当前全球各国漂浮式风电规划目标总规模已超过4000万千瓦,英国、挪威、法国、中国、韩国、菲律宾、澳大利亚均在推进海域租赁与项目许可工作。其中,法国2026年6月启动的AO10招标,计划于当年下半年释放约500万千瓦漂浮式风电开发容量,是迄今为止全球启动的规模最大的漂浮式风电采购项目;英国AR8轮次的2800万千瓦项目储备中,也包含2个符合准入条件的漂浮式风电项目。
要将这些项目储备落地转化为实际并网装机,不能仅停留在单台样机验证,必须完成商业化规模的设计方案验证,同时保障机组在25年资产全生命周期内稳定可靠运行。
尽管行业发展成效显著,但仍面临核心挑战:如何确保项目具备商业可行的市场化落地路径。对于所有漂浮式风电项目而言,大部件维修方案与寿命末期的机组更新改造规划,是其商业模式的核心组成部分。相关策略的覆盖范围不能仅局限于机舱,需延伸至整个漂浮式系统,涵盖塔架、漂浮基础、系泊系统、电缆组件及各类附属设施。开发商正积极探索创新解决方案破解上述难题,保障项目在全资产生命周期内的可保性与经济可行性,最终推动平准化度电成本(LCOE)下降。
Part.1
一体化设计:降本增效的核心方式
电缆铺设与系泊安装通常作为两项独立作业开展,各自配置专属作业船队、专业承包商与独立施工工序。系泊缆线预先铺设于海床并完成预张紧,作业通常早于漂浮式风机进场,待风机拖航就位后再完成对接。电力电缆则单独施工,一般由专用铺缆船作业,待系泊系统安装到位后,再完成风机端与送出系统的电缆连接。这种分阶段、相互割裂的施工模式,与两套系统的设计逻辑及后期运维模式一一对应,也导致大部件维修作业中同样面临断开与重连的技术难题。
拖航回港(T2P)是当前行业主流的大部件维修方案。作业时需将风机与系泊系统、电力电缆断开,拖至港口码头区域,通过岸吊完成部件更换后,再拖回海上机位。但该模式存在显著的作业局限性。据挪威船级社(DNV)统计,海上风电行业的保险理赔中,海底电缆相关问题占比高达80%,风险来源包括自然灾害与走锚拖拽等。
断开系泊缆与电力电缆时,通常分两步独立操作,将缆线受控下放至海床进行水下存放,松弛的缆线极易在海床发生缠绕。回接作业需逐一搜寻并起吊缆线,设备一旦下放海床,受损概率大幅上升,而海底电力电缆的维修成本极高。这还会引发发电量连锁损失问题,该现象与风电场的接线架构直接相关:共用同一根送出电缆的风机呈串联布局,单台风机因检修断开连接时,会导致整条线路下游所有风机电路中断,而非仅影响单台检修机组。这一原理类似传统串联式圣诞灯串:一颗灯泡故障就会导致整串熄灭,直到采用LED电路系统学会了故障旁路功能,才保障了其余灯珠都能正常点亮。
这一问题长期悬而未决,根源更多在于行业结构性壁垒,而非技术层面的瓶颈。长期以来,系泊与电缆两大专业领域各自为政,工程师按独立的设计任务书分头推进工作;系统设计从初始阶段就极少将断开与重连作业纳入考量,全程也没有统一的责任主体对该环节进行端到端统筹。
若未来项目要实现运维成本压降与机组可用率提升,断开与重连就不能再被当作事后补救的配套环节,而必须从设计源头嵌入系统方案。目前行业已开始出现这一思路转向:新型一体化设计理念将系泊系统与电力电缆作为单一工程系统统筹规划,而非拆分为两个独立专业分别设计。要落地这一转变,需在项目设计阶段尽早将大部件维修、拖航回港等运维方案纳入技术规范,而非留到项目后期作为补救措施。这一设计思路同样能优化海上对接与安装作业——因为回接作业与初始安装的流程高度同源;此外,也会影响保险公司对“建筑工程一切险”与“开工延误险”的承保评估考量。
Part.2
系泊-电缆一体化集成系统
可解脱转塔浮筒技术早已广泛应用于油气行业:通过连接船体的浮筒整合电缆与系泊缆,保障船舶可自由转动。Encomara公司利用这一技术原理,研发出Squid连接解决方案。该系统围绕全生命周期运维痛点设计,可降低连接、断开及拖航回港作业的复杂度与海上作业风险,同时也正契合了开发商、运营商与保险公司日益看重降低风险的这一需求。经大量研发投入,这项创新技术已通过美国船级社的产品设计认证,可实现所有系泊缆与电力电缆的预安装与预调试。
