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。

好巧啊
哥哥赶上了港理工的85周年庆
还拿到了一条纪念弹力带
看来现在健身运动是全球人民的共同主题了
这次的科技展科技含量还挺硬核的
包含了倪一清的光纤和一些智能机器人
之前听说家用机器人将会是未来的大趋势
会有很大的红利
看看前沿学校的科研发展主题
也不无道理
只是感觉科研开发还没有突破瓶颈
并不是投资的好时机
还要再等

#做一朵向阳的花#

走在前 开新局|潍坊锚定“一二三”目标,把创新摆在发展全局的核心位置
激发全社会创新创业活力

□ 大众日报记者 杨学莹 张 鹏 都镇强

增强经济社会发展创新力,是一个系统工程,根本在于调动社会各方面的积极性,激发全社会创新创业活力。在落实省“十大创新”行动计划的路上,潍坊也正在努力接近“一二三”的城市目标:力争2024年地区生产总值过万亿、5年内迈入二线城市行列、跻身全国大中城市综合实力30强,加快建设人民满意的现代化品质城市。

事争一流,唯旗是夺。潍坊把创新摆在发展全局的核心位置,搭建创新平台、营造亲清政商关系、着力改善民生,让发展动力更加澎湃,让人民生活更加美好。

“国家队”带起“地方队”,企业协同搞创新

寿光市洛城街道寨里村,有个“国字号”机构——中国农业科学院寿光蔬菜研发中心。楼上做实验、出门进大棚,非常便利,吸引了中国农科院17个课题组来寿光搞育种。仅黄瓜课题组,就有9个黄瓜新品种新近申请了植物新品种权保护。

“有了这个国家级平台,有利于补足当地育种企业在分子育种、基因重组、检验测试等方面的技术短板,从源头上解决蔬菜种业原始创新能力薄弱、关键技术缺乏等问题。”寿光市农业农村局副局长马千玉说。

北京专家不可能天天在寿光,研发中心为其配备团队。这样,“国家队”带起了“地方队”。赵志伟是寿光市农业农村局副科级干部、国家大宗蔬菜产业体系寿光综合试验站负责人。2019年研发中心成立时,该站4人整体并入中心搞科研,赵志伟跟着中国农科院蔬菜花卉所研究员李君明搞番茄育种。“大专家一点拨,我感到自己从实验设计到生物技术应用,都上了一个大台阶。”他说,“预计2024年能出一批成果。我们的目标是:粉果番茄做到全球最好。”像赵志伟这样,该中心已培养了20多名本地人才。

潍坊一边招院引所,一边争创国家级、省级创新平台,为企业发展注入创新活力。目前,全市有国家燃料电池技术创新中心等38个国家级科创平台、潍坊现代农业山东省实验室等317个省级平台。

创新需要开放、竞争的生态,“与狼共舞”也能激发创新活力。2010年,张晓升在北京注册了种业公司,2018年他注册了寿光博收种业有限公司,把运营总部搬到了寿光。他说,外国知名种业企业在寿光设立了30多家分支机构,在寿光能看到国内外最新、最好的品种。“就像做IT的喜欢扎堆中关村,不到寿光,‘享受’不到这样的创新环境。”

在博收的科研拱棚里,辣椒考种工作刚刚结束。记者看到,螺丝椒、黄皮椒、羊角椒,每个品类都种植了国内国际顶尖辣椒育种公司的当家品种作为比对。张晓升说,这一茬,他们验证了去年选育的3个螺丝椒品种、1个黄皮椒品种,产量都是标杆品种的1.5倍以上。这些种子经销商已拿走,下半年在全国进行多点试验。

上下游企业之间协同创新,也是科技创新的好路子。潍柴动力是我省高端装备制造业“链主”企业,潍坊推动其积极开放产业链、供应链资源,加快协同研发,同时建设潍柴国际配套产业园,把线束接插件全球第一的泰科电子等行业领军企业招引到潍柴身边搞配套。潍柴与139家产业链伙伴成立了研发、应用共同体,在新品开发时共同投入、协同设计,既保证了潍柴新产品上市,链上企业的研发能力也得到了跃升。

目前,潍柴不仅向供应链企业输出他们的采购标准,也在输出先进的管理方法,如WOS管理体系(潍柴运营管理体系)、提供ERP等软件实现上下游数据共享等,带动了全链管理能力、信息化水平提升。

优化营商环境,解放生产力提高竞争力

营商环境就是生产力竞争力。潍坊从服务企业入手,创新实施“服务企业专员制度”,通过打造亲清新型政商关系营造公平竞争、便捷高效、开放包容的营商环境。

今年4月,山东海普欧环保设备科技有限公司董事长颜炳林犯了愁:受疫情影响,公司在外省承建的3个污水处理厂停了工,应收账款飙升至4000万元,工人工资还得照发。服务企业专员、诸城市政协秘书长王学斌得知后,联系5家银行来企考察,帮企业获得专利质押贷款500万元;又帮企业对接市工信局享受了瞪羚企业政策,获企业法人信用贷100万元。海普欧渡过了难关。

