這臺(tái)呈“V”字型排列、搭載兩臺(tái)8.3兆瓦海上風(fēng)機(jī)的漂浮式風(fēng)電平臺(tái)由明陽(yáng)集團(tuán)自主研制，總?cè)萘窟_(dá)到16.6兆瓦，可應(yīng)用于水深35米以上的全球廣泛海域。
高端材料創(chuàng)新性應(yīng)用，造就“黑科技”浮式基礎(chǔ)
風(fēng)機(jī)樣式的創(chuàng)新，需要以各核心部件技術(shù)的創(chuàng)新與升級(jí)為支撐。“明陽(yáng)天成號(hào)”不僅推動(dòng)了風(fēng)機(jī)外觀的革新，更在實(shí)質(zhì)上推動(dòng)了風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造的精進(jìn)。
浮式基礎(chǔ)是漂浮式風(fēng)機(jī)在深遠(yuǎn)海“安身立命”的關(guān)鍵部件。和傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的浮式基礎(chǔ)不同，“明陽(yáng)天成號(hào)”的浮式基礎(chǔ)由三個(gè)浮筒、混凝土臂和連接件組成。
“明陽(yáng)天成號(hào)”首次采用抗壓能力達(dá)到115兆帕以上超高性能混凝土材料來(lái)進(jìn)行浮式基礎(chǔ)的制造，這種混凝土材料強(qiáng)度達(dá)到普通混凝土的4倍左右，大大增加了浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力。同時(shí)，浮式基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土裝配式結(jié)構(gòu)，由此實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)和批量制造，大大降低了基礎(chǔ)建造成本。
混凝土預(yù)制件的施工工藝上，明陽(yáng)借鑒了港珠澳大橋的沉箱預(yù)緊技術(shù)、混凝土預(yù)制件的接口密封和預(yù)應(yīng)力張拉工藝。同時(shí)，約1500根鋼絞線從浮體臂中穿過(guò)，在浮體建設(shè)過(guò)程中不僅要控制張拉力，更要保證在張拉過(guò)程中端面均勻受力。
“明陽(yáng)天成號(hào)”還實(shí)現(xiàn)了浮筒創(chuàng)新。傳統(tǒng)浮筒采用純鋼結(jié)構(gòu)或鋼混結(jié)構(gòu)，而“明陽(yáng)天成號(hào)”首創(chuàng)性地采用“玻璃纖維外殼+XPS芯材+防護(hù)涂層材料”多種材料組合的方案制造浮筒。此方案不僅可以降低浮筒重量，還能滿足浮筒曲面外形的要求。三個(gè)浮筒均為流線橢球形，迎浪時(shí)所遇到的波浪阻力較小，還可以提供一定的橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的偏航動(dòng)力。針對(duì)浮筒外形進(jìn)行的深度驗(yàn)證與測(cè)試顯示，流線橢球形的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了整體穩(wěn)性與載荷的最佳平衡。
值得一提的是，以一個(gè)漂浮式基礎(chǔ)搭載兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，可以有效減少單位千瓦造價(jià)、用海面積和運(yùn)維成本。
風(fēng)機(jī)形態(tài)極致進(jìn)化，助力海上巨人“更輕更穩(wěn)”
在強(qiáng)大浮式基礎(chǔ)的支撐下，“明陽(yáng)天成號(hào)”風(fēng)電平臺(tái)的兩座塔筒以“V”字型排列，這也是全球首臺(tái)在一個(gè)浮式基礎(chǔ)上安裝兩座塔筒的海上風(fēng)電平臺(tái)。
“明陽(yáng)天成號(hào)”的塔筒為長(zhǎng)橢圓形，這樣的設(shè)計(jì)使塔筒的長(zhǎng)軸面受風(fēng)面積遠(yuǎn)大于短軸面，當(dāng)風(fēng)向和風(fēng)電平臺(tái)出現(xiàn)一定夾角時(shí)，塔筒受風(fēng)面積增大，因此可以更快地對(duì)風(fēng)，從而提升風(fēng)能利用效率。
塔筒內(nèi)部還安裝了電梯及階梯踏板兩用通道，能夠保證工作人員上下主機(jī)的舒適度。
在風(fēng)機(jī)形態(tài)的進(jìn)化之外，明陽(yáng)還拓展拉索系統(tǒng)應(yīng)用邊界，在全球范圍內(nèi)首次給風(fēng)機(jī)安裝拉索系統(tǒng)。
