陳棋主導(dǎo)研發(fā)的海上風(fēng)電機組平臺“海鷂”。 受訪者供圖

“我國自主研制的全球最大單體容量漂浮式海上風(fēng)電機組——‘海鷹’平臺正在進行樣機測試?！痹谇安痪门e行的第九屆全球海上風(fēng)電大會上，運達能源科技集團股份有限公司總工程師、“海鷹”平臺總設(shè)計師陳棋透露。

2024年初下線的“海鷹”平臺單機容量達到16兆瓦至18兆瓦，適用于開發(fā)離岸超50公里、水深超60米的中高臺風(fēng)海域風(fēng)能資源?！昂ｚ棥逼脚_將于今年在海南省萬寧市海上漂浮式項目樣機試驗風(fēng)場投入商業(yè)運營，屆時將滿足浙江、福建、廣東等地的深遠海海域風(fēng)能開發(fā)需求，助力我國風(fēng)電開發(fā)挺進深遠海。

近日，陳棋接受科技日報記者采訪，講述了他帶領(lǐng)團隊成員給風(fēng)電機組在深遠海“安家”的故事。

向資源豐富的深遠海挺進

記者：與近海相比，深遠海風(fēng)能開發(fā)難在哪兒？

陳棋：海洋是潛力巨大的資源寶庫。我國擁有1.8萬多公里大陸海岸線、1.4萬多公里島嶼岸線、300萬平方公里主張管轄海域。相比陸上風(fēng)能資源，我國海上風(fēng)能資源更豐富。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近海水深5米至50米范圍內(nèi)，風(fēng)能資源可開發(fā)量為5億千瓦，而深遠海風(fēng)能可開發(fā)量是近海的3倍以上。

深遠海作業(yè)環(huán)境與近海作業(yè)環(huán)境截然不同。例如，深遠海海上風(fēng)速通常比沿岸海上風(fēng)速快20%，深遠海出現(xiàn)臺風(fēng)的幾率更高。猛烈的海風(fēng)會嚴重影響風(fēng)電機組的穩(wěn)定性。除此之外，深遠海風(fēng)能資源開發(fā)還面臨投資成本高、能源傳送距離遠、后期運維難度大等挑戰(zhàn)。

記者：近海風(fēng)電機組與深遠海機組有什么差別？

陳棋：在近海開發(fā)風(fēng)電，由于水深較淺，風(fēng)電機組底部通常采用固定式支架，可以讓相關(guān)設(shè)備安穩(wěn)地“站”在大海中，但這種固定風(fēng)電機組的方式只適用于淺海環(huán)境。到了深海，就得用上漂浮式風(fēng)電機組——一種可以在水中漂浮并“捕獲”風(fēng)能的裝備。于是，公司面向深遠海風(fēng)能發(fā)展需求，在2010年提出研制一款智能、可靠的漂浮式風(fēng)電機組。我和團隊成員主要承擔了這項研制任務(wù)。

記者：您和團隊成員如何讓“海鷹”平臺適應(yīng)深海環(huán)境？

陳棋：為使“海鷹”平臺安穩(wěn)地漂在深遠海上，我和團隊成員設(shè)計了一款漂浮式支架。它能讓平臺抗住17級以上臺風(fēng)。同時，我們縮減了漂浮式支架的總體工程量，把支架設(shè)計成可自由拼搭的結(jié)構(gòu)，大幅降低安裝、運維成本。

記者：“海鷹”平臺的底座穩(wěn)定了，但它的葉片非常大，怎么保證其整體穩(wěn)定性？

陳棋：“海鷹”平臺的葉片長度超過120米，能夠同時容納300個成年人并肩站立。葉片掃風(fēng)面積約6.6萬平方米，相當于9個標準足球場。超長葉片更易出現(xiàn)顫振問題，影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

我和團隊成員歷時3年自主研制出基于槳葉空氣動力學(xué)、集成式傳動系統(tǒng)、塔架浮體結(jié)構(gòu)的漂浮式機組一體化仿真平臺，開展了大量研究和測試，通過控制加阻或共振穿越等方式解決葉片顫振、整機基礎(chǔ)共振等問題，保證漂浮式風(fēng)電機組在各種工況下穩(wěn)定運行。

記者：聽說這個120多米長的“巨無霸”既抗彎還足夠輕。這對葉片的材料、設(shè)計和加工工藝等都提出了更高要求吧？

陳棋：你說的沒錯。以往，我們通常采用玻璃纖維和樹脂材料制造葉片，但這些材料不適合制造超長葉片。經(jīng)過多次試驗，我們決定用碳纖維材料制造葉片，使其重量減輕了20%。一次次試驗、一項項對比……歷時一年多技術(shù)攻關(guān)，超長葉片終于成形并通過測試。

