新興海洋工程裝備發展動向

近年來，新興海洋工程裝備不斷涌現。根據目前國內海洋工程的發展現狀，本文將新興海洋工程裝備分為海上新能源裝備和新經濟裝備，其中海上新能源裝備主要指用于開發海上風能、海上光能、波浪能、潮汐能、潮流能、溫差能、鹽差能、海水制氫等綠色清潔能源的工程裝備；新經濟裝備主要指用于開發海洋漁業養殖、海上休閑旅游、海洋科學考察、海洋立體觀測、深�？臻g站、海底采礦等領域的工程裝備。

這些新興的海洋工程裝備服務于各個不同行業和領域，以海洋平臺為載體，實現不同的功能。本文主要以國內發展較快的海上風電裝備、海上漁業養殖設施為主，對其發展現狀、發展趨勢以及機遇和挑戰進行分析，同時對其他具有發展前景的海工裝備類型進行介紹。

海上風電裝備

我國海上風電相比歐洲起步較晚，但發展迅猛，截止2023年底國內海上風電裝機總容量達到37.3GW，已經躍居世界第一位，預計2025年裝機容量超過60GW，2030年超過130GW。在全球綠色浪潮與“雙碳”目標的雙重驅動下，通過不斷科技創新、技術引領，我國海上風電已經形成了完整的具有領先水平和全球競爭力的風電產業鏈與供應鏈。

海上風電場的建設推動了相關海工裝備快速發展，如海上風機支撐基礎、海上風電升壓站、自升式風電安裝平臺、浮式風電起重船以及配套的相關運輸、運維船舶等。海上風機支撐基礎型式有單樁基礎、多樁承臺基礎、重力式基礎、多腳架式基礎、導管架基礎、吸力筒基礎等，目前我國海上風電項目應用最多的是單樁基礎，其次是多腳架式基礎、導管架基礎和吸力筒基礎。海上升壓站作為海上風電集輸的中樞，按結構型式可分為單樁式、重力式和導管架式，我國應用較多的是導管架式海上升壓站。2021年，亞洲最大的江蘇如東海上風電柔性直流換流站建成投運。近期模塊式的上部組塊型式因其具有良好的集成性、經濟性和便利性越發受到行業的青睞，也逐步在海上進行示范應用。自升式風電安裝平臺作為海上風機安裝的核心裝備，目前我國已建數量已經位居全球首位。

圖1 海上風電場裝備全景圖

圖2 海上風機典型基礎型式

圖3 江蘇如東海上風電柔性直流換流站

圖4 江蘇龍源模塊化升壓站

隨著海上風電場開發逐步走向深遠海，漂浮式海上風電裝備的應用成為必然趨勢。漂浮式風電基礎型式一般可分為駁船式、半潛式、張力腿式和立柱式，隨著技術的不斷進步，目前有多種創新型的結構型式進行探索和示范應用。2021年，中國首臺漂浮式海上風電試驗樣機“三峽引領號”建成并網發電，后續重慶海裝“扶搖號”、中海油首個“雙百”深遠海浮式風機“觀瀾號”相繼開工建造和安裝。2023年，海南萬寧100WkW浮式風電項目開工建設，為全球最大商業化漂浮式風電項目。預計近幾年國內還有多個浮式風電項目陸續上馬。同時規�；�、大型化、輕量化和智能化也是深遠海風電開發的必然要求，產業協同與多能互補愈發受到行業的關注，如目前行業積極推進海上風電制氫、制氨、制甲醇等關鍵技術研發，其商業化應用可有效解決深遠海電力輸送成本高、消納過多風力發電等技術難題。

圖5 海上風電制氫裝備（概念圖）

海上漁業養殖設施

我國的海上養殖設施技術最初也是從國外引進，經過近20年的發展，目前我國在深遠海養殖設施領域的研究與開發規模處于世界領先地位，已經建成30多座深遠海養殖設施，分布在黃海、東海及南海等遠離岸線的海域。目前國內網箱技術呈現出百花齊放、百家爭鳴之勢，型式多樣，創新活躍，從座底式、自升式到半潛式和漂浮式，有重力式、桁架式、養殖工船型式，同時從傳統的養殖方式向著深水化、大型化、智能化以及環�；�方向發展。多業態融合發展也是深遠海養殖設施的發展趨勢，比如“海上風電+漁業養殖”模式、“深遠海養殖+休閑旅游”模式，進一步推動了深遠海養殖產業鏈的融合與延伸。2023年完工的“國能共享號”為全球首例漂浮式風漁融合示范工程項目，采用“水上發電、水下養魚”創新理念，實現了海洋資源多空間、多層次共用；近期交付的“耕海一號”海洋牧場率先建設集養殖、觀光、垂釣、餐飲、娛樂、科普、科研于一體的現代化海上綜合體，創新性地實現了現代海洋漁業+海洋文旅一三產業深度融合發展，開創了綜合開發利用海洋資源的新模式；中科院廣州能源所研制的系列波浪能發電-養殖-旅游設施，采用波浪能、太陽能加儲能方式為海上漁業平臺提供充足、穩定的電力來源，同時具備休閑旅游功能，為海上漁業養殖裝備發展注入了新的活力。隨著行業的發展和成熟，系列化、標準化的漁業養殖裝備會受到行業的重視和喜愛，可進一步降低深遠海養殖安全風險和成本，也將成為海洋牧場發展的必然趨勢。

