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广州日报:这位“广东杰青” 志在深海远洋

为全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组提供技术支撑

时间:2022-01-14单位:党委宣传部浏览量:10

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  广州日报1月5日讯(叶作林 龙锟)碧海蓝天中,全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组“三峡引领号”巍峨矗立在广东阳江百万千瓦级海上风电场上。去年12月,“三峡引领号”在广东阳江成功并网发电,标志着我国实现了漂浮式海上风机关键技术的突破,对促进我国海上风电高端装备制造升级、挖潜深远海风能资源具有积极意义。

  “三峡引领号”是三峡集团牵头打造的海上风电“大国重器”,是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果,该风电机组根据50年一遇的极端风浪流工况设计,最高可抗17级台风。“三峡引领号”是如何突破这一关键技术?这离不开广东省自然科学基金杰出青年项目获得者、华南理工大学船舶与海洋工程系副主任樊天慧以及团队背后默默付出。樊天慧以及团队承担的“浮式海上风电平台全耦合动态分析及其装置研发”项目提出了海上漂浮式风电基础以及锚泊系统性能评估、模型试验与优化设计关键技术,其研究成果支撑“三峡引领号”的成功建设。

立志投身海洋工程研究

  樊天慧1987年出生于辽宁铁岭,高考考上了大连理工大学工程力学系,此后一路保送直接攻读博士学位,师从中国工程院院士、时任大连理工大学校长欧进萍,从事海洋工程研究。

  “未来海洋能源的开发利用的重点一定是海洋可再生能源。”樊天慧就读大学时,海洋油气是当时海洋能源开发的热点领域,而他认为可再生能源是未来能源开发利用的主要方向。

  2016年,博士毕业后,樊天慧被引进到华南理工大学,继续从事海洋工程的研发工作。“博士期间所在的团队进行了深海漂浮式装备、水动力学分析方法、工程装备研发等研究,主要服务的是南海海洋工程,这些研究的开展要到南海开展。”谈及为何选择到广州发展,樊天慧说,南海是国家海洋战略的重要支撑,在科研、国防、能源开发上有着重要的地位,而广东有着毗邻南海的区位优势。

未来风电开发走向深远海

  漂浮式风力发电系统是指风力发电装备和支撑基础不直接作用在海底,完全漂浮于海上,由锚泊系统连接到海底的风电机。漂浮式风电拓展了海上风电的使用范围,使海上风电向深海、远洋扩展;克服了海床地质条件问题,建设更大规模的风场,实现更佳的经济性。

  “漂浮式海上风电是我国风能资源开发走向深远海的必由之路。”随着潮间带、近海机位逐渐饱和,风电场建设走向深远海已成为必然趋势,由陆向海、由浅到深、由固定基础到漂浮式平台将成为海上风电的发展趋势。

  “固定式海上风电是以整体结构插入海里,而漂浮式海上风电结构是漂浮在海面,是锚泊线连接海底的顺应式结构,可以抵抗更大外部荷载。”樊天慧介绍,漂浮式海上风电的建设成本对水深的变化并不敏感,随着水深的增加,它的成本增加是平缓的,而固定式风电在水深超过50米后,建设成本呈指数型增长。

  逐浪深海并非易事,“三峡引领号”所在的区域台风活动频繁、海况复杂、波浪恶劣,如何克服这些困难成为樊天慧团队解决的首要问题。“在台风载荷和波涛恶劣的影响下,对‘三峡引领号’锚泊系统的控制能力提出更高的要求。”樊天慧介绍,环境载荷越大,漂浮风电机组运动越剧烈,如何设计好锚泊系统成为“三峡引领号”抗台风的关键。

  作为国内漂浮海上风电第一个吃螃蟹的人,对国内海上风资源开发起着促进作用。2018年起,樊天慧及其团队作为唯一的科研高校单位加入“三峡引领号”研发中,相继取得了锚泊系统评估与设计关键技术、水动力性能评估、新型漂浮风机优化设计方法等多项研究成果,解决了新型漂浮风机基础极端环境作用分析的难题,为我国实现深远海漂浮式风力发电零的突破提供强有力的技术保障,为海上利用风能走向深远海提供理论基础和技术支撑。

海洋风能对广东意义重大

  漂浮式海上风电被业内寄望为“未来深远海海上风电开发的主要技术”。据欧洲风能协会预测,到2030年底,全球漂浮式风电装机容量将达到1500万千瓦,保守估计到2050年,漂浮式机组成本将下降38%。

  “‘三峡引领号’为未来我国风资源开发走向深远海注入一针强心剂。”樊天慧认为,虽然目前国内海洋风电的开发主要集中在浅水区,但在未来海洋风电开发走向深远海过程中离不开漂浮式海上风电科研技术的支撑。而“三峡引领号”成功并网发电标志我国具备大容量抗台风型漂浮式海上风电机组自主研发、制造、安装及运营能力,为未来深远海风能的开发提供了设计流程、方法和实验标准。

  “广东很多电力来自西电东输,遇到电力供应紧张时,正常的生产生活都会受到影响,因此海洋风能的开发对广东能源安全有着重要的意义。”樊天慧认为,广东在海洋风能的开发上有着独特的优势:广东拥有广阔的海岸线,为海洋风能的开发提供自然基础;距离消费中心近,避免了远距离送电;充足的资金支持为海洋风能的开发和探索提供了物质保障,例如风电制氢、风电和海洋牧场结合等风能的综合利用。

  未来海洋工程的发展方向主要为深远化、绿色化、智能化。针对这一发展趋势,樊天慧开始探索海洋工程的智能化方向研究。樊天慧及团队正研发一种水下机器人,能够对水下构筑物进行检测探伤与修复作业。此外,其团队正在开展海上风电厂运维的智能数字孪生系统的研究,通过架设在风电设备上的传感器,可以实时监控风电设备运转,对海上风电设备进行智能健康检测。

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