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。

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您好!请问霍山县2022年事业单位在联考招聘外还会开展事业单位工作人员招聘吗?

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尊敬的市民,您好!您反映的问题已收悉,现将有关情况回复如下:因受编制计划等限制,目前我县事业单位公开招聘工作每年只举行一场,公告等相关信息会在霍山县人民政府网站上发布,有意向参加此类招聘考试的人员请关注该网站公告。感谢您对我们工作的关注与支持,如有疑问,请联系霍山县人社局,联系电话0564-5027576。

霍山县人社局
2022年7月17日

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听说8月20号开学,是真的么?

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尊敬的市民,您好!您反映的问题已收悉,现将有关情况回复如下:根据《六安市教育局关于2022年中小学暑期放假工作安排的通知》(六教秘〔2022〕100号)文件要求,秋学期开学时间:高二、高三(含中职学校),初二、初三年级8月20日开学;其它年级(含幼儿园)9月1日开学。 感谢您对我们工作的关注与支持,如有疑问,请联系霍山县教育局基教股联系,电话:0564-5229926。

霍山县教育局
2022年7月13日

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绿水青山就是金山银山,保护环境人人有责,维持好乡村环境是每个公民应尽的责任和义务。请问人居环境整治为何还需要检查到房屋内部呢?为何需要对家中摆设进行干预呢?为何还需要进入个人房间内部拍照?这类行为是否存在不合理之处呢?

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尊敬的市民您好!您反映的问题已收悉,现回复如下: 根据安徽省文件规定,按照六安市和霍山县文件要求,诸佛庵镇自2022年6月份开始在全镇开展农村人居环境专项整治改善行动。其中整治农户庭院方面,要实现“四净两规范”。即:农户院内是否干净(地面干净、无乱堆乱放等)、室内(居室、厨房、仓房等)是否干净(地面干净、摆放整齐等)、厕所是否干净(无臭味、厕具清洁等)、房前屋后是否平整干净(无乱堆乱放等);生产生活用具摆放是否规范(堆放整齐、地面整洁等)、畜禽养殖管理是否规范(无人畜合居、畜禽圈养、地面无粪污等)。文件要求各地要以群众为主体、帮扶为辅助,引导农户自觉、自行维护好家庭和院落环境卫生,实现干净整洁有序。对无能力的重点群众,动员帮扶力量加强帮扶。感谢您对我们工作的支持和理解,如果您还有其他疑问,可以到村部查阅相关文件或联系诸佛庵镇人民政府。电话:0564-5516399。

诸佛庵镇人民政府
2022年7月13日

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我是霍山南潭苑D区1#业主,想咨询以下相关问题。政府出资改造小区天大的好事,改造后环境明显改善,作为小区住户倍感幸福。在这里我想咨询,像我家住顶楼改善以后还存在漏水情况,我应该找谁才可以妥善确切的处理好。之前已经跟物业沟通几次,上门看过一次,但是未得以解决(物业说明政府改造有明确改造点,对于我们这种情况保持沉默状态,不处理没回应)。鉴于长期居住情况下,自己也找了几个专业师傅上门查看,关于漏水情况问题也说的比较清楚了(因多处未做防水处理导致漏水)。这种情况是否需要继续申请维修资金维护?对我们业主来说能维权的只有这一项了,因为维修资金是购买房屋时缴纳的一项公共设施专项资金,我不解的是像这种情况是否需要继续申请或者确切告诉我应该具体找政府哪个部门可以解决?请回复明确的解决方案,谢谢!