關(guān)鍵核心部件實現(xiàn)國產(chǎn)化

記者：“海鷹”平臺的亮點之一，是關(guān)鍵核心部件實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

陳棋：是的。做到這一點極其不易。長期以來，我國海上風(fēng)電裝備國產(chǎn)化水平較低，尤其是關(guān)鍵核心部件曾長期依賴進口。此次，我們在風(fēng)電機組主軸承和葉片等方面實現(xiàn)了重大突破。

主軸承是風(fēng)電機組核心部件，素有風(fēng)電機組“心臟”之稱。此前，由于技術(shù)壁壘高，風(fēng)電機組主軸承主要依賴進口。我們團隊和產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)、科研機構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新，歷時9個多月，研制出合格的主軸承。

為保證主軸承符合工藝要求，我和研發(fā)團隊成員冒著高溫全程跟蹤主軸承的熱處理過程，使主軸承裝配一次成功，且主軸承尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度達到較高水平，為主軸承國產(chǎn)化積累了寶貴經(jīng)驗。

記者：未來“海鷹”平臺投用后，將在深遠海高鹽霧、高濕度的環(huán)境下作業(yè)，后期運維難度較大。為此，您和團隊成員采用了哪些先進技術(shù)解決這些難題？

陳棋：我們自主開發(fā)的風(fēng)電機組故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)可以遠程查看風(fēng)輪系統(tǒng)、機艙系統(tǒng)、塔外平臺運行狀態(tài)，并結(jié)合機組運行數(shù)據(jù)，對機組進行遠程健康診斷，有效減少人員的出海頻次與海上作業(yè)時長。

在大部件維護維修方面，風(fēng)電機組故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)能夠自動分析機組運行數(shù)據(jù)并總結(jié)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，開展機組健康評估與壽命預(yù)測。通過智能算法，系統(tǒng)可以預(yù)測可能發(fā)生的故障，并提示故障位置和類型，有效預(yù)防重大安全事故的發(fā)生。

記者：看來“海鷹”平臺不僅有“大塊頭”，還有大智慧。

陳棋：是的。“海鷹”平臺全面實現(xiàn)了智能化。遍布風(fēng)電機組的數(shù)百個傳感器和機艙上的激光雷達可以感知作業(yè)海域溫度、濕度等，數(shù)字化跟蹤“海鷹”平臺的運行狀態(tài)。在惡劣氣象條件下，工作人員還可以通過風(fēng)電機組的智慧“大腦”，調(diào)控風(fēng)電機組功率。

記者：如何搭建起這一龐大的智能化系統(tǒng)？

陳棋：海上風(fēng)電是典型的鏈條式產(chǎn)業(yè)?！昂ｚ棥逼脚_的智能化系統(tǒng)擁有近萬個零部件，光靠一家公司是不可能做出來的。平臺實現(xiàn)智能化離不開上下游產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。這充分展現(xiàn)了中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、供應(yīng)鏈協(xié)同、工程能力、實驗測試等方面的綜合實力，為全球海上風(fēng)電發(fā)展樹立了新標桿。

需要交叉學(xué)科背景的復(fù)合型人才

記者：您入行近20年，經(jīng)歷了我國風(fēng)電發(fā)展的主要階段，有什么感觸？

陳棋：我國風(fēng)電起步較晚，過去在人才、技術(shù)、標準等方面與國外存在一定差距。依靠自主創(chuàng)新，如今我國風(fēng)電機組裝機規(guī)模已穩(wěn)居世界首位，風(fēng)電成為我國重要的電力來源。我和團隊成員有幸參與研制了海上風(fēng)電機組平臺“海鷂”等大型設(shè)備，助力我國實現(xiàn)海上風(fēng)電技術(shù)突破和海上風(fēng)電裝備制造產(chǎn)業(yè)化、國產(chǎn)化。

記者：在此過程中，人才起到怎樣的作用？

陳棋：人才是關(guān)鍵驅(qū)動力。隨著全球?qū)稍偕茉吹闹匾暫屯度氩粩嘣黾?，風(fēng)電行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。這一行業(yè)的發(fā)展不僅需要技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，更需要大量高素質(zhì)的專業(yè)人才。

