深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系分析

關(guān)鍵詞：深遠(yuǎn)海，浮式風(fēng)電，產(chǎn)業(yè)鏈，標(biāo)準(zhǔn)體系，國際標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

全球范圍內(nèi)海上風(fēng)電的發(fā)展，不斷地從淺近海走向深遠(yuǎn)海，特別是在歐洲和中國。歐洲是深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電的先行者。歐洲市場已經(jīng)完成建設(shè)漂浮式單立柱式風(fēng)機(jī)20余臺(tái)，半潛式風(fēng)機(jī)10余臺(tái)。多個(gè)海上風(fēng)電強(qiáng)國也已在深遠(yuǎn)海域進(jìn)行布局。中國在深遠(yuǎn)海上風(fēng)電建設(shè)方面發(fā)展迅速，已經(jīng)成為全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量增長的主要驅(qū)動(dòng)力之一[1-2]。其中，以“海油觀瀾號”為代表，海上風(fēng)電項(xiàng)目在單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率、離岸距離、水深、單位兆瓦用鋼量等各項(xiàng)指標(biāo)都處于國際先進(jìn)水平[3-4]。

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的高速發(fā)展至今，近海風(fēng)電資源開發(fā)已趨近飽和，深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇和新動(dòng)力[5]。國家發(fā)展改革委等九部門聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，要積極推動(dòng)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用，不斷推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電降本增效。因此，實(shí)現(xiàn)深遠(yuǎn)海規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展，構(gòu)建先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)體系既是必要的，也是緊迫的。

1 國際標(biāo)準(zhǔn)

國際電工委員會(huì)（IEC）風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)（TC 88 Wind energy generation systems）是專門負(fù)責(zé)風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會(huì)，也是全球各國制定風(fēng)電國際標(biāo)準(zhǔn)的重要標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，其中WG3（Design requirements for offshorewind turbines）工作組承擔(dān)了海上風(fēng)電設(shè)計(jì)要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]。IEC TS 61400-3-2：2019 Design requirementsfor floating offshore wind turbines這一部分規(guī)定了評估浮動(dòng)式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（FOWT）站點(diǎn)外部條件的額外要求，并規(guī)定了確保FOWT工程完整性的基本設(shè)計(jì)要求。在第一版發(fā)布后不久，技術(shù)委員會(huì)就啟動(dòng)了修訂工作，將技術(shù)規(guī)范升級為標(biāo)準(zhǔn)，將于2024年度完成[7]。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有多個(gè)技術(shù)委員會(huì)涉及海上風(fēng)電領(lǐng)域，其中船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)（TC8 Ships and marine technology）發(fā)布兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)[8]，分別是Offshore wind energy系列的ISO 29400和ISO29404。前者為海上風(fēng)電場的港口和海上作業(yè)提供了全面的規(guī)劃和工程要求及指導(dǎo)，以確保海上風(fēng)電場在建設(shè)和運(yùn)營過程中的港口和海上作業(yè)能夠高效、安全地進(jìn)行；后者則規(guī)定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組件從供應(yīng)商到施工現(xiàn)場在施工階段以及維修和保養(yǎng)過程中，進(jìn)行物理移動(dòng)所需的啟動(dòng)和控制信息的內(nèi)容和格式。

ISO TC 156（Corrosion of metals and alloys）金屬和合金的腐蝕技術(shù)委員會(huì)于2022年出版了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 24656，詳細(xì)規(guī)定了海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)外部和內(nèi)部陰極保護(hù)的要求[9]。它適用于與海水或海底環(huán)境接觸的結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)備。這些要求旨在防止海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)因海水腐蝕而受損，從而確保風(fēng)電場的長期穩(wěn)定運(yùn)行。此外，ISO TC 67 Oil and gasindustries including lower carbon energy（包括低碳能源在內(nèi)的石油和天然氣工業(yè)技術(shù)委員）下的海洋結(jié)構(gòu)分委會(huì)（SC 7 Offshore structures）工作范圍中包括了用于低碳/可再生能源生產(chǎn)的海上結(jié)構(gòu)（例如風(fēng)力），但截至目前，尚未開展海上風(fēng)電領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

上述國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，并未將海上風(fēng)電按照近海和遠(yuǎn)海進(jìn)行劃分。綜合分析，這些標(biāo)準(zhǔn)均適用于深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電，見表1。目前深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較少，仍存在很多空白，遠(yuǎn)未形成全球統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)。

2 國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 美國標(biāo)準(zhǔn)化工作

國外海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員，一般都具有海洋工程的經(jīng)驗(yàn)，所使用的分析方法也主要是基于多年來形成的海洋油氣開發(fā)平臺(tái)技術(shù)。以美國石油學(xué)會(huì)（API）為代表的機(jī)構(gòu)，認(rèn)為，鑒于天然氣和石油行業(yè)的相關(guān)企業(yè)積累了數(shù)十年的應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的海上運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，將現(xiàn)有的油氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于海上風(fēng)能領(lǐng)域是行業(yè)發(fā)展的自然進(jìn)程[10]。API與海上運(yùn)營商委員會(huì)（OOC）達(dá)成合作，雙方將共同為海上風(fēng)能運(yùn)營和資產(chǎn)開發(fā)建立安全管理體系，未來將形成海上風(fēng)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)方針。其他方面，其直接將海洋工程的已有標(biāo)準(zhǔn)移植到海上風(fēng)電領(lǐng)域。