其他新興海洋工程裝備

海上光伏發電具有發電量高、土地占用少、易與其他產業相結合等特點，已成為海上清潔能源利用的研究熱點。我國水上光伏起步較晚但發展非�？�，目前已經成為全球最大的水上漂浮光伏建設國家。但目前國內海上光伏建設剛剛起步，尚處于試驗示范的“科研+工程”階段。海上光伏分樁基式和漂浮式兩種，現階段多在灘涂、潮間帶近岸區域，深海漂浮式光伏是研究和開發的熱點。目前海上漂浮式光伏開發面臨能否規�；�、市場化（平價上網）以及適應海洋環境條件等困難，同樣尋找產業多元融合發展、實現多能互補也是海上光伏發展的必然趨勢。2023年，中集來福士研發的半潛式海上漂浮式光伏發電平臺正式交付，該裝備由浮式結構支撐系統、浮力材料系統、多體連接及系泊系統等八個系統組成，可滿足在浪高6.5米、風速34米/秒、4.6米潮差的開闊性海域安全運行。

目前海洋潮汐能已經實現商業化運行階段，潮流能、波浪能已開始嘗試規�；瘧�用，溫差能、鹽差能等正從實驗室走向海洋測試。這些海上新能源裝備，仍需解決高效率、高可靠性、高穩定性、易維護和低成本等技術問題，同時集海上光伏、海上風電、其他海洋能、綠電制氫等于一體的離岸海上“能源島”建設，也是未來海洋資源開發的重要方向。近期，兆瓦級漂浮式波浪能發電裝置“南鯤”號，在廣東珠海投入試運行。該平臺將深遠海域波浪能轉化為綠色電能，在滿負荷條件下每天可產生2.4萬度綠電，被譽為“海上大型綠色充電寶”。該項目是我國兆瓦級波浪能發電技術從理論研究邁入工程實踐的里程碑。

圖6 國內半潛式海上光伏發電裝備

圖7 兆瓦級漂浮式波浪能發電裝備

新興海洋工程裝備發展機遇和挑戰

近些年來，我國政府持續頒布了一系列政策支持海上新興海洋工程裝備發展，加快海洋開發進度。“十二五”和“十三五”期間，國家引導海上風電開發主要從項目示范向近海海上風電規�；�發展；“十四五”時期，國家政策重點轉向加快制定海上風電開發技術標準，提升技術水平，《加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃》《“十四五”可再生能源發展規劃》《“十四五”能源領域科技創新規劃》等多項規劃均強調要重點發展深遠海漂浮式海上風電、海上光伏、海上能源島等，引導海上新能源裝備平價化有序發展。對于深遠海漁業養殖裝備，2023年中央一號文件指出，要發展大水面生態漁業，建設現代化海洋牧場，大力發展深水網箱、養殖工船；近期農業農村部等8部委聯合印發《關于加快推進深遠海養殖發展的意見》，要求緊緊圍繞深遠海養殖發展的重點領域和關鍵環節，加快推進深遠海養殖發展，這是我國首個關于深遠海養殖發展的指導性意見，為規范和支持深遠海養殖裝備發展提供了政策依據。

這些有利政策的頒布和實施為我國海洋工程裝備產業帶來了新的機遇，同時也必須清醒的認識到，海洋開發的快速發展也給我們帶來了新的更大挑戰。

1、基礎理論研究相對薄弱、科技創新能力不強、高端海洋裝備自主研發能力不夠、關鍵設備的國產率較低、自主工程軟件匱乏等“卡脖子”技術仍普遍存在，這些問題需進一步解決，還需要很長的一段路要走。

2、許多新興海洋工程裝備服務于不同行業領域，且創新型較強，初期國家監管部門尚不明確，可能會涉及多部門，因此還需政府加強頂層設計，做好統籌規劃，從國家層面制定相關法律法規，在不斷發展中逐步捋順，逐步建立和完善監管體系。

3、技術規范標準體系不完善。各類新型海上設施不斷涌現，種類繁多、型式復雜、功能多樣，技術成熟度相對較低、安全保障難度較大。因此亟需建立符合中國海域環境條件的技術標準體系，逐步規范新興海工裝備建設和發展，并積極向國外輸送，爭取做全球新興海工裝備的標準引領者。

4、關鍵技術需全產業鏈協同創新，分階段開展示范應用。尤其是傳統的海上油氣裝備企業更應貢獻力量，分享海上安全開發經驗；同時，新興海工裝備具備獨有特點，建設和開發可借鑒海上油氣行業，但絕不能生搬硬套，一概而論。應充分利用全球創新資源，推進國際海洋科技合作。

