2020年10月14日-16日，2020北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP 2020)在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，本屆大會(huì)以“引領(lǐng)綠色復(fù)蘇，構(gòu)筑更好未來”為主題，聚焦中國能源革命的未來。

在15日召開的CWP2020創(chuàng)新劇場(chǎng)上，中國船舶集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司研究院副院長董曄弘發(fā)表《浮式風(fēng)電研制關(guān)鍵技術(shù)探索》主題演講。

以下為發(fā)言實(shí)錄：

董曄弘：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)，各位風(fēng)電界同仁大家早上好，我是來自中國海裝研究院董曄弘，今天非常有幸在這里跟大家分享我們?cè)诟∈窖b備研究過程當(dāng)中所產(chǎn)生的一些心得和體會(huì)。這是我今天主要演講的幾個(gè)內(nèi)容。先看看我們的背景和異議，我們從一開始為什么要做浮式風(fēng)電，最右面的表看出來實(shí)際上我們?cè)谧龊Ｉ巷L(fēng)電的時(shí)候我們目前做的主要還是近海和一些淺水區(qū)海域條件，實(shí)際上從風(fēng)資源分布情況來看，在深遠(yuǎn)海區(qū)域?qū)嶋H上我們的更好的一個(gè)風(fēng)資源分布在這些地區(qū)的，當(dāng)水深了之后我們自然而然的想到要不然我們把樁往下深一點(diǎn)，要不然就浮起來。也就是說水深的就讓它浮起來，這個(gè)圖也可以看出，實(shí)際上海底的地型是非常復(fù)雜多變的，所以我們說浮式風(fēng)電當(dāng)我們浮起來之后在一定程度上可以擺脫海底地質(zhì)條件束縛，從而拓寬我們海上風(fēng)電適用領(lǐng)域。實(shí)際上我們?cè)趫?zhí)行項(xiàng)目過程當(dāng)中，我們也慢慢的發(fā)現(xiàn)確實(shí)當(dāng)我們把固定樁變成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)后，我們實(shí)際上對(duì)海底的地質(zhì)條件的需求確實(shí)降低了不少。這是浮式風(fēng)電的全球案例，我們也可以看到這主要在2017年之前的，主要的在早期的一些探索階段的話，主要的就是比較有成效的一個(gè)是挪威的，他主要是SPAR的結(jié)果形勢(shì)，日本2013-2017年幾年期間他們也陸續(xù)裝了好幾款機(jī)型，有一些比較成功，有一些效果也是不太好。

進(jìn)入了這金年以來，我們可以看到最近這幾年在歐洲，特別是在歐洲浮式風(fēng)電發(fā)展是相當(dāng)迅速的，其中在這里邊比較值得一提的一個(gè)就是法國住阻尼持試的的結(jié)構(gòu)性失，這個(gè)也是被列為了除了SPAR、半潛水之外的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)性失，是阻尼池這樣的形勢(shì)，又稱為波船式。另外就是從去年到今年陸續(xù)在葡萄牙安裝的半潛式的形勢(shì)也是目前應(yīng)用比較廣泛的一個(gè)結(jié)構(gòu)。這個(gè)是國際上目前準(zhǔn)備要安裝的一些案例，可以看到個(gè)未來3-5年時(shí)間范圍內(nèi)，浮式風(fēng)電在國際上的發(fā)展會(huì)是一個(gè)非常迅速的進(jìn)展。

這個(gè)是我們國內(nèi)的一些項(xiàng)目探索，國內(nèi)現(xiàn)在的進(jìn)展情況到目前位置還沒有一款真正意義上的示范樣機(jī)，這個(gè)前期我們所開展的都是一些探索性的工作，最早2008年中科院建立了第一臺(tái)浮式風(fēng)力發(fā)電小型樣機(jī)，功率300KW，跟我們現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化的浮式風(fēng)電裝備還是有一定的不同。2013年一個(gè)國家863計(jì)劃的項(xiàng)目，主要是完成了兩款設(shè)計(jì)。2018年工信部起動(dòng)浮式風(fēng)電裝備研制項(xiàng)目也是花了比較高的成本來做這個(gè)事情，預(yù)計(jì)我們現(xiàn)在在十四五期間將會(huì)實(shí)現(xiàn)國內(nèi)海上拂式風(fēng)電工程示范，至少有1-3款在十四五期間，2025年之前完成示范。