美國船級社（ABS）在設(shè)計(jì)、建造和入級方面形成了4部標(biāo)準(zhǔn)，這些工作基本上都是2023年完成的，見表2。美國海上風(fēng)電行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，其首個(gè)商業(yè)規(guī)模海上風(fēng)電場首批5臺(tái)風(fēng)機(jī)2024年實(shí)現(xiàn)商業(yè)投運(yùn)，但在標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域，并沒有大的動(dòng)作。究其原因，一方面是認(rèn)為依托墨西哥灣油氣開發(fā)成功的海洋工程經(jīng)驗(yàn)，“無需重新發(fā)明輪子”，另一方面是海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的限制，使得標(biāo)準(zhǔn)制修訂活動(dòng)并不活躍。

2.2 挪威標(biāo)準(zhǔn)化工作

歐洲是全球海上風(fēng)電的發(fā)源地，早在2009年，挪威在北海就建成全球首臺(tái)兆瓦級漂浮式風(fēng)電樣機(jī)。目前，挪威的海上漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行[11]。與美國對海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化的思路不同，全球領(lǐng)先的海洋工程標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)挪威船級社（DNV），則逐步構(gòu)建針對性的海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系。

挪威在海上風(fēng)電領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作開展得廣泛而深入。截至2023年底，DNV已經(jīng)發(fā)布了30余項(xiàng)海上風(fēng)電領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，其中針對浮式風(fēng)電有6項(xiàng)，見表3。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)完整性、設(shè)備與系統(tǒng)、操作與維護(hù)、環(huán)保與安全、性能要求、測試與認(rèn)證，為漂浮式風(fēng)電的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營提供了全面的指導(dǎo)和要求。

總體而言，北海海上風(fēng)電，特別是漂浮式風(fēng)電先行所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合DNV在海洋工程裝備的技術(shù)積累，使得相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指南在國際上具有較高的認(rèn)可度和權(quán)威性，因此包括中國在內(nèi)的全球海上風(fēng)電領(lǐng)域都在借鑒和使用。

3 中國標(biāo)準(zhǔn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化組織

標(biāo)準(zhǔn)化組織在海上風(fēng)電領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，通過制定和實(shí)施國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和國際化發(fā)展，提高風(fēng)電設(shè)備的安全性和可靠性。我國目前風(fēng)電領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織主要有三個(gè)，見表4。

（1）全國風(fēng)力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC50）是我國風(fēng)電國家標(biāo)準(zhǔn)歸口和管理的單位，其秘書處同時(shí)承擔(dān)IEC/TC 88的國內(nèi)技術(shù)對口單位。因此，IEC國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為我國國家標(biāo)準(zhǔn)基本上都是這個(gè)委員會(huì)完成的。

（2）對于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基本上由NEA/TC 1，即能源行業(yè)風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口發(fā)布的。在海上風(fēng)電領(lǐng)域，NEA/ TC 1發(fā)布了涵蓋了風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)行維護(hù)、并網(wǎng)管理以及風(fēng)電機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備等專業(yè)的多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）中國船級社（CCS，也稱中國船檢局）致力于海上風(fēng)電設(shè)施及相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制定，雖然不是嚴(yán)格意義的標(biāo)準(zhǔn)化組織，但其發(fā)布的指南和規(guī)范，在海上風(fēng)電領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和接受度，被視為通用標(biāo)準(zhǔn)。

盡管目前我國有多家團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化組織如中國海洋工程咨詢協(xié)會(huì)、中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)等，已發(fā)布涉及海上風(fēng)電領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)30余項(xiàng)，但都是以近海為主，尚未發(fā)布深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

海上浮式風(fēng)電相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩個(gè)部分，一是對ISO和IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化，二是自主編制的國家標(biāo)準(zhǔn)。表5中所列的標(biāo)準(zhǔn)大部分是處于編制過程尚未正式出版的，即近年來，結(jié)合我國獨(dú)特海洋環(huán)境特征、行業(yè)內(nèi)科研成果和工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等形成的。與上述國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)相比，我國在漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作并不落后，而是走在世界前列。

中國船級社（CCS）作為有政府背景的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，在海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域開展了廣泛而深入的工作。其根據(jù)國內(nèi)外海上浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和建造經(jīng)驗(yàn)，以及在審和已審的海上浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)圖紙的審查經(jīng)驗(yàn)，提出了海上浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)及其附屬系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和檢驗(yàn)要求，發(fā)布了《海上浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)指南》等文件[12]。