中國船級社的技術實踐與探索

中國船級社近些年來一直致力于新興海洋工程裝備的技術研究和規范研發工作，初步建立起以海上風電裝備、海上漁業養殖領域為主體，涵蓋大部分種類新型海上設施的技術服務能力。

1、海上風電裝備

國內海上風電開發與歐洲相比，面臨臺風、海冰、地震、巖基海床等特殊海洋環境條件，需要解決更多的工程難題和挑戰。中國船級社依托20余項國家和社內科技項目研究，同時借鑒40多年的海洋工程檢驗經驗，攻克了固定式風機基礎、海上升壓變電站、漂浮式風機基礎、自升式風電安裝平臺等裝備的關鍵技術，以“海上風電場設施全領域、全生命周期風險控制”為理念，已逐步建立起覆蓋海上風電場關鍵設施領域的技術標準體系。目前已經頒布規范指南7部，計劃生效2部。同時，中國船級社開發了系列服務產品，如針對固定式風機基礎，可提供入級/鑒證檢驗服務、施工安裝技術服務、在役結構完整性評估、地基承載力分析、應急響應支持，新型裝備設計原則性認可及設計方案優化分析服務等；針對漂浮式風電設施，可以提供入級/鑒證檢驗服務、強度復核驗證分析、系泊系統能力分析、漂浮穩性分析、一體化耦合分析與設計方案優化、結構與系泊等特殊狀態下的應急響應服務以及新型基礎型式原則性認可等；對于海上風電安裝裝備，如自升式風電安裝平臺、海上風電整體浮運安裝平臺等，可提供入級與法定檢驗服務、目標海域作業適用性評估、自升式平臺插拔樁穩定性分析、浮運安裝平臺運動性能與系泊系統能力驗證、浮運安裝平臺漂浮穩性分析、特殊狀態下的應急響應服務以及新型裝備設計原則性認可等。

依托上述研究成果和技術服務產品，中國船級社為海上風電設施開展了大量的審圖、復核驗證和鑒證檢驗，包括海上升壓站46座，海上浮式風機5座，海上換流站1座，海上風電生活支持平臺2座，海上風電安裝平臺114座，其中海上升壓站檢驗數量國內覆蓋率超過80%，漂浮式風電占比100%，為我國海上綠色能源建設發揮了積極作用。

圖8 中國船級社海上風電裝備規范標準體系

圖9 漂浮式風機一體化分析服務

2、海上漁業養殖設施

由于國內海上漁業養殖設施發展的型式多樣化、創新性以及工程經濟性要求等客觀因素，行業同樣面臨較大技術風險和安全挑戰。中國船級社依托多項國家和社內科技項目研究，攻克了大型柔性網衣載荷及水動力預報、網箱結構安全評估、非常規系泊系統優化及疲勞特性分析等關鍵技術，形成了海上漁業養殖設施的審圖、計算驗證、環境條件分析等第三方技術服務能力。目前修訂了《海上浮動設施入級規范》，編制了指導性文件《海上漁業養殖設施檢驗指南》，為70余座海上漁業養殖休閑設施提供審圖與技術服務，檢驗發證30多座。同時近兩年來為設計、建造、業主等單位組織10多場專項技術培訓與交流，為行業發展提供了技術支撐。

圖10 “普盛海洋牧場”平臺審圖和驗證

圖11 “濱海陶灣海洋牧場”平臺入級檢驗

3、其他新興海洋工程裝備

為助力行業發展，中國船級社一直加大投入對新興海工裝備開展研究，相繼依托社內外科研課題對海上制氫、海上光伏、海上波浪能、溫差能等裝備開展研究，近期計劃發布《海上制氫平臺指南》《海上光伏發電系統指南》以及《海上波浪能發電裝置檢驗指南》等系列指導性文件，以指導行業安全有序發展。同時為行業相關海工裝備開展了大量第三方驗證工作，如兆瓦級波浪能發電平臺、新型波浪能俘獲裝置、南海浮式潮流能發電平臺、海洋多圈層立體塔基觀測平臺等，這些項目的有益探索為我國新興海工裝備發展提供了良好示范和借鑒。

圖12 南海波浪能俘獲平臺性能驗證

圖13 海上潮流能平臺總體強度驗證

中國船級社將在新興海洋工程裝備領域持續發力，不斷開展相關關鍵技術研發，加快規范標準體系建設，未來計劃構建覆蓋海上新能源、新經濟設施全領域、全生命周期的規范標準體系；積極聯合業界開展新興海工裝備的科技立項和研究，盡快研發并推出高附加值技術服務產品，能為產業界提供全面的、個性化的一攬子解決方案；同時以關鍵技術儲備為前提，以規范標準體系建設為基礎，建立全面的、覆蓋海上新能源新經濟各類裝備與設施的第三方審圖、分析驗證與現場檢驗支持能力，更好的為業界提供技術服務。