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两年多前，全球首台大容量抗台风型漂浮式海上风电机组——“三峡引领号”在中国南海广东阳江海上风电场正式并网发电，标志着我国在全球率先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。两年多后，我国漂浮式海上风电机组的单机容量已逐步从5.5兆瓦向16兆瓦+提升。这不仅是对传统固定式风电技术的升级换代，也是我国在追求可持续能源转型过程中的一次重要尝试。
从全耦合设计到完善行业规范标准，
从机组并网到实战抗台，
上海科技专访我国首个漂浮风电项目示范项目
“三峡引领号”设计负责人范可，
得以领略我国在海上风电技术领域
取得的重大进展及未来发展的广阔前景。
Part 01.
漂浮式海上风电
Clean Energy
“三峡引领号”由浮式风力发电机组、塔筒、三立柱半潜式基础平台、系泊系统和动态电缆等主要部分组成。它的轮毂中心高度距海平面约107米，高达30多层楼，叶轮直径158米，风轮扫风面积相当于3个标准化足球场。范可将它形象地称为巨型“不倒翁”。
“在深远海建成这么个巨型‘不倒翁’，我们要实现3个目的：不沉、不倒、不跑。”范可告诉上海科技。
不沉，主要通过整个浮体来实现，“三峡引领号”由3根立柱加上一个浮筒构成，在整个立柱里面，分了几十个空舱，有的舱有水，有的舱没水，通过调压载水，保证漂浮式风电系统维持平衡。
不倒，则需要通过一个非常复杂的数学模型来计算分析，从而保证在17级台风条件下，平台在合理范围内有倾角并能够恢复。
不跑，通过系泊系统来实现。“三峡引领号”下面有9根系泊缆把它拖住，每个立柱有3根，有三道防线保证它不走。
第一道防线，平台要动的时候，会有一个回复力把它拖住，而不是硬拽，“因为锚链是非常重的。”范可解释说。
如果还不行，平台会继续往前走，第二道防线钢丝绳顶上来了。此时，钢丝绳由于其刚度较小、重量较轻的特点，会缓解整个平台瞬时大幅度运动造成的系泊高张力，从而消除平台的瞬时加速度，使平台前进的速度变缓。
更极端的情况，平台还要往前走，团队还设计了最后一道防线。在海床底下，会有抓力锚或吸力锚等直接与海床接触的构件，继续把它拖住。
通过这三道防线，范可及其团队确保了平台不会在位置上有过多的运动。
“漂浮式海上风电可以被看作一个风筝，它可以晃，但绝对不能脱离我们手掌心——通过系泊系统把它牢牢‘抓’住。”范可介绍，他们在海上装了一套非常复杂且完整的监测系统，“平台怎么运动、晃动多少，都能得到监测。集控中心可以随时掌握整个平台的运动情况。“”
在范可看来，这个项目的意义不仅在于它的技术创新，更在于它对我国乃至全球深远海区域可再生能源开发利用的推动作用。
Part 02.
无惧风浪：
国内自主研发
Clean Energy
相比于海上固定式风机，漂浮式具有更大幅度运动和结构载荷响应。范可坦言，“三峡引领号”项目从应用研究到工程研究层面，都有许多挑战和困难。
首先是台风，工程所在地位于广东阳江海域，极限风速达到每秒70米+，相当于高铁的巡航速度。如此高的风速，作用在这么一个庞然大物上，会对底部产生4亿牛·米的载荷，相当于1000辆宝马X7同时把油门踩到底。
另一个难题是波浪。“三峡引领号”工程所在地的波浪最大波高近20米，相当于7层楼的高度，平台的水深只有30米左右。范可说，在海洋工程里面，水越深反而更稳，但水浅波高，“这在全世界都是一个难题。”
“我们没有可以借鉴的技术，只能另起炉灶，花了将近两年的时间，至少做了6版方案，才提出目前的结构——风机放在旁边的立柱上，而不是放在中间，这样整个结构能够更改好地抵抗1000辆宝马的整个力矩。”
正是基于这些有解思维，“三峡引领号”项目成功入选国家“十三五”科技创新成就展、2021年度国家能源领域首台套重大技术装备名单。“可以说，‘三峡引领号’的主要方案均为国内自主研发。”范可说。
去年7月，台风“泰利”正面袭击“三峡引领号”，最大台风强度一度达到13级。在“泰利”的正面袭击下，“三峡引领号”的风机机组、浮体和系泊系统安然无恙、运行良好，成为漂浮式风电机组安全性能的最有力证明。
Part 03.
海上风电产业链
Clean Energy
第八届全球海上风电大会发布的《海上风电回顾与展望2023》指出，中国保持了全球最大的海上风电市场地位，年新增装机和累计装机均位居首位。
在巨大的市场规模下，如何完善海上风电产业链，实现海洋能源融合发展，成为范可及其团队关注的问题。
“漂浮式可以跟很多东西结合在一起，比如说光伏、波浪能或者海上制氢。它还可以跟海上养殖结合在一起。”范可告诉上海科技，“我们现在和未来做的，就是将多种能源进行集中的相关研究。”
事实上，国内海洋能源融合应用工程大多处于概念设计及示范阶段，成功投运案例较少，缺乏足够数据支撑融合技术研究和应用深化。
另外，绿电制氢、漂浮式光伏仍存在技术瓶颈、成本高等问题，一定程度上限制了融合应用工程落地。
目前，范可所在的团队除了开展大容量漂浮式海上风电技术研究外，也正在大力推进数字化智能化相关研究。这些工作将降低勘测设计和建设运维成本，提高项目运维效率，为后续我国海上风电建设提供技术支撑。
当被问到对构建清洁低碳、安全高效的能源体系的期待时，范可几乎没有思索，很快便答道：“对于我这种做工程设计研究的人来说，最大的心愿就是通过自己以及团队的技术能力，能让行业的发展更进一步。”
信息来源：上海科技
责任编辑：张琪琪
审核：王举
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