我們?cè)陂_展我們這個(gè)項(xiàng)目過程當(dāng)中，我們面對(duì)的這樣一個(gè)困難和挑戰(zhàn)這也是我們自己的一些心的可以給大家分享一下。我們首先面臨的是這樣一個(gè)跨界的難題，我們說浮式風(fēng)電浮式風(fēng)電，從一個(gè)概念上理解其實(shí)可以理解成我們把風(fēng)電技術(shù)放在一條船上，因?yàn)橄旅媸歉?dòng)式結(jié)構(gòu)，他和一條船一定程度上說有相同性質(zhì)，所以我們提到一個(gè)概念浮動(dòng)風(fēng)電和船舶實(shí)際上有千絲萬縷的聯(lián)系，也就是說我們對(duì)這樣的一個(gè)浮式結(jié)構(gòu)，對(duì)一個(gè)船舶我們開展設(shè)計(jì)的時(shí)間我們更多利用的是海工裝備領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)理念、指導(dǎo)思想，這都是海工裝備這樣一個(gè)領(lǐng)域里面我們要去做的一些事情。但是我們畢竟開發(fā)的是一款風(fēng)電裝備，我們也離不開里面的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一些技術(shù)、一些開發(fā)規(guī)范，這樣就造成了兩個(gè)截然不同的行業(yè)必須要有機(jī)融合在一起的跨界。

在這個(gè)過程當(dāng)中，我們實(shí)際上有兩大思路來做這樣的結(jié)合，第一大思路我們把風(fēng)電機(jī)組看成一個(gè)主體，然后把我們的浮動(dòng)式平臺(tái)我們看成是一種特殊的基礎(chǔ)形勢(shì)，我們就說以風(fēng)電設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，以擴(kuò)展到這樣的一個(gè)海工領(lǐng)域的思路。第二個(gè)思路就是以浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，在海洋工程領(lǐng)域浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)也有很多類型和案例，這也是一種思路，風(fēng)電機(jī)組長成一個(gè)海洋結(jié)構(gòu)物，我就在一個(gè)船或者浮動(dòng)平臺(tái)放一個(gè)機(jī)組，這是海工領(lǐng)域的思路，把風(fēng)電機(jī)組當(dāng)成一個(gè)結(jié)構(gòu)物，這兩個(gè)有截然不同的思想?yún)^(qū)別，我們從機(jī)組的角度我們思考的是當(dāng)結(jié)合后機(jī)組運(yùn)動(dòng)性增加，載荷難度會(huì)上升，因?yàn)樵瓉聿挥每紤]的教速度比較小的自由度他現(xiàn)在有了一個(gè)更大的載荷在里面，其次浪和流等海洋環(huán)境對(duì)機(jī)組影響大浮體升，因?yàn)槲覀冎篮Ｉ瞎潭C(jī)組也要算浪和流對(duì)機(jī)組沖刷和振動(dòng)影響，但是當(dāng)一個(gè)固定基礎(chǔ)變成浮動(dòng)基礎(chǔ)之后他的影響是從一個(gè)相對(duì)補(bǔ)顯著便成了一個(gè)相對(duì)顯著的載荷情況，機(jī)組控制難度也增加，所有的這些仿真、載荷、控制這些難度的增加都和自由度的提升是直接相關(guān)的。站在海洋裝備的角度上來看，我們?nèi)绻煤Ｑ笱b備的思路去設(shè)計(jì)這樣的一款浮式風(fēng)電的話，首先風(fēng)電機(jī)組不能在簡單的視做一般結(jié)構(gòu)物，原來一般的海洋裝備浮動(dòng)結(jié)構(gòu)上面的這一塊結(jié)構(gòu)物一般是靜態(tài)的并且盡量減少風(fēng)載影響，通過設(shè)計(jì)各種流線形狀之類減少風(fēng)載影響，但是風(fēng)電機(jī)組恰恰相反，我們需要安裝風(fēng)比較大的地方并且需要風(fēng)載給它一個(gè)足夠的推力才能讓它運(yùn)動(dòng)起來。在這樣的設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下，風(fēng)載對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響將變的至關(guān)重要，所以這個(gè)隨機(jī)性影響讓海洋結(jié)構(gòu)五的載荷也復(fù)雜多變，海工里面他們的設(shè)計(jì)當(dāng)中也很少遇到的難題。

同時(shí)浮體運(yùn)動(dòng)和機(jī)組的氣動(dòng)載荷之間有一個(gè)強(qiáng)烈的非線性關(guān)系，風(fēng)載會(huì)造成浮體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)反作用我們的船動(dòng)力和葉片，當(dāng)他的方向和位置改變了之，它的氣動(dòng)特征、推力特征有一個(gè)很大的改變，這個(gè)改變也導(dǎo)致了我們整個(gè)結(jié)構(gòu)物的一個(gè)非線性。

