风浪联合发电发展现状与思考

　　海上风能与波浪能因其具有储量大、分布广泛等优势，引起了行业广泛关注。然而由于现阶段单独的深远海风能与波浪能在经济性、稳定性、供应链等方面存在诸多挑战，因此风浪联合发电这一形式逐渐走进了人们的视野，将浮式风机与波浪能装置进行科学集成组成集成系统为解决上述问题提供了新思路。早在20世纪90年代国外就有学者提出类似想法，但真正付诸实践是在2000年之后，并且随着近些年海洋能源开发向深远海推进，此概念又得到了更多的关注。

　　为什么是风浪联合发电

　　从资源特点来说，一是风浪资源共生，风资源丰富的地方波浪能资源也丰富，且两者都是在深远海的地方资源更为富集，两者的结合是能源的高效利用，能够有效提高单位海域的能量产出，有效提高海洋空间利用率。二是风浪条件互补，海上风能波动性较强，吸收能量不够稳定，而波浪能比较稳定，当海上风能较小时，波浪能开发装置可提高电力供应稳定性。研究显示，在风速相对较低时，波浪能的发电量可以达到总功率的近四分之一左右，波浪能可作为风机低额工作时一个很好的补充。三是波浪能装置可以吸收波浪能量，减小波浪对装备的冲击，虽然波浪能装置的加入略微增加了系泊最大张力，却降低了系泊张力的变化幅值，有利于系泊系统的稳定性。

　　从技术发展来说，一方面，漂浮式风机开发受阻，海上风电开发由固定式向浮式发展沿袭了海洋油气开发的思路，是顺理成章的技术发展路径。但是，从当前发展情况来看，漂浮式风机发展未及预期，复杂环境荷载给浮式风机结构和系泊系统的稳定性与安全性带来考验，应用场景不明确、产业链建设不完善是其商业化发展的最大阻碍;另一方面，海洋能技术需要海上迭代条件，与风机在陆上已实现多轮技术迭代与供应链建设等有利条件不同，海洋能开发装置一直存在供应链成本居高不下、可靠性相对较差等问题。漂浮式风机与海洋能开发装置联合开发，以相对成熟的浮式风机技术带动海洋能开发技术迭代，以海洋能规模化开发为目标进一步驱动浮式风机应用，为解决上述问题提供了新思路。

　　从产业链供应链来说，一方面，两者可共享基础设施，风浪联合发电中风机与波浪能装置共用一套电力传输系统与并网设备，其中集成式联合发电还能共享装备基座，能大大降低电力运输成本与装备建造成本;另一方面，两者可共享供应链，两者同场布置，在发电场建设与后期运维保障过程中可以共用有关工程船舶与专业人员，降低工程建设与维保费用。有研究显示，通过浮式风电和波浪能项目之间的共享基础设施、服务和供应链可以将风电的平准化度电成本(LCOE)降低多达7%，将波浪能的平准化度电成本(LCOE)降低40%。

　　什么是风浪联合发电

　　风浪联合发电指的是将风能和波浪能进行混合开发的方式，主要分为组成式联合发电与集成式联合发电两种形式，其中组成式是将现有的海上风电机组与波浪能发电装置在场区内进行排布，两种装置分别拥有独立的基础结构 ;集成式是将海上风电机组与波浪能发电装置汇集，进行装备一体化设计，从而构建为固定的发电单元，根据基座型式的不同分为漂浮式和固定式。总的来说，集成式联合发电装备比单一发电装备能更有效地利用海洋空间，阵列化布置后可有效提升发电场的发电效率和海域的能源利用率。且随着能源开发向深远海推进，漂浮式装备比固定式装备更具有发展前景。因此，本文主要重点讨论漂浮集成式联合发电装备的有关研究。

　　针对漂浮集成式联合发电装置，国内外研究机构、高校、学者提出了多种风机与波浪能发电装置相集成的装备。这里仅介绍近些年由企业牵头、且以工程化应用为目的的装备研制情况。

　　从国外来看，2008年，丹麦Floating Power Plant公司设计了Poseidon 37风浪联合发电装备且通过了样机实况测试;2014年完成了商用平台P80开发，2019年开始安装测试P80样机，包括1座 半潜 式平台、1台5～8MW风机、1台2～3.6MW波浪能装置，据测算，该装备波浪能利用率可以高达60%～80%，且波浪能装置可抵消平台波浪前进方向能量，提高运维船登靠时的安全系数;2022年还与TechnipFMC合作研发了FPP Power-2-X浮式风浪制氢解决方案。

FPP Power-2-X浮式风浪制氢解决方案/FLOATING POWER PLANT VIA KIRT X THOMSEN

　　2019年，英国Marine Power Systems公司推出DualSub浮式风浪联合发电装备原型机，预计第1台商用DualSub额定容量约15MW。其波浪能装置WaveSub、浮式风机WindSub及集成方案DualSub等3种技术方案可根据海洋资源情况单独部署，也可组合部署。据测算，该技术在大规模部署时更具成本竞争力。

　　2021年，法国TechnipFMC公司与澳大利亚Bombora公司合作开发了InSPIRE浮式风浪联合发电装备，示范项目容量合计6MW，未来在商业化应用时将扩展至12～18MW。

　　从国内来看，2023年，广东大唐国际潮州发电有限责任公司发布“漂浮式海上风浪融合发电关键技术研究招标公告”，拟开展兆瓦级高效高可靠漂浮式风机+波浪能一体化发电平台关键技术研究，一体化发电平台总功率≥10MW(波浪能装机功率≤0.5MW)。

　　综上，随着浮式技术的进步，阵列化布置的兆瓦级漂浮式风浪联合发电装备有望成为推进风浪联合发电发展的主流型式。

　　未来如何发展风浪联合发电

　　加强顶层规划设计。锚定推进海洋能规模化开发与海洋新能源装备产业化发展这两大目标任务，坚持系统思维，统筹开发安全和绿色发展，进一步加大政策供给，构建风浪联合发电装备培育结构，为海洋新能源装备高质量发展提供支撑保障。加强规划引领，组织开展风浪联合发电装备规划研究，统筹谋划装备中长期发展布局，加强装备规划与能源规划、海洋空间规划、生态环保规划等的衔接，开展装备体系设计，确保重点规划项目方案合理性。

　　大力推进科技创新。一是加强风浪联合发电方向技术研发投入。加强对有关技术研发的规划布局，统筹科研力量和资源，加大对风浪联合发电关键共性技术研发平台的支持，重点推进一体化平台、集成发电系统等集成发电技术，浮式基础与风机、波浪能装置的结构耦合、水动力性能等平台关键技术。二是推动落实示范工程。实施浮式风浪联合发电装备示范工程，打通装备研发、设计、建造、试验、安装、运维等海上风能、波浪能综合利用的全过程，并对关键零部件、核心材料提出国产化替代要求，通过工程示范提升先进技术应用水平和国产化设备的可靠性、经济性和先进性，加快形成海洋能规模化开发能力。

　　完善产业链供应链建设。一是共享基础设施建设。针对浮式风电和波浪能装置可以共享的浮式基础、系泊、电缆等，进行系统分析和研究，在综合安全性与经济性的基础上统筹规划建设浮式风浪联合发电装备共享基础设施。二是共享供应链及服务建设。科学设计浮式风浪联合发电装备的建造和安装过程、合理布局运维保障，有效提升服务效能、降低成本，为深远海风能、波浪能的商业化开发奠定基础。

　　来源：中国船检