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。

#财经##旅游业#暑期已至,旅游业接二连三传出利好消息。6月29日,工信部宣布即日起取消通信行程卡“星号”标记。蓄势已久的旅游市场快速反应,消息发布半小时后,某OTA平台机票搜索量较前日同一时段上涨180%,酒店搜索量较前日同一时段上涨220%。

  利好出台后,行业确实出现转机迹象。但另一方面,“摘星”的具体引流作用仍待观望。近两三年,旅游业遭受“冰冻打击”,人员流失严重,不少企业倒在了“黎明”到来之前,难以快速恢复至疫情前已是共识。行程卡“摘星”后,旅游业复苏或将是一个缓慢的过程。

  6月29日下午,厦门建发国旅集团副总陈连保在接受《每日经济新闻》记者电话采访时表示,以植被修复作比,旅游业还处于生态性修复阶段。“一点点的植被破坏还可以采取快速移植的形式,但如果土地已经破坏到地下,就不仅是补贴或刺激可以解决问题。”

  机酒搜索量翻倍增长,但出行仍要看各地具体要求

  “喜大普奔!”6月29日下午,工信部宣布即日起取消通信行程卡“星号”标记后,花样庆祝的文案在旅游从业者的朋友圈刷屏了。云南山海行科普旅行总经理汤雨华就发布了一条“希望在前方”的朋友圈。他通过微信告诉记者,对备受打击的旅游业来说,短期内的“希望”有了。

  除了旅游从业者,长期“宅家”的消费者乍闻取消通信行程卡“星号”标记的消息,其欣喜程度亦可想而知。

  同程旅行6月29日提供的数据显示,上述消息发布半小时内该平台机票搜索量较前日同一时段上涨180%,酒店搜索量较前日同一时段上涨220%。

  去哪儿平台同日数据也显示,截至6月29日17:00时,全国机票预订量比昨日同时段增长近三成。15:00~17:00两个小时,北京出发的机票预订量同比昨日同时段增长135%;上海出发机票预订量上涨了100%。比昨日同时段机票预订量增幅较高的热门航线top10为:上海—哈尔滨、武汉—海口、南宁—杭州、济南—昆明、海口—长沙、南宁—成都、广州—成都、广州—乌鲁木齐、青岛—哈尔滨、三亚—长沙。

  这份欣喜来得有据可依。

  6月29日,首都文化和旅游发展研究院执行院长厉新建通过微信接受《每日经济新闻》记者采访时表示,旅游极大依赖于便捷的空间流动,只要各地对于流入流出人群管控政策也随之调整,一定会对促进旅游流动、活跃旅游消费、修复旅游产业生态带来积极影响。

  同程研究院首席研究员程超功更直言,“摘星”能有效规避基于行程卡星号标记的“层层加码”和“一刀切”现象,增加游客出游便利度。

  然而,也有满怀希望的游客在此轮出行热潮中“败兴而归”。以一位来自北京的网友为例,根据他6月29日下午的表述,尽管已经“摘星”,但他电话问询后了解到,一些目的地酒店照旧不接待来自北京的游客。

  6月29日晚,《每日经济新闻》记者致电多地酒店,询问从北京前往住店的具体要求。其中,哈尔滨西站附近某酒店表示,根据当地要求,北京来的旅客一律不接待。而杭州浣纱路上的某酒店则表示,北京没有相关风险地区旅居史的消费者,均可正常入住。

  对于这一点,北京第二外国语学院文化和旅游产业研究院副教授吴丽云在6月29日接受记者微信采访时表示,目前国内出行,尤其是跨省游,很大程度上还是取决于各地包括核酸检测在内的疫情防控政策和限制性措施。

  尽管“摘星”本身带来的实际转换率仍未可知,但多数从业者都表示“信心也一样重要”。此外,将“摘星”与近期入境人员隔离管控时间调至“7+3”等利好消息连在一起品味,敏锐的旅游从业者还嗅出了更多信息。

  6月29日下午,景鉴智库创始人周鸣岐通过微信告诉《每日经济新闻》记者,这些利好也是一种政策导向,有了这个信号,一些加码的防疫措施有望缓解;再叠加上暑期效应,预计今年第三季度整个旅游业将有一个消费冲高。

  复苏拐点将“缓慢”到来,行业处“生态性修复”阶段

  疫情以来,旅游市场持续受到重挫,如今真的等来了复苏拐点吗?在程超功看来,在近期多重利好政策及需求恢复的双重支撑下,旅游市场正在走上复苏轨道。若北京、上海等城市能在7月中旬前后实现清零,预计旅游业将在暑期后半段迎来强劲复苏。

  就在上述采访结束后不久,上海市文化和旅游局官微就发布消息称,7月1日起,在全市范围内逐步开放博物馆和美术馆,以及室内外所有A级旅游景区;7月8日起,逐步开放电影院和演出场所。

  被接二连三的好消息击中的旅游人,迎来了绝地反击的机会?对此,周鸣岐表示:“复苏拐点”前还应加上“缓慢”二字。“首先要弄清楚这个复苏的程度,要一朝回到疫情前肯定是不可能的,大家都有这个共识,旅游(业)很长一段时间内都无法回到2019年(的状态)了。目前这波短期反弹,也只说是缓慢复苏的拐点。”他进一步表示,在复苏过程中,团客、旅行社等传统形式还会相对较慢,但随着旅游半径的扩大,度假消费或将迎来发展契机。

