有了这种“大风车”,中国海上风电或将逆势崛起!

原创 樊天慧 华南理工大学船舶与海洋工程系副主任
《海上风电,大风刮来的清洁能源》

2016年,我博士毕业,当时我心中海上风电的种子已经开始开花结果。我下定决心,一定要投入到海上风电这个行业中来。

于是,我毅然决然南下,来到广州,来到华南理工大学,来到这个南海旁边的城市,把所有的科研精力、科研基础和科研方向全部都转移到海上漂浮式风电这个方向上来。

经过2016年、2017年的努力,在2018年,我们获批了一个非常重要的项目——海上浮式风电平台全耦合动态分析及其装置研发。这个项目的核心任务和目标就是要研发中国第一台漂浮式海上风力发电系统装备并进行应用示范。

任务和目标已经确定了,我们接下来要撸起袖子加油干。要做好漂浮式的开发,一定要明确固定式和漂浮式之间有什么本质的区别。

固定式就像一只两脚站立的土木建筑,它深深地扎入到海底,只受到风和波浪的作用。它更像我们常见的陆上建筑物,在抵抗风和波浪的过程中,依靠的是结构的变形。它相当于修炼了金钟罩、铁布衫的功夫:任尔东西南北风,我自岿然不动。

当然风和波浪也造成了很大的压力:就算你会金钟罩、铁布衫,拳头打在身上,它也疼啊。这也就是为什么随着水深的增加,固定式风电的成本会上升得这么快的原因。

而漂浮式是另外一种形式的结构:它由一个漂浮的浮体撑起了风车和浮体本身的重量,然后用锚泊系统,即图中的几条大绳子连接到海里。

漂浮式整体的系统都是非常柔韧的:波浪过来了,浮体就摇一摇;风吹过来的时候,在弹簧也就是在几条大绳子的牵引下动一动,这样以自身的运动来抵抗外部的风和波浪力的作用。就相当于修炼的是太极功夫,讲究的是卸力。

虽然风过来了,我被推走了、被打走了,但是身子就不疼,这也是为什么漂浮式这一形式随着水深的变化,成本增加并不明显的原因。

水中“不倒翁”的秘密 已完成:50%

知道了机理和要求,我们现在要开始进行一些设计工作。

首先我们要设计下边的大浮体。大家刚才也看到了,漂浮式海上风电就是典型的“头重脚轻”,看起来很容易倒。而且它本身一直是漂浮在水面上的,我们要确保它有足够的排水量,提供足够的浮力,这样才能把整体的风车和自身撑在水面上。

大的浮力才有调节的空间,才能让自身具备抗摇动能力。怎么设计它的抗摇动能力呢?我们要尽量地把重心放下,把浮心往上移,在水中打造一个“不倒翁”。水中“大柱子”的尺寸越大、淹没在水中的深度越深、它们之间的距离越长,它抗摇动的能力就越强。

那是不是抗摇动的能力越强,性能就越好?当然是否定的。如果它抗摇动的能力太强,就会和波浪力产生一个共振,这样会造成剧烈的运动,导致结构损坏。

因此,我们既要让它具备比较优秀的抗摇动能力,又不能强到与波浪力发生共振。经过团队的辛勤工作和奋斗,我们最终定格了漂浮式基础的形状,就和图中所示的一样。

设计好了浮体,下面我们要设计这几条大绳子,也就是锚泊系统。漂浮式风电到底需要什么样的大绳子?答案是“软硬适中”。

这条大绳子就像弹簧一样约束着我们的浮体运动,如果它太硬了,相当于没有弹簧卸力的作用,它还是容易受到破坏。

那把这条大绳子变得软一点,是不是就没有问题了?也不是,它的水平方向可能会和波浪力发生共振运动。

所以我们要把它变得更软一点。但是变得更软,也会产生一个问题:绳子越软,平台被吹出去漂移的距离就越远,这样电缆可能就会被破坏了。所以电缆也是控制绳子能有多软的关键因素。我们既要保证整体的绳子足够软,又不能让电缆被破坏,这就是设计大绳子的标准要求。

知道了标准要求后,我们要开始设计大绳子,首先要搞清楚它的机理。

虽然我们把它想象成一个弹簧,但它不是一个真正的弹簧,它是一个非常复杂的系统。绳子的长度、形状、布置方式,包括材质、重量、直径都对整体绳子的软硬有非常大的影响。

大家从右侧这幅图中可以看出,弹簧是线性的一条直线,然而大绳子是非常复杂的,是一直变化的一条曲线。那么这样复杂的系统,我们怎么样才能完成设计?实际上从全球范围来看,目前没有一个专业的商业软件能完成这项工作。