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尊敬的市民,您好!您反映的问题已收悉,现将有关情况回复如下: 关于您反映的问题,县城管局工作人员和物业公司工作人员已于7月15日进行了现场查看,确认可以使用维修资金对房顶漏水维修,并与您进行了电话沟通,请您与南潭苑业主委员会(或物业公司)联系,依程序申请维修资金进行维修。感谢您对我们工作的关注与支持!如有其它疑问,请联系城管局物业管理服务中心,电话:0564—5025085。

霍山县城管局
2022年7月19日

网友留言:
尊敬的领导,迎驾厂社区酒苑小区自2020年4月开始拆迁,同年启动回迁安置,2021年10月,本批拆迁户100余户新房已陆续建好,但配套的水、电、燃气、网络、污水排水、小区道路、绿化等全部没有施工,现有大半的住户已装修完毕,近半的住户已经在接通临时水电的情况入住,安全隐患极大,同时深受排水、排污难的困扰。请问酒苑小区的配套什么时候能开始施工?能否尽快施工?给老百姓一个正常的生活环境!

办理回复:
尊敬的市民,您好!您反映的问题已收悉,现回复如下: 目前酒苑小区配套设计已完成且已完成预算编审,正在组织走招投标程序,预计八月份开始实施。感谢您对我们工作的支持和理解。如果您还有其它疑问,请与衡山镇人民政府项目办联系,电话:0564-3908323。

衡山镇人民政府
2022年7月17日

贵州未来香饽饽的县,年平均气温13℃,避暑的人不想走

在中国的所有省份中,贵州无疑是非常特殊的。作为中国唯一一个没有平原支撑的省份,贵州的发展是非常困难的,但贵州人并没有“付出”,仅仅依靠不屈不挠、吃苦耐劳的精神,他们在许多方面打破了自己的世界,取得了良好的成绩。该省2020年GDP。2008年贵州经济增长超过1.7万亿元,经济增长速度连续三年居全国首位。只要他继续保持这种势头,他未来的成就只会越来越高。
快速增长的经济在贵州创造了几个城市。最突出的是贵阳,贵阳不仅是贵州的省会,也是贵州的政治、经济、文化、科技中心。中国西南部的市中心和综合交通枢纽也很重要。它也是该国主要的主要数据库,在许多方面发挥着重要作用。当然,在全省其他城市的表现也值得肯定。毕竟,贵州的荣耀离一个城市已经足够远了。这一定是所有城市共同努力的结果,我认为没有人怀疑这一点。
贵州的经济潜力是毋庸置疑的,其旅游业也是值得称道的。独特的喀斯特地表形态创造了贵州引以为傲的多姿多彩的山地景观,在快速传播到互联网的情况下,这一景观更为中国人所知,使贵州成为中国最大的旅游省份之一,其知名度也在不断提高。我想贵州并没有让一路走来的游客失望,这里的风景和美食给每一个喜欢它的人留下了深刻的印象,也让“走遍全国,让贵州醉得更香更艳”的口号更加流行。
但巨大的贵州远不止这些。它的气候也是吸引游客的重要原因之一。我们知道贵州的夏天很冷。该地区大多数城市的夏季温度低于30℃,可以说非常宜人。因此,每年夏天都有很多游客来贵州避暑。
贵州有许多避暑中心,每一个都有自己独特的一面,让游客留下来。今天,我们向大家介绍开阳县的杰出代表,你们以前听说过他的名字。
开阳县位于贵州省中部,隶属于省会贵阳。它是中国三大磷矿之一。它被称为“三阳开泰”,与襄阳在湖北和昆明在云南。此外,开阳还是中国富硒农产品的产地。是中国第一个循环经济磷煤化工生态产业示范基地县,可以说潜力无限。
在旅游方面,开阳的表现也很好。这里有许多大大小小的优质旅游景点,如南江大峡谷、资江大马哈鱼、猴耳天坑、十里画廊等。如果你喜欢,就不要错过
开阳县森林覆盖率较高,气候相对温和。这里的年平均气温只有13℃左右。即使在一年中最热的夏天,开阳县的平均气温也在22℃左右。与中国大多数城市相比,开阳县绝对是一个理想的避暑胜地。

每年开阳都会迎来许多来这里避暑的游客。他们享受着开阳带来的凉爽,也对开阳充满了赞誉。他们都说他们选择了正确的地方度过夏天。很多人来的时候都不想离开。你兴奋了吗?


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