我們想把機(jī)組和浮動(dòng)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的時(shí)候我們自然而然就會(huì)提出我們很多結(jié)合需要回答的問題，比如說性能指標(biāo)如何去提煉，如何去設(shè)計(jì)來滿足我們提煉出來的性能指標(biāo)，極端功況如何保證安全以及最主要得如何設(shè)計(jì)性價(jià)比，這個(gè)地方我們可以看到大家如果做設(shè)計(jì)都是非常熟悉的一個(gè)叫不可能三角，這個(gè)不可能三角就是這三個(gè)因素我們很難讓他們同時(shí)具備，當(dāng)你具備成本和性能的時(shí)候，你可靠性多多少少會(huì)犧牲一點(diǎn)的，當(dāng)你想要可靠性和性能都很好的時(shí)候成本又很難做下來，成本和可靠性做的很好的時(shí)候性能往往不太好，這是我們?cè)O(shè)計(jì)中的不可能三角，如何去打破他?我們答案是要通過技術(shù)進(jìn)步做到不可能三角，三個(gè)因素全部往下壓。

這是我們目前要開展的一個(gè)技術(shù)進(jìn)展，我們首先把浮式風(fēng)電的設(shè)計(jì)和開發(fā)階段從歷史時(shí)期來看，我們還是大體把他們分為這樣的四個(gè)歷史時(shí)期，首先探索期，探索期的特征是風(fēng)電機(jī)組和浮動(dòng)平臺(tái)基本處于一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的階段，因?yàn)檫@個(gè)主要還是在浮動(dòng)式風(fēng)電發(fā)展早期，因?yàn)樵缙谖覀內(nèi)鄙僖惑w化仿真環(huán)境，也缺少相應(yīng)的方法，所以往往是機(jī)組設(shè)計(jì)和浮動(dòng)設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)獨(dú)立展開設(shè)計(jì)和仿真的，在接口處我們的塔基接口位置對(duì)比各自分析得出的運(yùn)動(dòng)載荷結(jié)果。在目前我們開展的設(shè)計(jì)當(dāng)中，這各類型的方法我們主要是應(yīng)用于突破設(shè)計(jì)。剛才是比較早期的設(shè)計(jì)思路，這個(gè)是目前成長期應(yīng)用得比較多的理念，以“一體化仿真”為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，整個(gè)的我們一體化理念主要是應(yīng)用在一個(gè)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，什么意思呢?我們往往是設(shè)計(jì)機(jī)組和浮體獨(dú)立設(shè)計(jì)、分別設(shè)計(jì)，當(dāng)然中間也是有相應(yīng)的一些技術(shù)指標(biāo)的指導(dǎo)之下，獨(dú)立設(shè)計(jì)完成之后把機(jī)組和浮體看做一個(gè)整體來進(jìn)行我們的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的結(jié)構(gòu)仿真。通過仿真結(jié)果再來看我們的設(shè)計(jì)是否合理，這個(gè)時(shí)間往往是把一體化應(yīng)用于驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，而沒有真正意義上應(yīng)用到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這個(gè)是成長期一個(gè)主要特征，這個(gè)是發(fā)展期，也就是我們現(xiàn)在正在邁向的一個(gè)時(shí)期，發(fā)展期的這樣一個(gè)特征，我們所提出的一個(gè)概念叫做基于一體化仿真的總體設(shè)計(jì)，也就是我們把機(jī)組和浮體從性能匹配、參數(shù)匹配到成本匹配上全方位的讓他們具備一個(gè)匹配關(guān)系，以一體化的仿真作為我們一個(gè)核心支撐。設(shè)計(jì)流程上我們也增加了一個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)。

進(jìn)入到發(fā)展期這樣一個(gè)典型的特征就是我們的裝備總體設(shè)計(jì)單位必須要同時(shí)熟悉機(jī)組設(shè)計(jì)和浮動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，這樣才能基于我們的一個(gè)一體化仿真的結(jié)果判斷得出優(yōu)化路徑，這個(gè)是發(fā)展期的特征。

最后我們預(yù)計(jì)浮式風(fēng)電的設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該是在2025年到2030年左右應(yīng)該是進(jìn)入到一個(gè)成熟期，這是我們對(duì)未來的一個(gè)判斷。進(jìn)入成熟期將有成熟的一體化仿真及設(shè)計(jì)體系，形成完整的浮式海上風(fēng)電設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)體系。形成完備的浮式海上風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)鏈形成專業(yè)化應(yīng)用，這是我們的遠(yuǎn)期判斷。

