近日，第四屆中國深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電大會(huì)在江蘇鹽城開幕。大會(huì)由中國海洋工程咨詢協(xié)會(huì)海上風(fēng)電分會(huì)的領(lǐng)軍人物翟恩地?fù)?dān)任主持人，他以其深厚的行業(yè)洞察力和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深刻剖析了當(dāng)前漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)面臨的十大核心痛點(diǎn)，這些問題不僅制約了技術(shù)的進(jìn)一步突破，也影響了深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性與可行性。

廣袤無垠的深遠(yuǎn)海域，蘊(yùn)藏著超乎想象的風(fēng)能資源，據(jù)世界銀行估算，全球海上風(fēng)電的技術(shù)開發(fā)潛力已突破710億千瓦，其中7成潛藏于深遠(yuǎn)海之中。而我國，更是坐擁海上風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量約22.5億千瓦的寶地，這不僅預(yù)示著風(fēng)電開發(fā)規(guī)模的飛躍式提升，更為沿海地區(qū)用能成本的降低及“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)鋪設(shè)了堅(jiān)實(shí)的基石。

然而，深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電的發(fā)展之路并非坦途，而是布滿了海洋極端環(huán)境帶來的重重挑戰(zhàn)。如何在狂風(fēng)巨浪中確保風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性與高效性，如何在保障安全的前提下提升發(fā)電效率并降低維護(hù)成本，成為了風(fēng)電行業(yè)亟待攻克的難關(guān)。

漂浮式風(fēng)電方案，作為解鎖深遠(yuǎn)海風(fēng)電潛力的金鑰匙，其技術(shù)發(fā)展的步伐直接決定了深遠(yuǎn)海風(fēng)電的前進(jìn)速度。這項(xiàng)融合了空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、巖土動(dòng)力學(xué)、復(fù)合材料科學(xué)、機(jī)電耦合系統(tǒng)、系統(tǒng)控制理論及新型電力系統(tǒng)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜技術(shù)，無疑是風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的巔峰之作，令無數(shù)科學(xué)家與工程師心生敬畏。因此，亟須精準(zhǔn)識(shí)別漂浮式風(fēng)電技術(shù)的關(guān)鍵痛點(diǎn)，勇于面對挑戰(zhàn)，齊心協(xié)力，為技術(shù)突破與創(chuàng)新開辟道路，推動(dòng)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電向著更加廣闊的未來揚(yáng)帆遠(yuǎn)航。

翟恩地圍繞“整機(jī)設(shè)計(jì)、環(huán)境輸入、機(jī)組系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、測試驗(yàn)證”這一核心框架，精準(zhǔn)剖析了漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的十大痛點(diǎn)，這些痛點(diǎn)不僅是當(dāng)前技術(shù)突破的瓶頸，更是引領(lǐng)漂浮式風(fēng)電技術(shù)向前邁進(jìn)的關(guān)鍵所在。

首要痛點(diǎn)在于“一體化仿真與設(shè)計(jì)工具鏈的不完善”，主流商業(yè)軟件在處理浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)響應(yīng)及局部強(qiáng)度分析時(shí)，尚缺乏高效、全耦合的一體化設(shè)計(jì)手段，導(dǎo)致跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)間工具接口復(fù)雜、數(shù)據(jù)流通不暢，且缺乏行業(yè)公認(rèn)的高精度、高效實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。

緊隨其后的是“長柔葉片的氣動(dòng)彈性問題”，漂浮式平臺(tái)的低頻運(yùn)動(dòng)加劇了葉片-葉輪系統(tǒng)的非定常效應(yīng)，傳統(tǒng)葉素動(dòng)量理論在應(yīng)對復(fù)雜工況時(shí)顯得力不從心，尤其是在抗臺(tái)措施下，尾緣入流狀態(tài)的評估成為難題。

“耦合動(dòng)力學(xué)仿真中的水動(dòng)力挑戰(zhàn)”同樣不容忽視，隨著風(fēng)機(jī)大型化，現(xiàn)有仿真方法難以精準(zhǔn)捕捉浮體剛度和模態(tài)變化對水動(dòng)力載荷的影響，極端工況下更是面臨勢流理論失效的困境。

“浮式基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一體化缺失”則是另一大障礙，當(dāng)前設(shè)計(jì)多依賴風(fēng)載與浪載的分步疊加，導(dǎo)致設(shè)計(jì)冗余與不確定性，且商業(yè)化部署成本高企，新型浮體方案的經(jīng)濟(jì)性與量產(chǎn)路徑尚不明朗。

“系泊系統(tǒng)的降本路徑不明確”也是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，多樣化設(shè)計(jì)增加了降本難度，且新型系泊組件與材料尚未經(jīng)充分驗(yàn)證，推廣應(yīng)用面臨高風(fēng)險(xiǎn)。

“動(dòng)態(tài)纜設(shè)計(jì)的復(fù)雜性”同樣嚴(yán)峻，高載流、高電壓、大尺寸帶來的壓力與海生物附著問題，對纜線的結(jié)構(gòu)、電氣及水中構(gòu)型設(shè)計(jì)提出了極高要求。

“葉輪、傳動(dòng)鏈與塔架的耦合振動(dòng)”問題難以回避，漂浮式風(fēng)機(jī)的特殊運(yùn)行環(huán)境使得振動(dòng)頻率的規(guī)避更為困難，塔架承載要求提升，剛性設(shè)計(jì)成本顯著增加，且新架構(gòu)的性能與成本優(yōu)勢尚待驗(yàn)證。

“閉環(huán)控制的穩(wěn)定性難題”同樣不容忽視，浮體運(yùn)動(dòng)與葉片變槳的耦合作用可能引發(fā)控制系統(tǒng)失穩(wěn)，影響風(fēng)機(jī)整體性能。