記者：在您看來，風(fēng)電科研人才需要具備哪些能力？

陳棋：我認為，優(yōu)秀的風(fēng)電科研人才應(yīng)具備較高的創(chuàng)新、協(xié)作和學(xué)習(xí)能力。除此之外，行業(yè)越來越需要有交叉學(xué)科背景的復(fù)合型人才。未來，風(fēng)電機組不僅要從近海走向深遠海，還要向沙漠、戈壁、高海拔地區(qū)拓展。想讓風(fēng)電設(shè)備在這些地方“安家”，需要相關(guān)科研人員不僅是電力領(lǐng)域的行家，還要了解地理、材料等領(lǐng)域的知識。

記者：目前，我國風(fēng)電人才培養(yǎng)存在什么短板？

陳棋：我國風(fēng)電領(lǐng)域人才基數(shù)較小，面臨人才儲備不足的挑戰(zhàn)。這主要是由兩方面原因造成的：一方面，國內(nèi)高校較少設(shè)置風(fēng)電專業(yè)，人才培養(yǎng)規(guī)模較?。涣硪环矫?，在校理論學(xué)習(xí)與產(chǎn)業(yè)實踐存在一定脫節(jié)，人才培養(yǎng)質(zhì)量有待提升。

記者：您認為該如何解決上述問題？

陳棋：首先，針對風(fēng)電人才供給不足問題，相關(guān)部門應(yīng)鼓勵更多高校開設(shè)風(fēng)電專業(yè)，擴大風(fēng)電人才培養(yǎng)規(guī)模；其次，提高風(fēng)電人才培養(yǎng)質(zhì)量，要注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，鼓勵高校與企業(yè)合作，讓學(xué)生在校期間能夠接觸到風(fēng)電項目。

記者：您是如何培養(yǎng)年輕人的？

陳棋：我認為需要給年輕人舞臺。在日常工作中，我鼓勵年輕技術(shù)人員參與國家重點研發(fā)項目，通過解決項目中的關(guān)鍵問題提升技術(shù)水平。我們團隊還與國內(nèi)外頂尖高校合作，通過設(shè)立實習(xí)實訓(xùn)基地、舉辦學(xué)術(shù)交流活動，為在校生提供實踐平臺。這些合作不僅讓學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實際項目中，還為風(fēng)電行業(yè)乃至可再生能源領(lǐng)域輸送了更多具有實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

記者：您對風(fēng)電行業(yè)青年工程師有什么寄語？

陳棋：青年工程師是推動綠色能源發(fā)展的關(guān)鍵力量。青年人一定要保持旺盛的求知欲，不斷學(xué)習(xí)前沿知識，擁抱新技術(shù)，提升自己的技術(shù)水平和研發(fā)能力。

記者手記

全球70%的海上風(fēng)能資源都蘊藏在深遠海。如何將這些寶貴的資源轉(zhuǎn)化為可用能源？這是陳棋不斷思索的問題。

要讓風(fēng)電機組在汪洋大海上“安家”，面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。海上風(fēng)電機組處在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，受到風(fēng)、浪、海流等影響，長距離的海底輸電線路需具備防水、耐腐蝕、抗機械牽拉及外力碰撞等性能，機組安裝還要利用大型海上專業(yè)施工船舶作業(yè)。因此，海上風(fēng)電機組對裝備設(shè)計、制造、安裝技術(shù)和建成后的機組運維、故障處理要求都很高。

“沒有捷徑可走，只有腳踏實地，一步步去探索。”陳棋說，他和團隊成員從零起步，研發(fā)新材料、優(yōu)化設(shè)計方案，逐個攻克材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等難題，在機組大型化、定制化、智能化開發(fā)方面不斷突破，一點點拼出了“海鷹”平臺。

入行20年來，陳棋成功研制出抗冰凍、抗臺風(fēng)、抗雷暴等適應(yīng)特殊環(huán)境的風(fēng)電機組。他和團隊成員的每次技術(shù)創(chuàng)新，都為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展注入了活力。

“隨著海上風(fēng)電技術(shù)進一步發(fā)展，相信會有更多機組挺立在大海上，為經(jīng)濟社會發(fā)展持續(xù)注入綠色能量?！标惼逭f，他將和團隊成員勇攀高峰，為實現(xiàn)清潔能源可持續(xù)發(fā)展貢獻智慧與力量。

人物剪影

陳棋，運達能源科技集團股份有限公司總工程師，長期從事風(fēng)電機組整機設(shè)計研發(fā)工作，在實現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)電機組輕量化、智能化等方面取得系列成果。