“明陽(yáng)天成號(hào)”巧妙利用塔架系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)，借鑒并成功應(yīng)用全球最大的高應(yīng)力幅鋼絞線成品拉索體系。13根主拉索和6根輔拉索用于繃緊主機(jī)、塔架與漂浮式基礎(chǔ)，使風(fēng)機(jī)組各部件之間形成穩(wěn)定的張緊系統(tǒng)。拉索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還改變了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)載荷傳遞路徑——傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的葉輪載荷及塔筒重力載荷通過(guò)塔架傳遞至基礎(chǔ)。而“明陽(yáng)天成號(hào)”由于采用了拉索系統(tǒng)，塔架重力載荷可分散至拉索，塔架只承擔(dān)部分葉輪載荷。由此得以使塔架載荷大大降低，從而保證了塔架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。
要把這些約200米長(zhǎng)、直徑18厘米的拉索巧妙的連接在風(fēng)機(jī)、塔筒與浮體之間，需要通過(guò)分級(jí)預(yù)緊、多維監(jiān)測(cè)、同步張拉等手段，才能使13根主拉索同時(shí)達(dá)到各自預(yù)緊力設(shè)計(jì)要求，并讓主纜最大預(yù)緊力達(dá)到350噸。
全球首創(chuàng)雙葉輪、雙主機(jī)設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)捕風(fēng)能力的“最優(yōu)解”
在“V”字型塔筒上，兩臺(tái)主機(jī)、兩個(gè)葉輪“并排”而立。“明陽(yáng)天成號(hào)”掃風(fēng)面積超5.2萬(wàn)平方米，相當(dāng)于7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化足球場(chǎng)。
兩個(gè)葉輪的葉片尖端之間只間隔5米，這樣的極限設(shè)計(jì)，是綜合考慮葉輪間距、風(fēng)能利用效率和“V”型塔筒夾角之后的最優(yōu)解。不僅確保了葉輪之間的安全距離，還能實(shí)現(xiàn)最大化的捕風(fēng)率，以及“V”型塔筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，兩個(gè)葉輪將朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)向旋轉(zhuǎn)使得葉輪中間區(qū)域的風(fēng)速提升，空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化的電能也隨之增加，比同等掃風(fēng)面積的單個(gè)大風(fēng)輪風(fēng)機(jī)的發(fā)電量提升4.29%。
從整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的布局來(lái)看，單臺(tái)風(fēng)機(jī)的葉片越長(zhǎng)，尾流對(duì)后面風(fēng)機(jī)的影響就越大，“明陽(yáng)天成號(hào)”采用兩個(gè)小尺寸風(fēng)輪的方案，反向旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的“耦合渦流”效應(yīng)，能夠減少整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的效率折損。
首創(chuàng)單點(diǎn)系泊技術(shù)，彰顯尖端創(chuàng)新“真功夫”
“明陽(yáng)天成號(hào)”采用下風(fēng)向設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)降低了塔筒凈空對(duì)葉片的束縛，葉片也可以獲得更大的活動(dòng)空間，同時(shí)也能更加靈活有效地捕捉風(fēng)能，提高整個(gè)機(jī)組的發(fā)電效率。
在極端臺(tái)風(fēng)條件下，漂浮式風(fēng)機(jī)將面臨全方位的挑戰(zhàn)。要確保自身的穩(wěn)定和安全，該風(fēng)電平臺(tái)在設(shè)計(jì)之初就需要考慮360°的臺(tái)風(fēng)載荷。
系泊系統(tǒng)方面，“明陽(yáng)天成號(hào)”采用了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，在錨鏈的牽引下，它能夠根據(jù)臺(tái)風(fēng)的方向進(jìn)行自適應(yīng)的偏航調(diào)整——臺(tái)風(fēng)吹向哪，“明陽(yáng)天成號(hào)”就轉(zhuǎn)向哪，讓風(fēng)輪始終正對(duì)來(lái)風(fēng)方向。
在系泊系統(tǒng)中，要保證風(fēng)機(jī)在海上能應(yīng)對(duì)17級(jí)臺(tái)風(fēng)，轉(zhuǎn)塔內(nèi)的高精密回轉(zhuǎn)軸承就必須具備足夠的承載能力及超強(qiáng)的水下密封能力。為讓“明陽(yáng)天成號(hào)”在海上穩(wěn)穩(wěn)運(yùn)行，研發(fā)團(tuán)隊(duì)按照極高的標(biāo)準(zhǔn)和精度要求完成轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)的裝配。
