科技日報記者 符曉波
“我國自主研制的全球最大單體容量漂浮式海上風電機組——‘海鷹’平臺正在進行樣機測試?！痹谇安痪门e行的第九屆全球海上風電大會上，運達能源科技集團股份有限公司總工程師、“海鷹”平臺總設計師陳棋透露。
2024年初下線的“海鷹”平臺單機容量達到16兆瓦至18兆瓦，適用于開發(fā)離岸超50公里、水深超60米的中高臺風海域風能資源?！昂ｚ棥逼脚_將于今年在海南省萬寧市海上漂浮式項目樣機試驗風場投入商業(yè)運營，屆時將滿足浙江、福建、廣東等地的深遠海海域風能開發(fā)需求，助力我國風電開發(fā)挺進深遠海。
近日，陳棋接受科技日報記者采訪，講述了他帶領團隊成員給風電機組在深遠海“安家”的故事。
向資源豐富的深遠海挺進
記者：與近海相比，深遠海風能開發(fā)難在哪兒？
陳棋：海洋是潛力巨大的資源寶庫。我國擁有1.8萬多公里大陸海岸線、1.4萬多公里島嶼岸線、300萬平方公里主張管轄海域。相比陸上風能資源，我國海上風能資源更豐富。統(tǒng)計數據顯示，近海水深5米至50米范圍內，風能資源可開發(fā)量為5億千瓦，而深遠海風能可開發(fā)量是近海的3倍以上。
深遠海作業(yè)環(huán)境與近海作業(yè)環(huán)境截然不同。例如，深遠海海上風速通常比沿岸海上風速快20%，深遠海出現臺風的幾率更高。猛烈的海風會嚴重影響風電機組的穩(wěn)定性。除此之外，深遠海風能資源開發(fā)還面臨投資成本高、能源傳送距離遠、后期運維難度大等挑戰(zhàn)。
記者：近海風電機組與深遠海機組有什么差別？
陳棋：在近海開發(fā)風電，由于水深較淺，風電機組底部通常采用固定式支架，可以讓相關設備安穩(wěn)地“站”在大海中，但這種固定風電機組的方式只適用于淺海環(huán)境。到了深海，就得用上漂浮式風電機組——一種可以在水中漂浮并“捕獲”風能的裝備。于是，公司面向深遠海風能發(fā)展需求，在2010年提出研制一款智能、可靠的漂浮式風電機組。我和團隊成員主要承擔了這項研制任務。
記者：您和團隊成員如何讓“海鷹”平臺適應深海環(huán)境？
陳棋：為使“海鷹”平臺安穩(wěn)地漂在深遠海上，我和團隊成員設計了一款漂浮式支架。它能讓平臺抗住17級以上臺風。同時，我們縮減了漂浮式支架的總體工程量，把支架設計成可自由拼搭的結構，大幅降低安裝、運維成本。
記者：“海鷹”平臺的底座穩(wěn)定了，但它的葉片非常大，怎么保證其整體穩(wěn)定性？
陳棋：“海鷹”平臺的葉片長度超過120米，能夠同時容納300個成年人并肩站立。葉片掃風面積約6.6萬平方米，相當于9個標準足球場。超長葉片更易出現顫振問題，影響設備運行的穩(wěn)定性。
我和團隊成員歷時3年自主研制出基于槳葉空氣動力學、集成式傳動系統(tǒng)、塔架浮體結構的漂浮式機組一體化仿真平臺，開展了大量研究和測試，通過控制加阻或共振穿越等方式解決葉片顫振、整機基礎共振等問題，保證漂浮式風電機組在各種工況下穩(wěn)定運行。
記者：聽說這個120多米長的“巨無霸”既抗彎還足夠輕。這對葉片的材料、設計和加工工藝等都提出了更高要求吧？
陳棋：你說的沒錯。以往，我們通常采用玻璃纖維和樹脂材料制造葉片，但這些材料不適合制造超長葉片。經過多次試驗，我們決定用碳纖維材料制造葉片，使其重量減輕了20%。一次次試驗、一項項對比……歷時一年多技術攻關，超長葉片終于成形并通過測試。
關鍵核心部件實現國產化
記者：“海鷹”平臺的亮點之一，是關鍵核心部件實現了國產化。
陳棋：是的。做到這一點極其不易。長期以來，我國海上風電裝備國產化水平較低，尤其是關鍵核心部件曾長期依賴進口。此次，我們在風電機組主軸承和葉片等方面實現了重大突破。
主軸承是風電機組核心部件，素有風電機組“心臟”之稱。此前，由于技術壁壘高，風電機組主軸承主要依賴進口。我們團隊和產業(yè)鏈企業(yè)、科研機構協同創(chuàng)新，歷時9個多月，研制出合格的主軸承。
為保證主軸承符合工藝要求，我和研發(fā)團隊成員冒著高溫全程跟蹤主軸承的熱處理過程，使主軸承裝配一次成功，且主軸承尺寸精度和旋轉精度達到較高水平，為主軸承國產化積累了寶貴經驗。
記者：未來“海鷹”平臺投用后，將在深遠海高鹽霧、高濕度的環(huán)境下作業(yè)，后期運維難度較大。為此，您和團隊成員采用了哪些先進技術解決這些難題？
陳棋：我們自主開發(fā)的風電機組故障預測與健康管理系統(tǒng)可以遠程查看風輪系統(tǒng)、機艙系統(tǒng)、塔外平臺運行狀態(tài)，并結合機組運行數據，對機組進行遠程健康診斷，有效減少人員的出海頻次與海上作業(yè)時長。
在大部件維護維修方面，風電機組故障預測與健康管理系統(tǒng)能夠自動分析機組運行數據并總結數據變化規(guī)律，開展機組健康評估與壽命預測。通過智能算法，系統(tǒng)可以預測可能發(fā)生的故障，并提示故障位置和類型，有效預防重大安全事故的發(fā)生。