我们需要一位非常有经验的工程师,先选择一条大绳子,然后再不停地试错、改进,最后设计出来一个非常好的绳子。

而这些过程都是非常保密的,比如我们要向外国买一个大绳子的设计,他会给我们一个还不错的最后结果。中间是怎么调整的,为什么这么选,是没有人告诉我们的。

为了解决这个卡脖子的问题,我们专门研发了一个软件,它可以用计算机自动为我们寻找一个好的大绳子的设计方案。

这个软件可以直接输出绳子的长度、形状、布置方式;而且能确定绳子的材质、直径以及重量。这就完成了整个大绳子需要的一个设计。

“乘风破浪”的海上风电 已完成:70%

设计好了我们的大浮体和大绳子,下面要进行验证了。

为什么要进行验证?因为海上风电的建设成本非常高,风险也大。我们设计好之后,需要经过详细的验证,最终才能开工、施工和建造。

做实验的过程中,我们一定要严格考虑风和波浪的双重影响,为什么?

因为在波浪的作用下,平台就会开始摇晃,带动上面的风车也开始摇摆,这样风力就会产生一个比较复杂的变化。

风和波浪的联合耦合的影响,才能决定最终结构的安全,决定发电效率等一系列的问题。因此我们必须在模型试验的过程中,同时考虑风和波浪的双重影响。

模型试验是什么意思?就是把左图中那么大的大家伙,等比例缩小成实验室可以放下的这么小的小东西。当然缩尺的时候要参照一定的原则。

我们按照几何尺寸等比例缩小之后,会发现波浪力是准确地模拟了,但是风力由黏性力为主导,要遵循另一种等效的原则,否则风力就会产生一个变化。

如果我们直接按照几何尺寸等比例缩小,就会形成图中红色的曲线。但实际上我们最终要求的是上边黑色的实线,它们差距还是很大的。

因此,我们提出了一种新的实验室尺度的风机叶片的模型设计方法。通过这套方法,我们可以确保叶片的推力在全风速中,或者说在每一个风速的阶段都能够符合目标值,做到风的推力相似。可以说,这项技术在目前的世界范围内都是比较先进的。

设计好了,我们要开始实验了。上图展示的是我们做模型缩尺实验的一个日常发电的实验。

大家可以看到,风车这个时候是在不停旋转的,而整体平台的运动状态非常稳定。这就是真实的海域中,我们的风机平台在正常发电时的运动状态。

这个实验是我们模拟台风来袭时整体平台运动的状态,大家可以看到,这个时候风车已经停止了转动。

为什么会这样呢?因为如果在台风高强风速的情况下,风车还在旋转,就会有一个巨大的风推力,对发电机、整体结构和大绳子都会产生巨大的冲击,带来结构的安全问题。

因此在台风工况下,我们会停止旋转,把风车锁定。大家可以看到,这时大绳子和整个浮体的运动会变得更加剧烈。

经过模型试验,我们验证了之前设计的浮体、大绳子、整套系统都是没有问题的。那么接下来,我们就要进入施工建设的环节中,一起来看一下施工中的视频片段。

首先,我们把浮体的各个分段进行吊装和搭载,组成一个完整的浮体。组装完成之后,就要进行拖航,我们要把组装好的浮体滚装拖到半潜船上。接着,船驶入较深的水域,半潜船下沉,让浮体浮在水面上。然后利用拖船把浮体拖到和风车连接的码头。

浮体到达吊装的码头后,便要组装大风车。紧接着就要吊装塔筒,塔筒吊装完毕,我们要把风车连接到塔筒之上。浮体、塔筒和风车连接到一体之后,再把它们一体化拖航到我们海上风电厂的就位位置。

到达就位位置之后,要做的是把我们原来设计好的、已经加工好的、在位的大绳子连接到浮体之上。就位安装就是把大绳子连接到浮体的过程。

最终,2021年12月,全球首台抗台风型海上风力发电系统装备“三峡引领”号成功地并网发电了,单台机组每小时满发电量可以达到5500度,每年可为3万户家庭提供绿色的清洁能源。

未来单个海上漂浮式风电场的规模可能到300-500兆瓦,每小时满发电量可以达到30-50万度,每年可为150-300万户家庭提供绿色的清洁能源。

广东是用电大省,它的电能很多来自于西电东送。如果未来可以大规模地建设海上漂浮式风电场,我想这可能在很大程度上解决广东用电依赖的难题和窘境,同时也为祖国的碳中和、实现双碳目标提供一些助力和支持。

回首这几年的工作,在整个项目团队的精诚合作和团结努力下,我们完成了中国首台漂浮式风力发电系统装备的研制和应用示范,同时这也是全球首台抗台风型机组,我们把不可能变成了可能。