這是我們目前開展的多路徑“一體化建模仿真”，我們說兩個(gè)思路就是基于機(jī)組和海工裝備的思路，我們現(xiàn)在相當(dāng)于是在兩個(gè)思路同時(shí)開展，我們叫兩大陣營，各有側(cè)重，以水流為核心的軟件，以及以空氣動(dòng)力學(xué)為核心的軟件，這幾條路徑我們都有相應(yīng)團(tuán)隊(duì)對(duì)他們開展探索。

海裝公司實(shí)際上組建了兩支設(shè)計(jì)仿真的團(tuán)隊(duì)，其中一支團(tuán)隊(duì)是以風(fēng)電機(jī)組為核心的思路，開展一體化仿真技術(shù)，另外一個(gè)是以海裝的開展，我們是準(zhǔn)備結(jié)合水測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)兩種路徑的仿真模型進(jìn)行修正和對(duì)比，最后結(jié)合起來，我們希望通過這樣的一種方式開展探索之后能夠形成一種標(biāo)準(zhǔn)化的仿真路徑體系。

我們整個(gè)團(tuán)隊(duì)大家也知道海工背后靠的中國船舶，中國船舶是國內(nèi)海工領(lǐng)域?qū)嵙ψ顝?qiáng)的集團(tuán)企業(yè)，我們也是充分利用了我們集團(tuán)所具有的資源，我們將集團(tuán)內(nèi)部的一些優(yōu)勢(shì)合作單位全部集中在一起組建了這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)，目前是已經(jīng)取得了一定的階段性成果，并且我們計(jì)劃在2021年完成樣機(jī)示范應(yīng)用，這是我們樣機(jī)示范廠址，位于瓊州海峽洞口，徐聞羅斗沙海域，這里面的典型特征是屬于全國流速最高的領(lǐng)域，基本的環(huán)境來看，首先他有幾個(gè)特點(diǎn)，水深是50-70米，最后判斷的浮式風(fēng)電范圍是一致，其次夏季臺(tái)風(fēng)高發(fā)，第三流速特別大，流速達(dá)到了3.5米每秒極限流速。我們目前完成了整體的設(shè)計(jì)，浮動(dòng)機(jī)組、浮動(dòng)平臺(tái)、系波系統(tǒng)等等的設(shè)計(jì)。其中風(fēng)電機(jī)組我們目前準(zhǔn)備采用H152-6.2MW的抗臺(tái)型，主要是抗臺(tái)風(fēng)，適用湛江臺(tái)風(fēng)多發(fā)的海域，這是我們的平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，它的一個(gè)核心的結(jié)構(gòu)特征是將吹當(dāng)板和下浮體結(jié)合在一起使用，這個(gè)是我們的系泊方案，采用9根系泊纜形成對(duì)沖式的分布。

這是我們即將開展的水池實(shí)驗(yàn)，主要的驗(yàn)證將在702所耐波性水池中完成，這里面我們主要做對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的仿真，對(duì)它運(yùn)動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)，除了這個(gè)實(shí)驗(yàn)以外我們還計(jì)劃在上海交大做風(fēng)電機(jī)組在搖擺環(huán)境下的仿真。這個(gè)上海交大的模型是可以實(shí)現(xiàn)變槳和偏航模擬，這有視頻，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在最近兩個(gè)月就會(huì)開始做。

我們總結(jié)一下，剛才提到的首先說我們浮式風(fēng)電當(dāng)風(fēng)電進(jìn)入到深遠(yuǎn)海之后的一個(gè)必然選擇，也從成本趨勢(shì)圖可以看到，水深30-60米過渡水域之外，浮動(dòng)式基礎(chǔ)它的成本是說具有一個(gè)非常大的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)當(dāng)一體化的浮式風(fēng)電裝備仿真突破之后，我們的建設(shè)成本和度電成本都會(huì)有一定降低，預(yù)計(jì)2030年全球裝機(jī)容量達(dá)到30GW，海上這一凱度石、斜演面等都會(huì)有一定的影響，所以他會(huì)成為我們巨大的前景。

除了大規(guī)模裝機(jī)之外，浮動(dòng)式風(fēng)電還有一個(gè)很重要的應(yīng)用場(chǎng)景就是為海上的這樣一些實(shí)際應(yīng)用我們給它提供一個(gè)供電保障，包括深遠(yuǎn)海漁業(yè)養(yǎng)殖，深鴛海石油開采、海水淡化、制氫、煉油以及壓縮空氣儲(chǔ)能等等。浮動(dòng)式風(fēng)電現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)正是方興未艾的階段，我們相信在未來的5-10年之內(nèi)將成為我們海上風(fēng)電的主流，我們也希望大家可以一起共同努力，把我們國內(nèi)這樣海上風(fēng)電、浮動(dòng)式風(fēng)電的事業(yè)推向一個(gè)新的高度，謝謝大家。

(根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核)