正在快速上漲[34]。隨著海上風電逐步走向深遠海，風電運維的難度增大，成本也會隨之大幅增加[35]。隨著數(shù)字化和智能化技術的發(fā)展，海上風電智能運維成為風電行業(yè)研究的熱點。為了克服海上風電維護故障率高、可達性差和成本高的問題，現(xiàn)有的相關研究主要圍繞智能巡檢和智慧運維系統(tǒng)展開[36]。

5.1 海上風電巡檢技術

5.1.1 新型運維裝備

為了有效提升海上風電巡檢的效率，減少人工和運行費用，近年來，業(yè)內(nèi)逐步開展將不同新型運維裝備應用于海上風電巡檢的研究[37]。

1）雙體運維船

雙體運維船為雙浮體形式，材質(zhì)可采用鋼質(zhì)、鋁合金或鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，其典型特征為穩(wěn)定性好，甲板面積大，這是目前國內(nèi)外推廣最為廣泛的專業(yè)海上風電運維船。圖5為2020年7月18日交付的“雄程天威1”風電運維船[38]，該船是我國最先進的風電運維船，設計為雙體船，配備雙舵槳，雙艏側(cè)推，配備六自由度波浪補償?shù)浅讼到y(tǒng)、直流電力推進系統(tǒng)、DP2動力定位系統(tǒng)和高頻柴油機組等先進的設備，開創(chuàng)多個國內(nèi)第一。

圖5 “雄程天威1”風電運維船F(xiàn)ig.5 “Xiongcheng Tianwei 1” wind power operation and maintenance ship

2）運維母船

運維母船(service operation vessel，SOV)通?？梢詾?0~100名船員提供住宿，能夠?qū)⒋罅總浼凸ぞ哌\輸?shù)胶Ｉ巷L電場，其典型特征為具備較長時間自持力，靠泊能力強，甚至配備動力定位(dynamic positioning，DP)。運維母船主要用于深遠海風電運維，造價和運營成本較高，目前應用相對較少。

作為我國首個研發(fā)制造的風電運維母船項目，2022年11月，上海電氣風電集團設計建造的2艘風電運維母船在啟東順利完成龍骨節(jié)點安放[39]，如圖6所示。2艘風電運維母船外出作業(yè)可搭乘人數(shù)分別為100人和60人，靠泊及操縱性能優(yōu)異，可實現(xiàn)風電場設備及備件的高效運輸和存儲。同時還配備直升機平臺、工作艇、DP2系統(tǒng)、可升降波浪運動補償棧橋和折臂式起重機，可實現(xiàn)人員及設備的安全轉(zhuǎn)運和風電場檢修維護作業(yè)。該項目填補了我國海上風電運維領域?qū)Ｓ肧OV的空白。

圖6 我國首個風電運維母船F(xiàn)ig.6 China’s first wind power SOV

3）自升自航式運維船

自升自航式運維船配備敞開甲板和大型吊機，適用于更換海上風電運維的大部件。典型特征為具備一定的起重能力，適合離岸距離遠、水深50 m以內(nèi)大多數(shù)海域作業(yè)。該運維船的機動性強、工作穩(wěn)定性好，將成為未來海上風電運維船的重要形式。

2020年7月11 日，由福建海電運維科技有限責任公司投資建造的600 t自升式海上風電大部件更換運維平臺——“海電運維801”號運維船(見圖7)正式投運[40]。該平臺是我國首艘針對深海區(qū)域海上風電機組吊裝和大部件更換的自升式起重平臺，型長78 m，樁腿長95 m，最大作業(yè)水深50 m，最大起重高度為120 m，配備動力定位系統(tǒng)，以及4套全回轉(zhuǎn)推進器，可裝載2套8 MW海上風機的葉片和機艙，能在較惡劣的海況條件下執(zhí)行風電機組設備及部件的吊裝、運維服務。

圖7 “海電運維801”號運維船F(xiàn)ig.7 “Haidian operation and maintenance 801”operation and maintenance ship

5.1.2 無人裝備系統(tǒng)