4 標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的建議

我國海上風(fēng)能資源較為豐富，發(fā)展海上風(fēng)電有特別的優(yōu)勢，并已成為全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大的國家，但尚未形成較完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。在30多年的開發(fā)實(shí)踐中，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)逐步形成近海風(fēng)能和深遠(yuǎn)海風(fēng)能開發(fā)兩條技術(shù)路線[13]。作為未來海上風(fēng)電發(fā)展的重要方向，漂浮式風(fēng)電技術(shù)得到越來越多的關(guān)注[14]，國內(nèi)外一些標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定了針對性的標(biāo)準(zhǔn)。通過深入分析浮式風(fēng)電國際標(biāo)準(zhǔn)、國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)已有標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，結(jié)合我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，提出標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的建議：

（1）關(guān)于深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前有觀點(diǎn)認(rèn)為深水油氣工程技術(shù)覆蓋浮式風(fēng)電70%以上的技術(shù)范疇，并具備推動(dòng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效移轉(zhuǎn)的可能性[15]，但就從業(yè)人員而言，海上風(fēng)電的技術(shù)人員來自不同行業(yè)，具有海洋油氣開發(fā)浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的較少。深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電平臺(tái)涉及的技術(shù)復(fù)雜且獨(dú)特，需要專門的標(biāo)準(zhǔn)來確保技術(shù)的正確應(yīng)用與設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，因此構(gòu)建一套完整的深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系是必要的。

（2）我國在深遠(yuǎn)海風(fēng)電領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展基本上與世界同步，標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)充分利用在陸上和近海海上風(fēng)電建設(shè)積累的經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢。隨著全球漂浮式風(fēng)電快速發(fā)展，從現(xiàn)在到2030年是關(guān)鍵時(shí)期[16]，應(yīng)加快形成標(biāo)準(zhǔn)體系，以“產(chǎn)業(yè)鏈”+“標(biāo)準(zhǔn)”來解決限制了我國漂浮式風(fēng)電的大規(guī)模應(yīng)用的高成本問題。

（3）對于全球市場，我國深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不落后。中國擁有完善的裝備制造體系，歐洲則具備先進(jìn)的技術(shù)和豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在雙方積極合作的同時(shí)，競爭也是不可避免的[17-18]。深遠(yuǎn)海形成主流市場的時(shí)機(jī)應(yīng)在“十五五”期間。目前需要加快做好標(biāo)準(zhǔn)研制工作，才能保證在未來競爭中保持領(lǐng)先優(yōu)勢。

（4）漂浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，應(yīng)以產(chǎn)業(yè)鏈自主可控能力為目標(biāo)，聚焦于大容量風(fēng)電機(jī)組、遠(yuǎn)距離柔性直流送電、支撐結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)電纜、海上安裝等制約其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、批量化開發(fā)的技術(shù)，以及針對我國海域抗臺(tái)風(fēng)，運(yùn)維技術(shù)和配套裝備等方面[19]。

（5）深遠(yuǎn)海域風(fēng)電是海上風(fēng)電未來發(fā)展的趨勢，但離岸距離遠(yuǎn)使得電能可能因成本或技術(shù)限制無法進(jìn)入電網(wǎng)[2 0]，因此漂浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，不能局限風(fēng)電本身，而是通過“海上風(fēng)電+”的融合發(fā)展模式，與油氣開發(fā)結(jié)合，與其他電力消納，如電制氫（氨）等能源綜合利用和能源外送技術(shù)相融合[21-22]。

（6）目前國際上統(tǒng)一的浮式海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成，國際標(biāo)準(zhǔn)有空白。浮式海上風(fēng)電作為一種重要的清潔能源形式，全球市場規(guī)模的擴(kuò)大必然伴隨著國際標(biāo)準(zhǔn)的需求。隨著我國技術(shù)進(jìn)步、工程實(shí)踐的積累以及國際合作的加強(qiáng)，存在較多機(jī)會(huì)來牽頭主導(dǎo)深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)制定，為建立更加完善的國際標(biāo)準(zhǔn)體系貢獻(xiàn)中國經(jīng)驗(yàn)和智慧。

5 結(jié)語

全球海上風(fēng)電正穩(wěn)步邁向深遠(yuǎn)海，構(gòu)建深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)體系顯得尤為關(guān)鍵，其緊迫性不容忽視。標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，一方面要為我國漂浮式風(fēng)電的規(guī)?；瘧?yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的支撐；另一方面，要助力與歐美國家在這一領(lǐng)域的競爭。我國在浮式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)優(yōu)勢地位，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)為引領(lǐng)，提升我國在國際風(fēng)電市場的核心競爭力。在深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電這一創(chuàng)新領(lǐng)域，針對國際標(biāo)準(zhǔn)化存在的空白點(diǎn)與薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)積極發(fā)揮單項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢，主動(dòng)出擊，精心布局國際標(biāo)準(zhǔn)制定工作。盡早形成一套完整且具備前瞻性標(biāo)準(zhǔn)體系，對于推動(dòng)我國深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電技術(shù)和裝備走向海外，提升我國在全球風(fēng)電領(lǐng)域的影響力與話語權(quán)具有重要意義。