海上风力发电关键技术的创新与探索
海上风力发电装备与风能高效利用全国重点实验室 湖南大学黄守道主任/教授 上海2026年4月24日 汇报目录 01海上风电发展现状与趋势02海上风力发电关键技术的自主创新03团队介绍及风电技术探索研究 背景及意义 我国主要的新能源占比 我国能源体系正进入非化石能源主导的薪新阶段 风电是我国新型能源体系的重要组成部分，对保障能源安全至关重要 背景及意义 至2060年，未来预计 清华大学碳中和研究院： 预计到2060年，风力和光伏的发电量将达到95000亿千瓦时，是当前发电量的7倍以上 预计到2060年，风电和光伏的装机总量将超过60亿千瓦，占所有电源总装机量的83% 风电自前在我国新能源发电量中占比前列，并将持续快速发展 资料来源：国家能源局、中国电力企业联合会、中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）、工程院院士报告、清华大学碳中和报告等 我国风电累计装机连续15年稳居全球第一，2025年新增装机全球占比71% 海上风电累计装机连续5年位居全球第一，2025年新增装机全球占比高达81% 6.59GW全球新增10.8GW，我国占比58.3% 目前开发的风资源仅占我国海上可开发风能总量的1.62%，开发潜力巨大 海上风电发展超势 海上机组大型化 2025年东方电气研发的26MW机组刷新全球已安装风机单机容量2025年金风科技研发的GWH252-16-F漂浮式风电机组顺利完成吊装 阳江青洲海上风电项目在建装机容量300万千瓦广西北部湾海上风电基地总规划装机容量2350万千瓦 浙江舟山六横清洁能源岛布局海上风能、光伏、氢能、潮流能等清洁能源产业 海上风电朝深远海及大型化、规模化、多能多用途融合三大方向发展 发展趋势一：海上机组大型化 近10年，国内海上风电机组平均容量提升2倍以上 发展趋势一：海上机组大型化 国内风电机组迭代速度加快，大型化趋势明显 根据国际可再生能源署（IRENA）数据，与2010年相比，2024年陆上风电和海上风电的全球加权平均总装机成本分别降低了大约55%和48%，未来风机大型化将贡献更大的成本下降空间，风电经济性将进一步提升。 发展趋势二：风电场规模化 海上风电开发建设风电场规模不断扩大 发展趋势二：风电场规模化 海上风电资源开发遂渐由近及远，由浅至深 ◆我国已核准的海上风电项目以离岸距离小于50公里的近海项目为主 ·三峡江苏大丰海上风电项目，最远点离岸距离85.5公里，是我国自前已并网发电离岸距离最远的海上风电项目·汕头中澎海上风电场项目，场址中心离岸距离95公里，水深范围30至50米，是我国目前离岸距离最远、水深最深的海上风电场项目·全球离岸最远的在建海上风电场DoggerBank，位于英国北海，离岸130公里 发展趋势二：风电场规模化 海风装机进入高成长阶段 在政策指引和上网电价补贴的促进下，国内海上风电装机量自2017年首次突破GW级体量，近年来逐年增长，2020年累计海风装机并网达9GW，超额完成十三五”5GW并网目标2022年起我国新增海上风电项目不再享受国家补贴，增幅减缓 ·根据国家能源局统计，2025年我国海上风电新增装机6.59GW，风电累计并网装机容量达47GW；全球风能理事会《全球风能报告2026》进一步指出，截至2025年底，全球累计海上风电装机量为92.3GW，其中中国新增装机占比81%，累计装机占比52%，已成为全球最大的海上风电市场，稳居“全球领导者”地位 发展趋势三：多能多用途融合 多能融合能源岛规划建设 丹麦北海能源岛：在北海距日德兰半岛约50英里的海域一个人工岛正在建设中，这将是世界上第一座能源岛。