目前國內(nèi)外已開始采用無人機和無人船等無人系統(tǒng)開展海上風電的巡檢運維，憑借其高速、便捷、精準巡檢等優(yōu)勢，已逐步成為我國風電領域巡檢運維發(fā)展的新趨勢[41-42]。

2019年1 月，中航能科公司采用云洲智能M80“極行者”(見圖8)對樁基及海纜進行檢測，結(jié)果檢測出樁基處海纜懸空、海纜沖刷裸露、海纜J型管接出后持續(xù)裸露、海纜彎折半徑過小、海纜路由與已知施工坐標偏差等現(xiàn)象[43]。本項目是我國首例應用無人船在風電場進行樁基及海纜沖刷檢測的案例。

圖8 云洲M80海上風電運維檢測Fig.8 Yunzhou M80 offshore wind power operation and maintenance inspection

2019年7 月，自然資源部南海調(diào)查技術中心研制的無人航空母艇已初步在海上風電巡檢中開展應用，可同時實現(xiàn)水上風電機組葉片和水下樁基線纜等巡檢，提高巡檢效率。

2020年5 月，廣東省電力設計研究院建立了海上風電場智能船舶調(diào)度系統(tǒng)[44]。該系統(tǒng)把無人船用于海上風電，可以高效指揮調(diào)度、精準預測氣象和實時監(jiān)測海域，對海上風電人員和船只進行有效管理，降低建設和運維成本。同年，國核電力規(guī)劃設計研究院建立了海上風電場升壓站無人值守系統(tǒng)[45]。該系統(tǒng)把巡檢機器人用于海上風電，對不同區(qū)域制定不同的巡檢路線與方案。該系統(tǒng)只對海上升壓站設備進行實時監(jiān)測，提高了設備運行可靠性。

2022年，國家海洋技術中心提出將無人機和無人船系統(tǒng)應用于海上風電的無人值守巡檢系統(tǒng)[42]。該系統(tǒng)直接布署在海上風電場，無需用船運至風電場，陸上調(diào)度中心利用通信設備遠程操控無人機和無人船對海上風電機組進行巡檢，有效減少檢修人員到現(xiàn)場進行作業(yè)的次數(shù)，從而降低運維成本。

5.2 海上風電運維管理系統(tǒng)

海上風電智慧運維管理系統(tǒng)是通過信息技術和物聯(lián)網(wǎng)技術，對海上風電場進行實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、故障診斷、預測維護等功能的綜合性管理系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組、變電站、輸電線路等設備的遠程監(jiān)測和管理，提高海上風電場的運行效率和安全性，降低運營成本。該管理系統(tǒng)需要借助多項智能化技術來實現(xiàn)運維功能，其中，智能感知需通過智能傳感技術、邊緣計算技術及機器人技術等實現(xiàn)；智能監(jiān)控需通過數(shù)據(jù)可視化技術、3D建模技術和網(wǎng)絡安全技術等實現(xiàn)；智能分析需通過模式識別技術、故障預警技術和大數(shù)據(jù)技術等實現(xiàn)；智能決策需借助專家知識庫、人工智能技術和數(shù)字孿生技術進行[46]。

目前，海上風電運維管理技術基本照搬陸上風電經(jīng)驗，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術的出現(xiàn)，我國不少企業(yè)推出了適用于海上風電場的智慧運維管理系統(tǒng)，現(xiàn)已在業(yè)界推廣應用[47]。

本文對我國部分典型的海上風電運維管理系統(tǒng)進行了對比分析，歸納出不同系統(tǒng)的優(yōu)缺點(見表5)，為下一步開發(fā)海上風電管理系統(tǒng)提供參考[48-49]。目前，海上風電運維管理系統(tǒng)并未形成占據(jù)市場主導地位的壟斷性產(chǎn)品，我國多數(shù)運維管理產(chǎn)品還停留在研發(fā)或試驗階段，尚未在海上風電場得到大規(guī)模實際應用。海上風電領域相關的智能化技術及解決方案尚不成熟，技術和管理水平亟待提高。

表5 各系統(tǒng)優(yōu)缺點對比Tab.5 Comparison of advantages and disadvantages of each system