記者：看來“海鷹”平臺不僅有“大塊頭”，還有大智慧。
陳棋：是的?！昂ｚ棥逼脚_全面實現了智能化。遍布風電機組的數百個傳感器和機艙上的激光雷達可以感知作業(yè)海域溫度、濕度等，數字化跟蹤“海鷹”平臺的運行狀態(tài)。在惡劣氣象條件下，工作人員還可以通過風電機組的智慧“大腦”，調控風電機組功率。
記者：如何搭建起這一龐大的智能化系統(tǒng)？
陳棋：海上風電是典型的鏈條式產業(yè)?！昂ｚ棥逼脚_的智能化系統(tǒng)擁有近萬個零部件，光靠一家公司是不可能做出來的。平臺實現智能化離不開上下游產業(yè)鏈的支撐。這充分展現了中國風電產業(yè)在技術創(chuàng)新、供應鏈協同、工程能力、實驗測試等方面的綜合實力，為全球海上風電發(fā)展樹立了新標桿。
需要交叉學科背景的復合型人才
記者：您入行近20年，經歷了我國風電發(fā)展的主要階段，有什么感觸？
陳棋：我國風電起步較晚，過去在人才、技術、標準等方面與國外存在一定差距。依靠自主創(chuàng)新，如今我國風電機組裝機規(guī)模已穩(wěn)居世界首位，風電成為我國重要的電力來源。我和團隊成員有幸參與研制了海上風電機組平臺“海鷂”等大型設備，助力我國實現海上風電技術突破和海上風電裝備制造產業(yè)化、國產化。
記者：在此過程中，人才起到怎樣的作用？
陳棋：人才是關鍵驅動力。隨著全球對可再生能源的重視和投入不斷增加，風電行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。這一行業(yè)的發(fā)展不僅需要技術創(chuàng)新和產業(yè)升級，更需要大量高素質的專業(yè)人才。
記者：在您看來，風電科研人才需要具備哪些能力？
陳棋：我認為，優(yōu)秀的風電科研人才應具備較高的創(chuàng)新、協作和學習能力。除此之外，行業(yè)越來越需要有交叉學科背景的復合型人才。未來，風電機組不僅要從近海走向深遠海，還要向沙漠、戈壁、高海拔地區(qū)拓展。想讓風電設備在這些地方“安家”，需要相關科研人員不僅是電力領域的行家，還要了解地理、材料等領域的知識。
記者：目前，我國風電人才培養(yǎng)存在什么短板？
陳棋：我國風電領域人才基數較小，面臨人才儲備不足的挑戰(zhàn)。這主要是由兩方面原因造成的：一方面，國內高校較少設置風電專業(yè)，人才培養(yǎng)規(guī)模較?。涣硪环矫?，在校理論學習與產業(yè)實踐存在一定脫節(jié)，人才培養(yǎng)質量有待提升。
記者：您認為該如何解決上述問題？
陳棋：首先，針對風電人才供給不足問題，相關部門應鼓勵更多高校開設風電專業(yè)，擴大風電人才培養(yǎng)規(guī)模；其次，提高風電人才培養(yǎng)質量，要注重培養(yǎng)學生的實踐能力，鼓勵高校與企業(yè)合作，讓學生在校期間能夠接觸到風電項目。
記者：您是如何培養(yǎng)年輕人的？
陳棋：我認為需要給年輕人舞臺。在日常工作中，我鼓勵年輕技術人員參與國家重點研發(fā)項目，通過解決項目中的關鍵問題提升技術水平。我們團隊還與國內外頂尖高校合作，通過設立實習實訓基地、舉辦學術交流活動，為在校生提供實踐平臺。這些合作不僅讓學生將理論知識應用于實際項目中，還為風電行業(yè)乃至可再生能源領域輸送了更多具有實踐經驗和創(chuàng)新能力的高素質人才。
記者：您對風電行業(yè)青年工程師有什么寄語？
陳棋：青年工程師是推動綠色能源發(fā)展的關鍵力量。青年人一定要保持旺盛的求知欲，不斷學習前沿知識，擁抱新技術，提升自己的技術水平和研發(fā)能力。
記者手記
全球70%的海上風能資源都蘊藏在深遠海。如何將這些寶貴的資源轉化為可用能源？這是陳棋不斷思索的問題。
要讓風電機組在汪洋大海上“安家”，面臨諸多技術挑戰(zhàn)。海上風電機組處在復雜的海洋環(huán)境中，受到風、浪、海流等影響，長距離的海底輸電線路需具備防水、耐腐蝕、抗機械牽拉及外力碰撞等性能，機組安裝還要利用大型海上專業(yè)施工船舶作業(yè)。因此，海上風電機組對裝備設計、制造、安裝技術和建成后的機組運維、故障處理要求都很高。
“沒有捷徑可走，只有腳踏實地，一步步去探索?！标惼逭f，他和團隊成員從零起步，研發(fā)新材料、優(yōu)化設計方案，逐個攻克材料選擇、結構設計等難題，在機組大型化、定制化、智能化開發(fā)方面不斷突破，一點點拼出了“海鷹”平臺。
入行20年來，陳棋成功研制出抗冰凍、抗臺風、抗雷暴等適應特殊環(huán)境的風電機組。他和團隊成員的每次技術創(chuàng)新，都為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展注入了活力。
“隨著海上風電技術進一步發(fā)展，相信會有更多機組挺立在大海上，為經濟社會發(fā)展持續(xù)注入綠色能量。”陳棋說，他將和團隊成員勇攀高峰，為實現清潔能源可持續(xù)發(fā)展貢獻智慧與力量。