  正如业内所说,即便是缓慢复苏,旅游细分领域的节奏和难点也有所不同。

  住宿方面,据某接近君澜酒店的从业者介绍,“摘星”肯定会刺激到度假市场,但大家也很怕。“从近一个月的数据来看,商务市场处于高速恢复状态,不少商务系列酒店几乎回到2019年的90%。可一旦全部放开,仍有疫情反复带来的风险。”

  至于景区及旅行社,6月29日下午建发国旅集团副总陈连保在电话采访中告诉《每日经济新闻》记者,以植被修复作比,旅游业其实还处于生态性修复的阶段。“一点点的植破坏还可以采取快速移植的形式,但如果土地已经破坏到地下,就不仅是补贴或刺激可以解决问题。”

  陈连保表示,抛开学校疫情防控要求、消费者经济能力等老生常谈的外在影响因素,单从旅游行业自身看,疫情导致大量人才流失。“这些从业者在旅游市场起到组织作用,他们不生产产品,而是堆砌做组合。现在没有这样一群人,市场消费很难一下提振。”

  无独有偶,汤雨华也表示,疫情以来旅游业受到极大打击,虽然现在(复苏的)希望有了,但旅游业人才已经流失得差不多,要(完全)恢复还没那么简单。

  此外,陈连保等从业者还提出,对旅游从业者来说,疫情反复始终是“一把悬在头上的剑”。只要“剑”还在,无论是文旅景区还是旅游供应商都不敢扩大规模生产,担心随时被喊停。

  “喊停和重启对企业来说是一个很大的挑战,尽管现在的防疫政策有了很大利好,但政策从执行到收回也需要一个惯性和磨合时间,尤其旅游还不是重点保供的行业,仍有地区存在‘层层加码’的现象。”陈连保称。

#记者帮# 【外面下大雨 家中下小雨!#西宁# 这个老旧小区改造致房顶彩钢瓦受损】近日,西宁市西川南路49号大兴源世纪城开展老旧小区楼本体节能改造施工,因施工需要,小区楼顶彩钢瓦部分拆除后安装了施工吊篮构件,导致下雨时顶楼住户家中雨水渗漏。小区住户贾先生向西海全媒体记者反映此事后,西海全媒体平台第一时间发布相关视频报道,引起施工方高度重视,临时修复了彩钢瓦,并承诺修复业主家中受损的墙面。

7月15日19点左右,西宁下大雨,雨下至次日凌晨。当晚,大兴源世纪城6号楼住户贾先生给记者发来他家中顶棚漏雨的视频,视频中可以看到,贾先生家中卧室漏雨最为严重,床上及桌子上一字摆开,放了十余个盆罐,厨房地面上也摆放了多个塑料盆,用于接顶棚漏下的雨水。贾先生说,外面下大雨,家中下小雨,两个小时,盆罐内雨水已接了半盆,墙面也被水泡了。

贾先生表示,由于施工原因,楼顶的坡型彩钢瓦部分被拆除,拆除位置安装了施工吊栏构件,雨水通过彩钢瓦拆除敞口积到楼顶排不出去,导致很多顶楼业主家中雨水渗漏。当晚有小区业主连夜上到楼顶,清除楼顶积水,以减轻家中墙面受损程度。

7月17日,记者前往该小区,看到小区5栋多层住宅楼楼体保温外墙改造施工正在忙碌开展。该小区5栋楼楼顶全是坡型彩钢瓦结构,因施工需要,每栋楼安装施工吊篮构件的位置都有部分彩钢瓦被拆除。施工人员正在修复楼顶彩钢瓦,吊栏构件敞口位置也固定安放了阳光板,防止雨水流入住户家中。

负责该小区物业的龙实鼎煜物业公司工作人员王有俊介绍,小区有6栋楼,除一栋高层外,剩下的5栋多层楼体都是坡型彩钢楼顶。小区2005年建成,因多层住宅楼顶是彩钢坡顶结构,彩钢下的楼顶面无防水设计。近年来,楼顶彩钢瓦出现老化开裂情况,每年雨季有雨水渗漏时,物业都会组织人力维修彩钢瓦,防止住户家中漏雨。

“这几天西宁多雨,加上彩钢瓦因施工所需拆除了一部分,不少顶楼住户家中出现漏雨情况。物业与施工方积极协商,提出了改进方案,施工方也实施了楼顶彩钢瓦修复工作。”王有俊说。

小区施工方负责人刘生鹏介绍,目前小区楼本体节能改造施工工期进度为总工程量的30%左右,该工程工期7个月,计划年底完工,施工方尽量在加快施工进度。对于住户家中漏雨的情况,施工方高度重视,采取了相应的施工面补救措施。对于住户家中墙面因渗漏出现损坏的情况,施工方已与物业开展受损住户统计工作,楼本体节能改造施工结束后,将修复住户家中墙面,同时修缮恢复所有楼顶彩钢瓦。(西海全媒体记者 邓建青 )


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