全球首個(gè)抗臺(tái)風(fēng)型漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)——“三峽引領(lǐng)號(hào)”是我國(guó)深遠(yuǎn)海漂浮風(fēng)電開(kāi)發(fā)的實(shí)質(zhì)性探索成果。近日，三峽集團(tuán)所屬三峽上海院首席專業(yè)師、總工程師林毅峰接受采訪，講述其背后的故事。
中國(guó)南海，離岸28公里，水深30米處，一臺(tái)高度超百米的風(fēng)電機(jī)組屹立在三角結(jié)構(gòu)的漂浮平臺(tái)上。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，悠悠轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大槳葉赫然醒目，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)1小時(shí)，滿發(fā)5500千瓦時(shí)電量，可夠一個(gè)三口之家用上兩年。風(fēng)從海上來(lái)，點(diǎn)亮千萬(wàn)家。
這是全球首個(gè)抗臺(tái)風(fēng)型漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)——三峽引領(lǐng)號(hào)，它具有大容量、抗臺(tái)風(fēng)、漂浮式的特點(diǎn)。2021年12月7日，機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國(guó)在全球率先具備大容量抗臺(tái)風(fēng)型漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組自主研發(fā)、制造、安裝及運(yùn)營(yíng)能力。
浩瀚海洋，風(fēng)起電至。由于近海空間資源有限，海上風(fēng)電的發(fā)展也必然從淺近海走向深遠(yuǎn)海。相應(yīng)的，海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)形式也將伴隨水深變化，從固定式支撐結(jié)構(gòu)演變?yōu)槠∈街谓Y(jié)構(gòu)。作為我國(guó)首個(gè)漂浮風(fēng)電項(xiàng)目，三峽引領(lǐng)號(hào)實(shí)現(xiàn)了中國(guó)海上風(fēng)電從固定式走向漂浮式，是我國(guó)深遠(yuǎn)海漂浮風(fēng)電開(kāi)發(fā)的實(shí)質(zhì)性探索成果。
與近海機(jī)組整體“站立”海底不同，漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)用錨系與海底鏈接，讓浮體與風(fēng)機(jī)“漂”在海面上，保證風(fēng)機(jī)即使在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)也不沉不倒，不出問(wèn)題。
三峽引領(lǐng)號(hào)單機(jī)容量5.5兆瓦，由浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔筒、三立柱半潛式基礎(chǔ)平臺(tái)、系泊系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)電纜等主要部分組成。它的輪轂中心高度距海平面約107米，相當(dāng)于30多層樓的高度;葉輪直徑158米，相當(dāng)于3架波音747并排的寬度;風(fēng)輪掃風(fēng)面積相當(dāng)于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化足球場(chǎng)，整體就像一個(gè)巨型“不倒翁”。
要在深遠(yuǎn)海建成這么個(gè)巨型“不倒翁”，我們要完成3個(gè)目標(biāo)：“不沉”“不倒”“不跑”。
不沉，秘訣暗藏在整個(gè)浮體中。三峽引領(lǐng)號(hào)由3根立柱加上一個(gè)浮筒構(gòu)成。在整根立柱里面，分了幾十個(gè)空倉(cāng)，有的倉(cāng)有水、有的倉(cāng)沒(méi)水，通過(guò)調(diào)壓載水，維持浮力與1000多噸的風(fēng)機(jī)重力平衡。
不倒，需通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算分析。舉個(gè)例子，即便平臺(tái)傾角達(dá)到10度甚至15度，風(fēng)機(jī)整體也能通過(guò)一系列調(diào)整恢復(fù)如初。
不跑，則通過(guò)系泊系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。漂浮式海上風(fēng)電可以看作是一個(gè)風(fēng)箏，它可以晃動(dòng)，但絕對(duì)不能脫離我們的手掌心——通過(guò)系泊系統(tǒng)把它牢牢“抓”住。
在三峽引領(lǐng)號(hào)下方，3根立柱下共有9根系泊纜把它拖住，這意味著有三道防線保證它不走。當(dāng)平臺(tái)要?jiǎng)訒r(shí)，第一道防線立即啟動(dòng)：錨鏈會(huì)依靠回復(fù)力將平臺(tái)拖住，而不是硬拽。如果平臺(tái)繼續(xù)往前走，第二道防線就會(huì)頂上來(lái)：鋼絲繩由于其剛度較小、重量較輕的特點(diǎn)，會(huì)緩解整個(gè)平臺(tái)瞬時(shí)大幅度運(yùn)動(dòng)造成的系泊高張力，使平臺(tái)前進(jìn)速度變慢。假如出現(xiàn)更極端的情況，它還要往前走，還有最后一道防線：在海床底下，會(huì)有抓力錨或吸力錨之類的構(gòu)件，將錨鏈繩索與海床扣緊，繼續(xù)把平臺(tái)拖住。通過(guò)這三道防線，確保它不會(huì)在位置上有過(guò)多的移動(dòng)。
我們還在海上裝了一套非常復(fù)雜也非常完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，平臺(tái)怎么運(yùn)動(dòng)、晃動(dòng)多少，都能監(jiān)測(cè)到，甚至與“北斗”系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)，隨時(shí)掌握平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況。
逐浪深海并非易事。在三峽引領(lǐng)號(hào)的推進(jìn)過(guò)程中，我們遇到過(guò)許多挑戰(zhàn)和困難，抵御臺(tái)風(fēng)過(guò)境首當(dāng)其沖。廣東陽(yáng)江有時(shí)風(fēng)速極大，甚至相當(dāng)于時(shí)速達(dá)252千米，比肩高鐵的巡航速度。如此大的風(fēng)速，作用在一個(gè)龐然大物上，會(huì)對(duì)底部產(chǎn)生約4億牛·米的載荷，相當(dāng)于1000輛越野車同時(shí)把油門踩到底。
我們沒(méi)有可借鑒的技術(shù)，花了將近兩年的時(shí)間，至少做了6版方案，才提出目前的結(jié)構(gòu)——風(fēng)機(jī)放在平臺(tái)邊側(cè)的立柱上，而不是放在中間。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能更好地抵抗1000輛越野車的整個(gè)力矩。
國(guó)外已建漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目適應(yīng)的最高風(fēng)速是50米/秒，而三峽引領(lǐng)號(hào)可抵抗最大風(fēng)速超70米/秒的17級(jí)臺(tái)風(fēng)。2022年7月上旬，臺(tái)風(fēng)“暹芭”在南海生成，強(qiáng)度達(dá)到12級(jí)，風(fēng)速每秒37米，成為7年來(lái)登陸粵西的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。在“暹芭”的正面襲擊下，三峽引領(lǐng)號(hào)的風(fēng)機(jī)機(jī)組、浮體和系泊系統(tǒng)安然無(wú)恙、狀態(tài)良好，成為漂浮式風(fēng)電機(jī)組安全性能最有說(shuō)服力的證明。
我國(guó)海上風(fēng)電資源豐富，漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前，我們正在大力推進(jìn)數(shù)字化智能化相關(guān)研究，通過(guò)建立數(shù)字孿生模型，建立自己的算法，對(duì)風(fēng)機(jī)性能狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高項(xiàng)目運(yùn)維效率、降低勘測(cè)設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)維成本，為包括海上風(fēng)電在內(nèi)的新能源項(xiàng)目提供技術(shù)支撐。(本文原載于科普時(shí)報(bào)，轉(zhuǎn)載時(shí)略有刪節(jié))
本文作者：何亮
評(píng)論