完成单位：上海勘测设计研究院有限公司

  主要完成人：范可、林毅峰、聂焱、姚宗、陈鹏飞

一、研发背景

随着我国近海风电日趋饱和，远海风电已经逐渐成为行业主流，漂浮式海上风电 也逐步兴起。我国海洋风能资源丰富且海底工程地质有其独有特点，目前已经规划的远海风电其建设水深大多处于30m至50m范围，30m至50m范围的水深为中浅水深条件，故探索适 用于中浅水深条件下的漂浮式海上风力发电机组平台基础结构具有非常重要的意义。半潜 式基础结构是目前国际上最成熟的漂浮式基础结构，具有极好的适应性，但是将现有的半潜式基础结构直接用于我国中浅水深的海域会存在诸如中浅水深的系泊系统设计困难、濒临触底、以及系泊系统的锚链与垂荡板发生干涉等一系列问题。

本技术涉及到的半潜式平台采用三立柱的布置型式，风电机组位于其中一个立柱之上。立柱为方形且局部倒圆，极大程度地减小平台受到的波浪力和海流力；立柱之间通过甲板连接，立柱与甲板连接区域不倒圆，以方便立柱与甲板之间的连接。这种设计方案巧妙地避免了圆形立柱与方形甲板连接导致的结构受力问题和现场建造组装问题，同时还具备圆形立柱波流力小的优点。每个立柱下端与垂荡板连接，垂荡板之间通过横撑连接，横撑在垂荡板连接区域不倒圆，进一步减小横撑在水下部分受到的波浪力和海流力。为适应我国中浅水漂浮式海上风电开发需求，本技术对垂荡体进行了优化，解决了我国中浅水海域系泊系统与平台碰撞问题。本技术涉及到的立柱与甲板、垂荡板与横撑的设计方案，不仅可改善平台运动性能，还方便平台现场组装。不仅如此，这种设计与连接方案还能完全规避潜在的知识产权冲突，为我国漂浮式海上风电技术走向世界提供基础。

除立柱、甲板、垂荡板和横撑之外，本技术涉及到的半潜式平台无其余结构，对改善平台后期疲劳强度意义重大。同时，本平台涉及到的同类型技术在发展之初都进行了小尺度样机测试，本技术涉及到的方案则直接用于支撑风电机组，对于当时的设计背景下以及我国漂浮式海上风电的发展更显得弥足珍贵和意义深远，实现了我国漂浮式海上风电从无到有的突破。

二、发明团队介绍

上海勘测设计研究院有限公司（以下简称“三峡上海院”）作为漂浮式海上风电领域技术的先驱者，是国内最早开展工程背景的漂浮式海上风电研究单位。自2016年起陆续承担了多项省部级及以上漂浮式海上风电领域科学研究项目和工程示范项目，针对漂浮式海上风电开展了大量的研究、设计及应用研究工作，发展了漂浮式海上风电分析理论与关键技术，形成了9项创新成果，设计建成了我国首台漂浮式海上风电工程样机，完成了研究成果的应用与验证，形成了我国漂浮式海上风电设计关键技术成套解决方案，填补了我国漂浮式海上风电勘测设计和工程实践空白。申请专利15项，授权8项，主编漂浮式海上风电国家标准1部、能源行业标准2部，发表论文9篇，使我国的漂浮式海上风电技术成熟度从4级跃升至7级，也助力实现了三峡集团在我国漂浮式海上风电领域的全方位引领。团队曾获共青团中央“第十七届‘振兴杯’全国青年职业技能大赛——创新创效竞赛优胜奖”、共青团上海勘测设计研究院有限公司委员会“2021年度‘青年突击队’荣誉称号”。

第一发明人介绍：

范可，工学硕士，工程师。现任上海勘测设计研究院有限公司新能源院项目经理，从事海上风电和海洋工程设计研究工作。作为专业主设人承担我国首批漂浮式海上风电试验项目，先后承担国家级及省部级科研项目8项，参与编制海上风电国家标准1项、行业标准2项，企业标准1项，著有“十三五”国家重点出版物《海上风电机组支撑结构与地基基础一体化分析设计》，获得9项海上风电技术专利授权。曾获中国长江三峡集团有限公司科技进步奖一等奖、国网上海电力公司科学技术进步奖一等奖等。

三、成果(专利)简介

专利号：ZL202022802645.0

专利名称：半潜式海上风力发电机组的平台基础结构

专利权人：上海勘测设计研究院有限公司

发明人：范可、林毅峰、聂焱、姚宗、陈鹏飞

IPC主分类号：B63B35/44

授权公告日：2021年9月3日

授权公告号：CN214112811U

本专利设计开发了一种适用于我国中浅水海域的半潜式海上风力发电机组平台基础结构，是全球首台抗台风型基础平台（最高可抵抗17级台风），而Tri-Floater、WindFloat和DeepCWind平台均不具备抗台风属性。本技术涉及到的平台水深适应性强，为我国中浅水海域海上风电场开发提供了一种解决方案。本技术深度结合我国海域的特点，消化吸收国外的部分设计理念，在此基础上设计了一种适用于我国海域的一种三立柱半潜式平台，具有完全的自主知识产权。