到2030年至少有3吉瓦的海上风电连接到丹麦和荷兰，长期容量将达到10吉瓦的海上风电波罗的海博恩霍尔姆能源岛：2026年，德国与丹麦将共同推进博恩霍尔姆能源岛建设，将博恩霍尔姆岛打造成跨国共享海上电力枢纽，容量为3吉瓦浙江舟山六横：加速打造集LNG、海上风电、氢能、新材料于一体的“海上能源岛”，已落地普陀2#海上风电、浙能及中石化LNG接收站、氢能公交/叉车/无人机等示范项目山东省：加速构建以深远海示范为引领、“风光储”一体化智慧能源岛为方向、海洋牧场与海上风电融合为特色的多能互补体系，莱州融合项目累计发电超22亿干瓦时 发展趋势三：多能多用途融合 多能多用途融合 海上风电-油气、矿业融合开采技术 海上风电与牧场结合 海上风电与制氢结合 三峡集团公开表述的首个海上风电驾海洋教场绩登试晟范项宜也是山东省首个海洋牧场写平价法是在风机基础周边布置养殖区，人工鱼礁，实现“发电+增殖渔业”一体化 2025年3月，我国首个海洋氢氨醇一体化项息在山东烟台建设完工并进入调试阶段，可利用海上新能源离网制氢，并进一步转化为更豪储运的氨和单醇；项建设了我国首个率潜式海上制氢苹台 HywindTampen是全球首个专门为海上油气平台供电的浮式海上风电场，为SnorreA/B和GullfaksA/B/C五座油气平台供电，可满足这些平台约35%的年用电需求 汇报目录 01海上风电发展现状与趋势02 海上风力发电关键技术的自主创新03团队介绍及风电技术探索研究 海上风力发电关键技术的自主创新 在过去数十年里，我国大型风力发电技术实现了由“引进消化、跟踪模仿”向自主创新、并跑领跑”的跨越发展，已形成覆盖整机、叶片、发电机、轴承、电控系统和海上施工运维的较完整产业链 当前，我国在大容量机组、超长叶片、半直驱/直驱传动链、全功率变流、电网友好控制、抗腐蚀、抗台风及深远海漂浮式等关键技术方向持续突破，部分核心技术已达到国际领先水平 我国风力发电技术已在大功率海上风力发电装备技术、大规模集群优化控制与智能管理技术、风能高效利用理论与多能源高度融合等方面取得关键突破 01大功率海上风力发电装备技术 02大规模集群优化控制与智能管理技术 03风能高效利用理论与多能源高度融合 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 2019年国家重点研发计划“面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计”、2023年国家重点研发计划“大功率海上风电机组发电机齿轮箱集成关键技术及应用” 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 低速大转矩永磁直驱电机系统关键技术 发明了阵风下发电机主动降载控制技术，攻克了巨大冲击载荷下发电机稳定运行的难题揭示齿槽转矩谐波幅值、相位与极槽配合的规律，提出最小齿槽单元的磁极分组准则，攻克了低风速下大型直驱永磁风力发电机起动难题 863计划“兆瓦级（2兆瓦）直驱型风电机组及其关键部件的设计和制造技术”2006年国家科技支撑计划“直驱式风电机组永磁同步发电机的研制及产业化 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 新型n*3相多绕组模块化永磁风力发电机 发明一种新型n*3相多绕组模块化永磁风力发电机变流拓扑 提出分数槽集中绕组+隔离磁障的新型模块化定子结构 有效避免故障扩散，显著提升机组容错性和可靠性 2016年国家重点研发计划“重大复杂电机系统服役质量检测监测及维护质量控制技术研究”2018年国家自然科学重点基金“多相直驱永磁风力发电变流一体化系统关键基础问 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 新型高转矩密度发电机设计理论与技术 从机理研究出发，突破新型拓扑结构和协同优化技术，完成样机研制与应用论证 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 极端环境下超长风电叶片高防护性能设计技术 机组大型化使叶片长度持续增加，叶片在极端环境下的防护难度显著提升 研究新型涂层材料制备方法、“气-电联用”抗冰、并联多金属网层叠的防雷系统等关键技术 技术研究 环氧多重氟化有机超疏水新型涂层 “气-电联用”抗冰 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 大型风电机组测试平台持续建设 十四五以来，多家企业和机构加快布局，测试平台功率等级持续提升，大功率整机及部件试验能力增强面向深远海、大型化风机传动链的复杂工况耦合、长期服役性能与系统级可靠性验证，仍需进一步完善 中机国际-华润新能源-鉴衡认证：40MW级测试平台 深远海大功率风机传动链仍需更强试验验证与设计支撑能力 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 风电工业设计软件技术 金风科技自主整机仿真软件GTSim 多物理场耦合仿真软件已成为风电机组全生命周期设计的重要工具 关键技术1：大功率海上风力发电装备技术 漂浮式海上风电平台控制技术 耦合控制优化 从平台动力学分析出发，突破姿态控制策略和耦合优化技术 陈佩,林忠伟.