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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叶某敏滥用Z权 非F牟利 Po害四个受害者!请严查
   我们四人华.国金、徐国余、章成安、许荣良要向上级L导实名举Bao原杭州市富阳区富春街道鹿.山.股.份.经.济.合作社董事长叶某敏犯zui事实。
叶某敏强Mai高价建筑材料  非F牟利巨额款项
   叶某敏是鹿山村股份经济合作社的董事长,我们在他的手下做工程。他在当地的势力非常大,他指..定的材料商及材料Jia格,我们没有讨价还价以及提起意异议的权利。
徐国余买红砖的时候曾经联系了鹿山村监事长方金光,方金光送到工地红砖Jia格是0.52元/块,包括开.票税金。可叶某敏知道后命令徐国余必Xu买他0.68元/块的红砖。否则,今后的工程款一分钱也不会付给我们。无奈之下,我们只能用他的高价红砖。
我们本打算铝合金门窗自.己叫别人做,谈好Jia格360元/平方。可叶某敏第.二天早上就赶到工地上,胁迫我们买叶峰华(叶某敏亲戚)的高价450元/平方的铝合金门窗。我们每次想自.己买材料,可叶某敏都冲在前面,强迫我们交.易,牟利400多万元。
叶某敏趁人之危、落井下石 敲Z 800多万元工程款
我们四人向广阔公司分包承建业务(鹿山村安置房工程)。二零一七年11月,浙江广阔建设工程有限公司F人史荣伟因为涉工程款Z骗被东阳公An局X拘。本应在11月份就可付的工程款被叶某敏拖到了2018年2月10日才开始打算付。叶某敏利用职权,非F强行掌控广阔公司公章、财务章,独揽财务大权。他名义上给史荣伟处理鹿山安置房工程民工工资和材料欠款(因为史荣伟的工程款全部被叶某敏强行扣去付其高.利D利息,叶某敏违f获利共计960万元有银..行走帐证据),实际为了达到自.己敛财目的,直接把工程款划进了由叶某敏一手掌控的杭州广阔岩土科技有限公司。
然后,叶某敏以史荣伟被.X拘为由,把鹿山村建造安置房的民工工资、材料款全部打折,并且强扣了我们的工程款,威胁我们如果谁不同意就一分不付。叶某敏在没有广阔公司授权委托的情况下,滥用鹿山经济股份合作社董事长(业主)权利强行处置工程款。
叶某敏在付工程款时,胁迫我们四人在事先打印好的承诺书上签名,不签名就让我们去坐Lao并一分工程款不付。我们被Bi得无路可走,只能签名。由此,他强扣工程款、人工工资及材料款打折共计800多万元。而且作为业主的鹿山村股份经济合作社一直拖欠我们的工程款,导致我们无法及时付混凝土厂的材料款、农民工工资,由于叶某敏鼓吹农民工,材料商,只要我们签字,他就立马付款,造成农民工Bao力强讨工资,我们家人的生命受到威.胁,无法,正常生活,严重影响了我们的生产、经.营活动。由于叶某敏还告诉混凝土厂,只要我们签字马上可付钱,导致混凝土厂觉得我们有钱,于是申请F院对我们强制执行X拘。
zui后,我们为了能让农民工能尽早开心回家过年,也为了自.己能不去ju留所过年。我们在2018年2月13日03:30,被Po无奈签了一份承诺书(叶某敏与律师王卫琴精心设计的承诺书)。不仅如此,叶某敏指示广阔公司会计李一群编制假.帐,瓜分我们血汗钱。让我们的工程分包应交的税金加管.理费从原来7.5%增加到了13%。我们四个人已经是任由叶某敏随意宰杀的牛.羊了。哪.里还有公平、自愿互利的民事权利可言? 

叶某敏再次滥用Z权敲Z勒S 款项高达315500元
叶某敏滥用Z权,强行代替我们付欠华邦、巨润两厂631万元商品砼款的时候,叶某敏要强.扣华邦,巨润两厂35%的商品砼款,两厂不同意,要求zui少也要付70%的商品砼款。可叶某敏坚决不同意。两厂十分气愤,华.国金便带着华邦砼厂金总和财务人员到叶某敏办公室,要求叶某敏把混凝土款全部付清,叶某敏坚决不同意。华邦砼厂金总告诉华.国金早上不付钱,下午叫你们去坐Lao,然后在鹿山村委四楼电梯口华.国金要求叶某敏付华邦砼厂款再去吃饭,叶某敏不同意并和华.国金发生了肢体冲突,华邦砼厂金总等人进行了阻止。我们在万般无奈的情况下,又被叶某敏敲Z勒S了5%的商品砼款,共计315500元。敲Z成功后,叶某敏才付华邦,巨润两厂65%的混凝土款,还有35%的混凝土款被叶某敏侵.呑了。
叶某敏及其关系网势力强大使其屡次逃脱Z裁 请相关部门严查!
我们从2018年4月份开始,向富阳区ji委举B叶某敏各项犯zui事实,但无果。后在区委S记朱某其的关注和批示下,2018年11月30日,富阳区公an分局对叶某敏以涉Hei涉恶围标串标罪实行了X事Ju留,并且在富阳日报和富阳区纪监.委廉正网都作了刊登和报道。可谁知道,这件社会影响Ji其恶劣的案J,在叶某敏家族利用金Qian和社会关系网的作用下,在富阳区公an分局相关人员的帮助及辩护下,于19年1月4日(叶某敏被.X拘了36天后)被无.罪.释.放。而且,办案民J告诉我们,这是几个L导商讨之后决定的。我们实在是无法理解,这样一个以E势力为非作歹、扰乱市场秩序的人,竟然能够被无.罪.释.放,法律的威严何在?后叶某敏以非F採矿又hua进去,判X13个月。
 我们四举B人继续一直不停向上级各部门举Bao,可上级每件要求依F处理的批文到了富阳区公An分局都变成了废纸一张。并且,富阳区公an分局为了阻止我们去上F,对我们四人实行了电.话J听和出行监管。富阳区信F局和富阳区公An分局一起联合对我们进行半路L截,强行阻止我们去上F。更有甚者,对相关人员采用二十四小时三班轮流不间断疲劳Shen讯做笔录,并恐吓我们上F是违F的。总而言之,富阳区公an分局千方百计阻止我们去北京上F,以达到保护叶某敏E势力的目的。
    走投无路之下,特通过媒体途径求社会关注。请相关部门介入此事,帮我们争取我们的合F权益,还我们一个公道!

    ——本稿件由当事人提供发布,仅代表个人观点,与平台及媒体无关,禁止转载和借用。


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