基于海上風電運維特點及運維管理系統(tǒng)的開發(fā)需求，參考相關產(chǎn)品的技術特征和優(yōu)缺點，未來海上風電運維管理系統(tǒng)研發(fā)過程中應重點關注以下方面：1）完善海上風電運維管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）建立完整的海上風電數(shù)據(jù)庫；3）提升智能化水平；4）攻關與智慧調(diào)度相關的核心技術。

6 我國海上風電發(fā)展趨勢

通過總結(jié)近年來我國海上風電關鍵技術的發(fā)展現(xiàn)狀可知，我國已經(jīng)具備了大規(guī)模發(fā)展海上風電的能力，利用技術創(chuàng)新和政策變革降低海上風電成本，提高海上風電可靠性成為主要的發(fā)展目標。未來，我國海上風電的發(fā)展趨勢[50]如下：

1）大型化。更大的風電機組能夠有效提高風能利用效率，并大幅降低初始投資、安裝施工成本和運維成本等，帶動度電成本持續(xù)下降。我國最新下線的葉片葉輪直徑已達到260 m，可以預見未來3~5年內(nèi)，我國海上風電度電成本可以再降一半，疊加機組可靠性和基于大數(shù)據(jù)人工智能的全生命周期管理等應用技術后，效率將得到大幅提升。

2）智能化。近年來，智能化及互聯(lián)化成為海上風電產(chǎn)業(yè)的重要特征。在選址環(huán)節(jié)，基于高精度風電場功率預測技術和衛(wèi)星遙感的大數(shù)據(jù)建模技術的智慧選址模式正在逐步取代費時、低效的傳統(tǒng)選址方式。在運行環(huán)節(jié)，通過感知技術預測所處環(huán)境變化，系統(tǒng)能夠自動采取不同控制策略，做到降載增壽，提高發(fā)電效率。在運維環(huán)節(jié)，通過在風電場安裝狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，結(jié)合更加完整的運維管理方式，使故障維修從事后轉(zhuǎn)向事前，逐步走向預防性維護。未來，監(jiān)測傳感、物聯(lián)技術的廣泛應用以及建模仿真能力的不斷提升，將逐步促成數(shù)字孿生技術的實現(xiàn)，使風電產(chǎn)業(yè)的運營和改造從中受益。

3）融合化。海上風電造價及輸電成本的大幅提升，是我國深遠海風電開發(fā)面臨的主要挑戰(zhàn)。針對這一問題，將海上風電與其他海洋工程相結(jié)合的“多產(chǎn)業(yè)融合”發(fā)展模式被提出，使海上風電的發(fā)展從單一模式逐步走向多產(chǎn)業(yè)模式。目前，海上風電正在與氫能、漁業(yè)和海水淡化等多種產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，通過海洋能源的綜合開發(fā)利用，達到降低海上風電成本的目的。

4）專業(yè)化。我國海上風電的加速規(guī)模化發(fā)展以及項目開發(fā)逐步走向深遠海，對運輸、安裝施工、運維等裝備提出了更高的要求。進一步提升鋪纜船、安裝船、運維船的專業(yè)化水平，成為擺在業(yè)界面前的重要課題之一，這需要各方攜手共同推進相關技術的研發(fā)、先進裝備的設計與制造。

5）國際化。我國雖然在大規(guī)模風電的并網(wǎng)、運行及傳輸?shù)确矫娣e累了很多寶貴經(jīng)驗，但在風電機組技術、漂浮式基座等海上風電關鍵技術方面仍需加強國內(nèi)外學習和合作。借鑒國外的經(jīng)驗和技術，完善我國海上風電行業(yè)標準規(guī)范體系和技術方案，可加速海上風電的發(fā)展。

7 結(jié)論

通過深入研究國家海上風電發(fā)展政策，歸納總結(jié)海上風電開發(fā)過程中各關鍵技術的發(fā)展情況，分析其優(yōu)缺點，為海上風電研究人員提供技術指導。針對現(xiàn)有技術的不足，在后續(xù)研究中取長補短，重點解決海上風電場規(guī)劃設計、建設和運維過程中存在的技術難題，進一步提升國內(nèi)海上風電水平，降低海上風電成本，提高風電場經(jīng)濟效益，對于我國海上風電的發(fā)展具有重要意義。