2021年初起,潍坊市创新实施“服务企业专员”制度,像王学斌这样,全市1.5万名干部包靠服务2.4万个企业(项目)。潍坊市专门开发了“潍企通”智慧平台,在12345市民服务热线设立企业专用“2”号键,搜集企业困难诉求。市县两级分别由政府分管领导牵头成立问题解决专项小组,对服务企业专员上报或企业直报的问题,基层单位无法解决的,每周或每两周一次进行集中研究、集中处理。仍解决不了的,每月一次提交政府常务会议或党委常委会会议研究解决。

7月4日,记者在潍坊市12345、“潍企通”平台后台看到,2021年以来,全市企业反映诉求118285项,办结率97.71%,解决率97.61%。在此基础上,潍坊各区县还推出了“自选动作”,如寒亭区通过“书记区长早餐会”倾听企业家诉求;安丘推出“专员超市”“企业家超市”,专员和企业可自由组合;寿光定期评选十佳服务企业专员、十佳服务企业单位、解决问题红旗小组,对暂时落后的设立了“服务企业鞭策奖”等。

“这一制度不仅为企业解决了问题,关键是转变了干部的理念、行动、作风。”潍坊市委副秘书长赵文果说,“从企业角度看,遇事有人问、有人管、有人办了,有困难先想着找政府,投资信心增强了。”

政务服务是否优质高效,行政审批是重要标志。7月5日,在潍坊市行政审批服务大厅,一面锦旗引起了记者的注意,这是中国三峡新能源(集团)股份有限公司山东分公司送来的。

公司总经理艾青讲了一个“惊险”的故事:他们在昌邑市的海洋牧场与三峡300兆瓦海上风电融合试验示范项目前期因故延误,去年11月才取得用海的最重要利益相关方同意,可办理用海和施工手续了。而12月26日,项目核准文件就要到期了,过期未开工,项目极大可能被作废。

该海域有10家利益相关方,潍坊市行政审批服务局指导企业一一签好相关材料,审批时间只剩10天了。该局创新方法,把昌邑公示、市海渔局公示并联,公示结束当日立即举行专家论证,10天办理了原本需要1个半月的手续。12月26日,企业的首根桩基下海,项目保住了。

营商环境创新,直接优化了经济社会发展生态,干部积极奋发,企业心顺劲足,潍坊发展活力充沛。今年一季度,潍坊市GDP增长5.6%,全省第三;1-5月,潍坊市一般公共预算收入、固定资产投资、规上工业增加值、进出口、贷款余额等主要经济指标增幅均高于全省平均,发展势头良好。

惠民利民,给百姓稳稳的幸福

悠悠万事,民生为重。潍坊将民生改善创新作为增强经济社会发展创新力的重要着力点,以创新思路、务实举措解决好人民群众最关心、最直接、最现实的利益问题。

坊子158名、昌邑209名、安丘250名……6月26日,潍坊进行了新招聘中小学、幼儿园教师统一笔试。看简章,招聘人数比往年多了不少。

再看潍坊的工地,围挡里的很多是学校。仅潍城区,就有浮烟山小学、望留中心学校、东夏小学等7处中小学校在建,预计年底前即可投用;还有15处幼儿园都已开工,其中9所已经竣工。

今年,潍坊抓民生,首要是抓学校、幼儿园建设。2021年,潍坊提出“全市学校、幼儿园三年攻坚行动”,计划3年内建设360所公办幼儿园、134所义务教育学校、10所高中阶段学校,今年分别建设280所、68所、7所。

解世国是潍坊市教育局学前科科长,“三年攻坚行动”以来,他和同事们一直在忙一件事:找地方新建、改建幼儿园,没地方新建、改建的,洽谈争取民办幼儿园转制为公办。7月13日,记者获悉,奎文区东方天韵小区幼儿园已谈妥并签署协议,转制为公办幼儿园,可以新增公办学位270个,目前正在加紧装修,计划今年招生,将极大满足周边适龄孩子入公办园的需求。据了解,潍坊市、县教育部门通过“一园一策”,今年全市将有42处民办幼儿园实现转制,到9月新学期就能以公办园身份接收孩子。

集中建学校,资金是难题。坊子区将预算投资3.4亿元的1所小学和6所幼儿园打包,计划采用“PPP”模式引入社会资本方投资、建设、运营。学校建成后,在PPP模式运营期内,社会资本方通过运营获取幼儿园保教费、餐费等收入,并承担教师工资等成本,以此获得项目投资的合理回报,不足部分由财政补助。通过PPP模式可减小财政压力,也向社会开放了投资机会。

“小物业、大民生。”物业是居民身边“小事”,却直接关乎群众幸福指数。今年,潍坊把物业服务改革作为民生大事来抓,出台了物业管理条例,正在制定改革物业管理的实施意见,推动物业服务与基层治理有效融合,努力打造“全国物业服务最优城市”。

潍城区南关街道西南关社区在老旧小区整治后,2019年由社区党委领办起了物业管理公司。由于开发出了停车位等空间,有了公共收益,社区居民每户每月只交10元垃圾代运费、10元垃圾清运费,物业就能保本,还能略有盈利。西南关社区党委书记任光海介绍,最近该物业公司还接管了社区外的3个小区,包括2个老旧小区和1个新小区,加上本社区,累计服务面积近20万平米。由于党支部建在物业公司,物业听社区党委指挥,利润除了留下部分用于公司发展外,其他用于反哺社区公共建设,走出了老旧小区物业服务可持续发展的新路子。

来源:大众日报客户端
坊子融媒编辑:杨敏


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