基于耦合建模的多风轮多塔筒漂浮式风电机组相位协调控制研究[J/OL].太阳能学报,1-11[2026-05-06] 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 重大问题2：突破大规模海上风电场集群的优化控制理论与技术研究 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 尾流效应等外部因素影响 场群内部实时动态优化 运维资源受限、运维窗口期短 设备数量多、分布广、关联特性复杂 尾流模型时空差异大、多变量耦合 海上与沙戈荒风电运维资源受限、窗口期短、影响因素众多 随着风电场群规模增大，尾流效应等外部因素对机群的影响更加显著 场群规模增大，则风电场内部设备数量更多、分布更广、关联特性更复杂 难题 难题 难题 计及尾流时空多维度特性的大规模风电场群快速动态优化控制困难 兼顾机群服役质量的大规模风电场群运行效率动态优化控制难度天 多约束条件下大规模风电场群短-中长期多尺度综合效能提升面临挑战 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 尾流效应下大规模风电机组群协调动态控制 提出一种大规模风电场集群串并联拓扑，并对风电场的配置进行完善建立适用于秒级快速优化控制的风电机组群尾流时空工程模型 提升风电机组群的发电效率，降低机组群疲劳载荷 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 风电机群服役全周期质量评估与调控 提出基于质量指数的机群全局服役效能综合评估技术 研制大规模风电机群服役质量数字李生系统 提出风电机群全周期服役质量动态调控 提升风电机组群服役质量和运维决策优化水平 2016年国家重点研发计划“重大复杂电机系统服役质量检测监测及维护质量控制技术研究2022年国家重点研发计划“风电机群服役全周期质量评估与调控技术研究” 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 基于人工智能的深远海风电机组状态评估与故障预警 建立一种新型数据分类模型，为异常状态风机数据与正常状态数据进行分类 提出一种深远海风电机组故障诊断模型，以小样本数据对深远海风电机组进行敌障诊断提出一种新型数据融合方法，构建数据整合框架 建立多数据融合框架，对深远海风电机组进行状态评估建立基于异常数据的深远海风电机组故障诊断模型，实现故障预警 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 深远海风电场送出输电技术 海上风电场送出方案可按距离分为三类：近距离送出(50 km 以内）：采用交流输电(HVAC)中远距离送出（50-150km）：采用低频交流输电（LFAC)远距离、大容量送出（100km以上）：采用柔性直流输电（VSC-HVDC) 适用于中远距离送出，有降低海缆电容效应的优势 按送出距离和输电规模选择交流、低频交流与柔性直流方案，支撑深远海风电高效可靠外送 赵成勇,冯定腾,熊小玲等.基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统[].中国电机工程学报,2024,44(19):7726-7739. 关键技术2：大规模集群优化控制与智能管理 海上风电多端异构直流送出与协同控制 关键技术研究 深远海风电场送出输电技术在2030智能电网重大专项智熊电网与储熊、，可再生能源专项重点研发计划等国家计划支持下进行攻关：■多端异构直流送出拓扑设计：采用DR-MMC异构拓扑，通过辅助弱联络线解决DR黑启动及近零功率运行问题，大幅降低换流器成本联络逆变器Q/f型协同