本专利设计特点包括：

（1）移除了立柱以外的垂荡板结构，立柱外侧面与垂荡板外侧面共面，消除了系泊缆与垂荡板相互干涉的问题，不仅可以保证大幅度提高系泊回复力，还能起到减少平台用钢量的效果。

（2）处于中浅水深水域的平台基础结构在遇到风浪侧翻时，由于垂荡板的板体外侧面为平面，使得侧翻的垂荡板的板体外侧面触底的风险减小。；

（3）除立柱、甲板、垂荡板和横撑之外，取消斜撑结构，解决了传统半潜式基础的疲劳问题。

（4）系泊点设置在甲板外侧，有效解决水深过浅导致系泊系统回复力不足的问题。

（5）每个立柱下端与垂荡板连接，垂荡板之间通过横撑连接，立柱及横撑倒圆。

本平台涉及到的同类型技术在发展之初都进行了小尺度样机测试，本技术方案则直接用于支撑风电机组，实现了我国漂浮式海上风电从无到有的突破。现有技术未对本专利的创造性构成实质性影响，且本实用新型的技术方案与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的技术进步，具有创造性。

四、成果（专利）转化情况介绍

本专利技术开发成功后于2020年申请专利，随后以技术服务的方式开始在我国首台漂浮式海上风电样机工程“三峡引领号”上应用，2021年9月获得了授权。

应用本专利技术“半潜式海上风力发电机组的平台基础结构”设计的半潜式浮式海上风电基础型式成功应用于三峡广东阳江阳西沙扒三期400MW海上风电场。应用本专利技术的国内首台漂浮式海上风电“三峡引领号”于2021年12月7日成功并网发电,2022年2月满发运行,运行以来,本专利涉及的半潜式海上风力发电机组基础平台及系泊系统运行状态良好。

通过不断掌握关键技术、不断积累核心专利技术可以进一步加快漂浮式海上风电产业化进程，实现运用专利技术掌握市场竞争优势的目的。对专利的运用不仅使上海勘测设计研究院有限公司知识产权资源实现了经济价值，也为公司产品市场的开拓发挥了巨大作用，将知识产权工作真正纳入了研发、采购、建设等公司经营中。

本专利技术的研究、开发和应用为我国漂浮式海上风电设计及建设提供高效实用、经济可靠的漂浮式海上风电设计技术。基于“三峡引领号”的成功实践，给与了市场足够的信心，越来越多的企业也开始进入漂浮式海上风电领域。为我国海上风电走向深远海提供强有力的技术支撑和保障。通过样机工程的实践摸清了国内浮式风电工程配套的基本情况，掌握了国内上下游产业配套潜力，促进了浮式风电新型产业链的发展。

五、经济效益与社会效益介绍

本专利项目为适用于可再生能源的风力发电项目，工程运行过程中不耗费能源资源，符合中国可持续发展和节能减排的要求，有利于国民经济发展。该参评项目应用于我国首台浮式海上风电试验样机“三峡引领号”，具有较好的经济效益、环境效益及社会效益。

“三峡引领号”工程装机容量5.5MW，年平均上网电量1517.83万kWh，火电若取供电标煤耗304.9g/kWh。按此标准计算，工程建设投运后每年可为国家节约标准煤约4600吨，实施日至2022年底将新增利润200万元以上，起到了节煤增电的良好经济效益。

本项目工程建设具有明显的环境效益，可减少污染物和温室气体排放量，节约能源原材料消耗。减少相应的水力排灰废水和温排水等对水环境的污染。浮式海上风电建设施工、运维及日后拆除更为方便快捷，对海洋系统扰动较小，对环境影响极小，后续在深远海推广应用可以进一步减少或避免视觉、噪声污染等。

应用本专利技术设计的“三峡引领号”项目成果入选“十三五”国家科技创新成就展、能源领域首台（套）重大技术装备项目、获2021年“风电领跑者”称号；项目成果被央视、东方卫视、科技日报等多家媒体报道，并形成了良好的社会反响。

本专利技术的研究、开发和应用为我国漂浮式海上风电设计及建设提供高效实用、经济可靠的漂浮式海上风电设计技术。基于本参评项目的“三峡引领号”的成功实践，给与了市场足够的信心，越来越多的企业也开始进入漂浮式海上风电领域。为我国海上风电走向深远海提供强有力的技术支撑和保障。通过样机工程的实践摸清了国内浮式风电工程配套的基本情况，掌握了国内上下游产业配套潜力，促进了浮式风电新型产业链的发展。

从发展趋势看，根据英国政府发布的行业报告《加速中国漂浮式风电发展——如何通过英中战略合作来克服关键技术和供应链瓶颈》，我国拥有600GW的漂浮式海上风电开发潜力，其中230GW位于80m以上的水域。我国具备丰富的深水风资源，如南海、台湾地区，近岸水深大，采用漂浮式海上风电成本相对低廉，而对于孤立岛屿开发而言，采用漂浮式海上风电进行可再生能源开发便成为主要的开发措施，因此，我国漂浮式海上风电具备广阔的市场前景。