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。

【有事好商量:#北京一小区流浪鸽成灾#,怎么办?】鸽子悠闲地在小广场上漫步、啄食,孩子在飞舞的鸽群中欢笑、奔跑……这本是一幅美好惬意的画面,却令北京朝阳区华腾园小区一些居民十分头疼。这些流浪鸽落户华腾园已经十年之久,随着居民不断爱心投喂,小广场上的鸽子越来越多,鸽粪、鸽毛、噪音等问题也随之而来,令住在周边楼里的居民苦不堪言,纷纷要求社区及物业清走流浪鸽,却遭到喂鸽居民的强烈反对。双方争执不下,属地左右为难,问题陷入僵局。
矛盾:周边居民楼都是鸽粪
夏季的傍晚,华腾园的小广场上热闹非凡,孩子们在鸽群中奔跑玩耍,不少家长带娃来时也特意带着米粒、鸽粮,鸽子们也一点不怕人,争相追在孩子们身旁求投喂。
紧临小广场的居民楼墙根下鸽粪密密麻麻,从楼上往下看更是触目惊心,几乎每家每户的窗外都落着一层厚厚的鸽粪。居民李女士每到做饭时间都觉得心烦,因为厨房的窗户外就是鸽子落脚栖息的地方,窗户上时常落满鸽粪,纱窗上也常粘着鸽毛。李女士只好常年关着窗户,可即便如此,落在玻璃上的鸽粪也让李女士很闹心,“这么恶心,我还怎么做饭?”
鸽子的噪音也令这两栋楼的居民苦恼不已。野鸽子已经“落户”小区十余年,由于不停有人投喂,数量越来越多,已经从最开始的十几只,变成了如今的上百只,连距离小广场较远的其他居民楼也开始受到影响,这让大家意识到,解决鸽子带来的问题已经不能再拖了。
居民想要自己解决野鸽子带来的困扰,却有些束手无策。于是,带着野鸽子的照片和视频等资料,记者联系到了中国野生动物保护协会理事李理。李理仔细研究资料后发现,从嘴、尾巴、体型等各个方面来判断,这些鸽子并不是野生鸽类,而是家鸽。
据老住户回忆,十多年前,小区里确实住着一名养鸽人,养了十几只鸽子,后来养鸽人搬家,却没有把鸽子带走,留下的鸽子有居民的投喂,吃喝不愁,便在小区里安了家,逐渐变成多达上百只的鸽群。社区工作人员刘松岩告诉记者,为处理这些流浪鸽,这些年来社区和物业没少下功夫。最初,大家使用驱鸽器,通过发出特定声音来驱赶鸽子,一开始确实有一些效果,鸽子们都飞走了。可没几天,鸽子们又都飞回来了,不再怕这种声音。一招不成,大家又使用一种叫作“捕鸽神器”的鸽笼。可摆弄了半天,一只鸽子也捉不到。
更糟的是,捉鸽子时,被前来投喂的居民撞见,反而激化了双方矛盾。一方指责物业伤害流浪鸽,不该随意捕捉;另一方认为小区应该为居民提供安静整洁的居住环境,享受鸽子带来的快乐不应建立在影响居民正常生活的基础上。
采访过程中,记者了解到,周边居民只是希望解决流浪鸽扰民的问题,并不是想要伤害、捕杀流浪鸽,大家希望用一种无害的方式,既能让流浪鸽找到新去处,也能还自己正常的生活。

摸索:停止投喂或成关键
一位养鸽爱好者建议,可以找一些鸽友,每人领走几只,和自己家的鸽子一起养。朝阳区信鸽协会的佟师傅听闻事情经过后,十分为难。他解释,如果是协会会员养的家鸽,因特殊情况需要他人领养,鸽子可以“无缝衔接”。华腾园的鸽子虽曾是家鸽,但毕竟“流浪”了十余年,已经野化,难以判断它们身上是否带有传染病,禽类身上的传染病具有很长的潜伏期,仅靠检查难以马上查出来,因此几乎没有协会会员愿意将来路不明的流浪鸽和自家的鸽子养在一起。“如果因为几只流浪鸽的到来,传染了整个鸽笼的鸽子,有些得不偿失。”
这上百只流浪鸽到底该何去何从?多位专家表示,停止投喂与驱赶双管齐下。由于鸽子觅食能力很强,居民不必过于担心鸽子离开小广场后被饿死。
不过,当记者带着各方专家给出的“统一答案”回到华腾园,社区和居民却都对此方法的可行性表示质疑。
居民王女士曾尝试与投喂鸽子的邻居沟通,不料反被对方说教,称流浪鸽需要人们守护,不让喂鸽子是没有爱心,这令王女士既委屈又生气。“我也喜欢小动物,可我的生活已经被这些泛滥的‘爱心’严重影响了!”