希望大家都积极投身海上风电事业,都有把不可能变成可能的勇气。

【厂房装修和实验室装修需要注意的一些细节】近两年经常遇到一些办公室装修的客户,车间、厂房、实验室等与办公室结合装修使用的情况,有时多层办公室也会有某一层全都是生产车间或者存放机器的车间需要装修的情况。那么办公室装修中的厂房又该如何装修呢?接下来就由一站式工装知名服务商领企设计小编为您解答厂房实验室应该如何装修。

1、首先要注意的是顶部,大部分车间和厂房顶面装修都是裸顶,装修的很多电线、通风管道等需要走在顶面。因为顶面层高较高的缘故,所以要详细规划桥架、通风、排电等。对于一些车间和办公室在一起的情况,办公室倒是可以常规的使用各种材料用来装饰,但是对于一些使用电压比较大的机器的车间,办公室也可以安装防火门,墙面可以使用砖墙来提高安全性。

2、其次厂房的地面材料一般是选择性价比较高的材料,例如:环氧地坪漆或者防静电地板、水磨石地面来进行大范围铺设。如若需要摆放重型机器的话则需要在地面做一层做一些基层等。厂房对于地面的硬度和耐磨度要求较高,因为相对于传统的办公室装修而言,厂房的隐蔽工程相反不走地面而走顶面,而且常常会摆放重型车床以及供货运车进出。

3、最后对于厂房的空间规划,因为厂房人们需要频繁进出车间和操作,有时还会需要些小推车用来运送配件货物,所以厂房的道路需要设置的比一般的办公室要宽敞,以便于人员的工作和流动。顶面的灯具一定要明亮且安全,一般采用大功率的工矿灯,不仅安全明亮且价格也足够经济。

4、实验室装修对洁净度有一定的要求,常分为万级、十万级、百万级。根据洁净度要求的不同进行定制设计方案。
以上就是领企设计小编为整理的厂房装修设计中有哪些注意事项相关知识以及装修设计风格效果图案例,想了解更多办公室装修效果图案例和算算自己的办公室装修设计需要多少钱吧,现在联系关注我们吧。

#北海# 【烈日下的“双向奔赴”:冰化暖心】
7月12日,北海突发新冠肺炎疫情。疫情就是命令,连日来身穿防护服、顶着烈日的“大白”们分布在北海的大街小巷给市民做核酸检测。高温下,冰块成了“大白”们最好的降温物。7月17日中午11点多,记者接到北海市区内一家医院的求助,请求记者帮忙联系车辆,并希望在下午5点前把冰块运送到北海部分核酸采样点。在接到医院求助后,记者立即通过微信发布求助信息,征集车辆,在烈日下进行了一次“双向奔赴”。
这是一次突如其来的求助,而且因为防疫需要,此时的北海部分风险区域已经实行管控,无论是车辆还是人员都非常紧张。能否找到车和人,这是一个未知数。抱着试试看的心态,记者在朋友圈发出了求助,没想到求助信息发出后不到半个小时,记者就收到了回复。
市民李先生
我在一个群里看到这个消息,就打电话联系了,现在就过来做这个事情。一线的工作人员很辛苦,现在天气那么热,我就尽点绵薄之力,帮他们送一下冰 ,解一下暑。
接下来,记者又陆续接到了多个愿意提供帮助的电话。最后,经过查验健康码及核酸检测结果,记者确定了8名志愿者和四辆小货车来帮忙义务送冰块。
广西广电网络北海分公司
副总经理曾彬
求助信息只需要一辆车,后面我们组织了三辆车还有六名志愿者。
20分钟后,车辆来到制冰厂,志愿者们开始往车上装冰块,这些冰块由制冰厂无偿提供。
制冰厂负责人卜权芳
医护人员是用生命去捍卫我们的安全,所以我就觉得我们能为他们做点事情,是一件非常有意义的事,本身我也是一个老党员了。现在我也联合了一些同行,我们大家都非常乐意去做这个事情。
下午两点多,是一天中气温最高的时候,地表温度超过40摄氏度。四辆小货车一共拉了48块冰块,兵分四路,把冰块送到各个采样点。每块冰块重达90公斤,在采样点,志愿者们吃力地把冰块卸了下来。
志愿者唐文波
“大白”们冒着酷暑很辛苦,我们只是做了一些微不足道的工作,但是能给医护人员带去一些凉意,我觉得这个工作是很值得的。
冰块一一被安放在指定位置。高温下,冰块渐渐融化,给身穿防护服的“大白”们带去了凉意,同时也温暖了“大白”们的心。
医护人员何洁
没有这个冰块的话,我们这些防护服里面全是汗水。收到这个冰块的时候我们心里是非常暖的。
火车站的工作人员黄凤莲
今天第一次感受到这个冰块给我带来的清凉。冰是冷的,但我的心是暖的。
晚上九点,记者仍接到市民咨询第二天是否还需要车辆送冰的电话。疫情之下的北海,像这样“双向奔赴”的故事还在继续。
来源北海广播电视台


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