Squid系统将漂浮式风机的系泊缆、电力电缆及全部水下连接器整合为单个可部署单元,可在风机进场前于水体中部完成安装。通过将配套海事硬件集成为一体,系统实现了简化的即插并网(Plug to Power, P2P)功能,既能加快安装进度,又能压缩资本支出与漂浮式风机并网周期,可使平准化度电成本最高降低20%。
悬浮于水体中部的Squid浮筒系统,可让电力电缆与系泊缆随波浪形态自适应调整,构型与并网运行状态高度一致,既确保了较高的可作业性,也降低了硬件受损与海床扰动风险。系统采用顺线布置:电缆穿过浮式基础底部,系泊缆通过短款次级“squid缆”连接;主电缆贯穿浮筒,路径与直接穿过船体完全一致。浮筒与船体锁定后,运行阶段不承受系泊载荷、也不发生转动。由此开发商可在漂浮式风机部署前,100%完成水下与海洋工程设备的预安装,并最大化预调试工作量,与固定式风电模式类似,全部工作可在风机到场前完成。
在风机寿命末期,这一技术同样适用:当机组因拖航回港维修或技改需断开连接时,无需将电缆与系泊缆分别下放至海床(易发生缠绕或损坏),而是由浮筒整体承载并悬浮于水面以下,待风机返回后即可快速回接,全程保持电力与通信链路不中断。回接作业为安装流程的反向操作。通过缩短风机断开时长,系统可有效提升运行时长。考虑到共用外输电缆的风机中,单台机组离线就会造成整条线路的发电损失,这一优势的价值尤为突出。
可用率提升的核心前提,是风机可顺利完成连接与断开作业,这也正是浮筒式方案气候耐受性优势的核心体现。由于连接作业在浮筒上完成,而非直接在风机船体上操作,因此可在比传统船基作业方法允许的更高有效浪高下实施,大幅拓宽了可施工天气窗口。初始安装与T2P作业均可受益于此,因为风机返回时的回接与首次安装面临完全相同的天气约束。据测算,单台漂浮式风机可降低资本支出200万至600万英镑(约合254万至763万美元);单次拖航回港作业对应的运营支出与发电量损失合计可减少约900万至1800万英镑(约合1143万至2286万美元),具体数值视工况而定。
由苏格兰企业局资助,OSSIAN开展的最新研究显示,与传统方案相比,采用Squid系统则每百万千瓦装机可节省成本约10亿英镑(约合12.7亿美元),核心原因是作业所需的船舶作业日大幅减少。此外,该方案还能提升作业安全性、降低运维成本,并显著削减项目全周期碳排放。
Part.3
面向断连的设计
可配置性是Squid系统落地应用的核心优势。该系统不会强行限定项目的系泊系统设计或电缆参数标准,而是可适配开发商已选定的任意浮体基础、系泊构型与连接器类型。漂浮式风电项目各不相同,不同开发商、不同安装承包商的设备选型也存在差异,仅支持单一构型的解决方案,只能覆盖极小一部分市场需求。
这种灵活性也折射出更核心的行业命题:设计决策的介入时间点,决定了资产全生命周期的优化空间。漂浮式风电项目通常依次经历概念设计、预前端工程设计与前端工程设计三个阶段,核心设备合同多在前端工程设计阶段收尾后签订。该阶段敲定的浮体型式、系泊构型与电缆路由,将划定资产全生命周期内的技术可行性边界。
倘若在这些关键环节全部定型后再追加断连策略,其可优化空间将远小于与选型同步规划的方案。
这也印证了更广泛的行业共识:大部件维修与机组技改更新的需求,必须从项目设计初期就纳入考量。旨在简化断开作业的系统,只有在项目最早期与系泊、电缆参数同步规划,才能释放全部价值;若项目工程方案已定型再做改造加装,效果将大打折扣。
对于关注资产运营全生命周期拥有成本的开发商而言,这意味着从前端工程设计阶段起,就应将断开与重连能力作为一项设计输入指标,而非等到机组首次需要停机运维时,才临时着手解决。
能够最优管控大部件维修与技改成本的项目,往往是从启动之初就将该问题纳入设计参数的项目,而非施工启动后才回头补全方案的项目。随着漂浮式风电从示范项目迈向商业化规模化部署,当前行业在断开与重连作业上的设计理念,将决定未来数十年这类资产的成本水平与运行可用率。