“水池縮尺試驗(yàn)的局限性”也限制了驗(yàn)證手段的有效性，氣動(dòng)與水動(dòng)參數(shù)的相似性不兼容、風(fēng)浪相互作用的復(fù)雜性以及復(fù)合材料系泊纜的特殊性，均對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

最后，“遠(yuǎn)程監(jiān)測和機(jī)組可靠性驗(yàn)證的不足”成為深遠(yuǎn)海風(fēng)電發(fā)展的隱憂，隨著風(fēng)機(jī)部署區(qū)域的擴(kuò)大，運(yùn)維難度增加，遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)面臨挑戰(zhàn)，而新設(shè)計(jì)、新工藝的可靠性驗(yàn)證也亟待加強(qiáng)。這十大痛點(diǎn)相互交織，共同構(gòu)成了漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的復(fù)雜圖景，也指明了未來技術(shù)突破與創(chuàng)新的方向。

面對漂浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的重重痛點(diǎn)、瓶頸與難題，翟恩地秉持著挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的信念，堅(jiān)信通過匯聚全行業(yè)的智慧與力量，定能逐一攻克難關(guān)，推動(dòng)漂浮式風(fēng)電技術(shù)邁向商業(yè)化發(fā)展的新階段。針對前述十大痛點(diǎn)，翟恩地不僅深刻剖析了問題的本質(zhì)，還提出了一系列前瞻性的解決思路，為未來的技術(shù)突破指明了方向。

針對“一體化仿真與設(shè)計(jì)工具鏈不完善”的痛點(diǎn)，翟恩地建議，應(yīng)致力于開發(fā)高效、全耦合的一體化設(shè)計(jì)工具，促進(jìn)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)間的無縫協(xié)作，確保數(shù)據(jù)流的暢通無阻。同時(shí)，應(yīng)依據(jù)具體應(yīng)用場景，靈活選用并優(yōu)化仿真工具，以提升設(shè)計(jì)精度與效率。

針對“長柔葉片氣動(dòng)彈性問題”，他強(qiáng)調(diào)需改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論，特別是針對漂浮式風(fēng)機(jī)的特殊工況，開發(fā)更精確的統(tǒng)一動(dòng)量理論仿真工具。此外，優(yōu)化葉素動(dòng)量理論，以應(yīng)對高誘導(dǎo)因子和復(fù)雜對風(fēng)條件，也是未來研究的重要方向。

在“耦合動(dòng)力學(xué)仿真中的水動(dòng)力挑戰(zhàn)”方面，翟恩地指出，需開發(fā)更高階的CFD仿真工具，以準(zhǔn)確評估極端海況下的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和水動(dòng)力載荷。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的結(jié)合，優(yōu)化浮體設(shè)計(jì)，減少其對整機(jī)模態(tài)的負(fù)面影響。

針對“浮式基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)一體化缺失”的問題，他建議加速全耦合強(qiáng)度分析方法的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、浪、流多重載荷的一體化計(jì)算。此外，推動(dòng)新材料與模塊化制造技術(shù)的應(yīng)用，以降低浮體成本，并尋求輕量化與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的最佳平衡點(diǎn)。

在“系泊系統(tǒng)降本路徑”的探索中，翟恩地主張開發(fā)低成本、高可靠性的系泊材料和系統(tǒng)，針對不同水深與環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，深入分析系泊系統(tǒng)失效概率，驗(yàn)證新型材料的耐久性與強(qiáng)度，為低成本、長壽命系泊方案的設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)。

面對“動(dòng)態(tài)纜設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與壓力”，他提出應(yīng)加強(qiáng)對動(dòng)態(tài)纜疲勞載荷的研究，開發(fā)耐用附件與防護(hù)技術(shù)。針對海生物附著問題，加快防污材料與電纜結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的研發(fā)，以提升動(dòng)態(tài)纜的長期可靠性。

針對“葉輪、傳動(dòng)鏈與塔架耦合振動(dòng)”的難題，翟恩地建議加大浮體特性與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合振動(dòng)的研究力度，通過精準(zhǔn)動(dòng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化減少振動(dòng)影響。同時(shí)，探索新型風(fēng)機(jī)架構(gòu)的潛力與應(yīng)用可行性。

在“閉環(huán)控制穩(wěn)定性”方面，他強(qiáng)調(diào)需開發(fā)先進(jìn)閉環(huán)控制算法，引入新傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并結(jié)合前饋控制與高級降載技術(shù)，提升平臺(tái)穩(wěn)定性與運(yùn)行效率。

針對“水池縮尺試驗(yàn)局限性”，翟恩地提出應(yīng)結(jié)合CFD與勢流理論，開發(fā)混合模型試驗(yàn)方法，提高模擬精度。同時(shí)，建設(shè)先進(jìn)多自由度造波池，以生成復(fù)雜風(fēng)浪環(huán)境，為風(fēng)機(jī)測試提供逼真實(shí)驗(yàn)場景。

最后，針對“遠(yuǎn)程監(jiān)測與機(jī)組可靠性驗(yàn)證不足”的問題，他建議加強(qiáng)智能監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)，利用大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測與診斷。同時(shí)，加快機(jī)組可靠性驗(yàn)證工作，建立長期運(yùn)行數(shù)據(jù)積累與性能評估體系，確保風(fēng)機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行。這些解決思路不僅為當(dāng)前的技術(shù)瓶頸提供了破局之道，更為漂浮式風(fēng)電技術(shù)的未來發(fā)展繪制了宏偉藍(lán)圖。（林  楚）