破局:谁投喂谁负责
记者多方协调沟通,却发现问题似乎陷入死循环。难道流浪鸽问题真的无解吗?北京瀛和律师事务所律师赵中华认为,华腾园小区的流浪鸽和流浪猫、流浪狗一样,都是被原饲养人抛弃的流浪动物。近年来,养宠物的人越来越多,伴随而来的是不断有宠物被抛弃,流浪动物如何与人类共享城市空间的问题日益受到社会关注。看到流浪动物,很多人都会施以援助,这是社会文明进步的体现,值得赞赏。但是,爱心人士较为固定的投喂行为不可避免让动物产生食物依赖,易导致流浪动物聚集,而流浪动物毕竟不会遵守人类法则,也会“闯祸”。
“很多人以为,流浪动物不是自己的宠物,自己不需要负责。”赵中华说,这样的想法其实是一个误区。在他所接触的民事纠纷中,曾有流浪狗咬伤居民,法院判定投喂人赔偿损失的案例。“也就是说,投喂人在享受鸽子带来的乐趣时,也应意识到自己肩负的责任,流浪鸽对居民生活造成损害,在物业管理区域内,物业虽有一定责任,但居民也有权向投喂人追责。”
《中华人民共和国民法典》中明确了饲养的动物造成他人损害的,动物饲养人或者管理人应当承担侵权责任。“需要注意的是,责任并不会因抛弃动物而消失,如果可以找到原饲养人,责任应由原饲养人承担。无法确认原饲养人的,经常、多次对流浪动物进行投喂的人,根据多地法院的相关判决看,法院会将其认定为流浪动物的管理人。”
北京市政协委员、北京易行律师事务所刘凝认为,明确投喂人对流浪动物的管理责任,或将成为华腾园小区流浪鸽问题的破局关键。“不论是选择停止投喂、让流浪鸽离开小区;还是投喂人在承担对其他居民的侵权责任、清理鸽粪羽毛的前提下留住鸽子;或者在不伤害鸽子的前提下找出其他途径,这就需要大家一起协商。”

进展:停止投喂初见成效
7月2日晚,记者重访华腾园小区,小广场一片其乐融融的景象,人来人往中却少了鸽群的影子。紧临小广场的13号楼外墙上还稀稀拉拉地落着七八只鸽子,个个慵懒,到了饭点儿也没有下到广场觅食的冲动。
一名保洁员说,以前喂鸽子的人很多,只有投喂的时候,鸽子们才会飞到广场上来。如今,“鸽子围楼”的景象难见了。在街道、社区及本报的共同推动下,6月27日,街道、社区、物业、居民代表齐聚一堂,专门为流浪鸽的事开了一场协商会,通过商量的方式制定了先治标再治本的解决方案,通过一周的试行,果然有效果。
为了这场协商会,社区做了大量的准备工作,其中就包括到居民家走访,尤其记录1号、13号楼居民的难处,现场收集了大量照片,内容包含鸽粪、鸽毛带来的困扰,投喂鸽子的居民看到这些照片,就能理解问题之难。
协商会上各方通过商量达成了共识,减少投喂是目前的可行办法。社区通过张贴通知、制作展板向居民广而告之,一方面讲难处,一方面说明投喂鸽子可能构成侵权的事实,这样的宣传一周以来初见成效。在加大宣传力度的同时,社区也在继续研究治本的方案,如果后续鸽子带来的困扰仍不能完全消除,将采取安置、转移等措施,例如通过政府购买服务的方式,找专业的人来做专业的事。本报也将对此持续关注。
(北京晚报 记者鹿艺佳 景一鸣)

“入坑”BOSS猫舍小猫是一种什么体验?
一入Boss猫坑,深似海啊!Boss是一家致力于专业繁育“猫拖”的猫舍。只要你入手一只,它就会用养宠体验和高颜值让你把它兄弟姐妹都接回来。
照片来自一位不断回购Boss猫舍不同血线风格的家长【回访】1.2.3.4.5.6.7.8.9只,看一只馋一只,全部收入囊肿!还有2只银豹和大理石在途...10.11.12只。
BOSS“猫拖”这件事,我可能是摆脱不掉了#孟加拉豹猫##德文卷毛猫##缅因猫#


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