數(shù)據(jù)顯示，單點(diǎn)系泊方案使支撐結(jié)構(gòu)極限載荷降低40%，從而提高了風(fēng)機(jī)在臺(tái)風(fēng)天氣中的安全性和穩(wěn)定性。這一技術(shù)的應(yīng)用，推進(jìn)了海洋能源裝備和工程裝備岸上作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化與高效化。
智領(lǐng)風(fēng)電科技未來(lái)，真本領(lǐng)成就“硬實(shí)力”先鋒
借助于先進(jìn)的人工智能物聯(lián)網(wǎng)、認(rèn)知計(jì)算技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)的融合創(chuàng)新，“明陽(yáng)天成號(hào)”具備卓越的環(huán)境感知能力、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能分析、精準(zhǔn)決策制定以及全面的安全防護(hù)能力。這些創(chuàng)新技術(shù)的結(jié)合，可為“明陽(yáng)天成號(hào)”提供敏銳的洞察力和高效的應(yīng)對(duì)策略。
“明陽(yáng)天成號(hào)”安裝有超過(guò)3000個(gè)智能感應(yīng)器，除傳統(tǒng)的大部件監(jiān)測(cè)傳感器外，還配備慣導(dǎo)波浪監(jiān)測(cè)、陰極保護(hù)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、螺栓載荷、高壓柜氣體監(jiān)測(cè)、浮筒破損監(jiān)測(cè)、防雷監(jiān)測(cè)、自動(dòng)消防等系統(tǒng)，通過(guò)視頻、圖像、音頻、位移、溫度、振動(dòng)、應(yīng)力、電壓、電流、風(fēng)速、風(fēng)向等多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可實(shí)時(shí)感知2000多個(gè)零部件運(yùn)行狀態(tài)。
借助明陽(yáng)首創(chuàng)的全態(tài)勢(shì)健康管理模型， “明陽(yáng)天成號(hào)”可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部件的智能化健康管理。該模型不僅能對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行智能預(yù)警、健康監(jiān)測(cè)，還能通過(guò)可靠性評(píng)估及預(yù)測(cè)、故障樹分析等來(lái)評(píng)估機(jī)組的整體狀態(tài)。在AI大數(shù)據(jù)分析方法的支撐下，機(jī)組綜合狀態(tài)評(píng)價(jià)精度可達(dá)90%以上。
“明陽(yáng)天成號(hào)”還采用了模擬仿生算法和人工智能算法。通過(guò)一系列智能策略，如姿態(tài)壓載控制、尾流控制、智能偏航校正、激光雷達(dá)前饋控制，以及基于多目標(biāo)潮流計(jì)算的能量協(xié)同控制等，它能夠靈活應(yīng)對(duì)氣候、季節(jié)等復(fù)雜多變的環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)控制參數(shù)和策略，從而最大程度提升發(fā)電性能。
“明陽(yáng)天成號(hào)”還借助我國(guó)目前通信容量最大、波束最多、輸出功率最大的民商用通信衛(wèi)星-亞太6D通信衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，可保證拖航期間對(duì)機(jī)艙信號(hào)柜、PCS系統(tǒng)等重要部件及子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和傳輸。同時(shí)，該通信方案可與傳統(tǒng)光纖通信相互支撐，從而提升傳統(tǒng)海上通信方式的容錯(cuò)率，保障了能源設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
此外，通過(guò)AIS、衛(wèi)星等技術(shù)的融合應(yīng)用，“明陽(yáng)天成號(hào)”可對(duì)外來(lái)船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定位精度可達(dá)3米。同時(shí)通過(guò)配備雷達(dá)、能見度測(cè)距儀、太陽(yáng)能航標(biāo)燈、電笛等設(shè)備，“明陽(yáng)天成號(hào)”可自動(dòng)將闖入核心區(qū)域的外來(lái)船舶進(jìn)行驅(qū)離，保障設(shè)備安全。
