昨天下午下了大雨,打了雷,傍晚的时候出了太阳,将整个天空照的又红又亮,可惜当时在开会,没有拍照。会议结束回到办公室,发现了一只小猫咪,又惊讶又兴奋,它长的真的是太好看了,基本上是橘色的,就前面肚子还是手手地方有一些白色。看着一点也不像流浪猫,可干净了,也不知道怎么跑到这里来的(还是二楼),而且还是只小奶猫,大概几个月的样子,可是我喊它的时候它跑的比老鼠还快,一下子就冲出去了。呜呜呜,好想把它抱回家

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。

1、一姑娘情绪低落,说自己经常被人嘲笑长得胖,觉得生活没意义。我说:“生活难免磕磕绊绊,面对嘲讽与挫折,别沮丧,活出精彩才是对嘲讽最好的还击,蹲下来,给自己一个拥抱。”她点点头,擦干泪,试了一下,没蹲下去,蹲不下去。。。

2、生病的儿子:“打针前为什么要擦棉球?”父亲:“那是酒精,先把你的屁股擦醉了,再打针就不疼了。”儿子:“可是我还是疼呀!”父亲:“那是因为你屁股的酒量太大了!”

3、有一天晚上,我写完作业躺在床上看电视,老妈在我旁边织毛衣。看着看着我开始打嗝,憋气、喝水都试了,还不好。这时老妈突然放下毛衣,很严肃的问我:“你最近在学校犯什么事了?”我很纳闷,说:“没啊。。。”老妈:“没有?!没有的话你班主任下午打电话给我?说,老实交待!”我左想右想就是想不出我做错啥事了在学校,正在我纠结的时候,老妈问:“还打嗝吗?”我:“咦,奇怪,不打了。。。”老妈:“不打了?看起来在学校是真干了什么坏事”

4、叔叔来我家找爸爸喝酒,两扎啤酒加一瓶白酒下肚后开始下象棋。两人都喝大了,爸爸比叔叔醉得厉害,棋艺也不如我叔叔,但是叔叔膀胱容量小,就常常跑WC。爸爸就趁叔叔跑WC的时候挪子儿。。。手段极其恶劣,做法极其猖狂,可是就是没有被发现啊。几盘赢下来爸爸尝到了甜头就更大胆了,直接坐到棋盘对面。。。叔叔回来盯着棋盘望了一会儿,摇头道:“这棋下的真臭。。。

5、公交车上,一名男子靠着车窗,悠闲地抽完一支香烟,一挥手,烟头划出一道火红的弧线,以一种优美的姿态飞出窗外。两秒钟后,一辆疾驶而来的出租车突然转了方向,一头扎进路边的绿化带。半个月后,一家工厂发生了火灾,上千万元的资产顷刻化为乌有。一个月后,当初扔烟头的男子戒烟了。因为他失业了。失业的原因是,他所在的工厂破产了。工厂破产的原因是,半个月前一场大火把工厂烧了个精光。工厂失火的原因是,一个月前请来的对工厂消防设施进行改造的工程师出了车祸。工程师出车祸的原因是,他乘坐的出租车突然冲进了绿化带。出租车冲进绿化带的原因是,有一个燃着的烟头突然落入了司机的衣领里。。。

6、有两个准备用枪决斗。他们一个身材瘦小,另一个高大壮实。决斗要开始了,大个子突然对小个子说:“等一下,你的射击目标比我的大,这不公平。”小个子很快想出了解决的办法,他说:“那就在你身上,用粉笔勾出我身体的大小,我若是打在线的外边,就算我输吧!”

7、北国清晨,地上煞白,天上雪飘。望小区路上,惟余莽莽;停车场上,情况更糟。车门冻住,车顶积雪,挡风玻璃结霜了。须卡片,要温水暖风,方才有效。大雪如此乱飘,引无数路人竟摔跤。昔碰瓷大妈,略输演技;职业乞丐,也被冻跑。迟到扣钱,我们老板,此时乐得弯了腰。完蛋矣,现流涕淌泪,已经感冒。

8、今天是春节上班第一天,我一早来到自己的座位,发现有5张100元的人民币,下面还有一张纸条,写着:加油!落款是领导的名字。我感动的掉下了眼泪,想不到领导这么有心,一上午都很有干劲。。。下午接到领导电话,劈头盖脸一顿臭骂,问早晨让我去加油,为什么没加???

9、女:过几天你生日了吧,我送你个存钱罐吧。男:行啊,我要存满满的一罐。女:你存那么多硬币准备干嘛啊。男:等咱们结婚的时候,给你打一套首饰。女:滚。。。

10、我告诉父母学会使用“关你屁事”和“关我屁事”可以节约人生80%的时间。于是老爸问:节约了那些时间干什么呢?老妈迅速抢答:关你屁事!

11、从前,森林中有一只云雀。有一天,它在唱歌时遇到了一位手提盒子的农夫,那个盒子里装满了虫子。云雀拦住了他,问道:“你的盒子里面是什么?你要去哪里?”农夫回答说,他捕捉了很多虫子,想把它们拿到集市上去换些羽毛。云雀听后就说:“我有很多羽毛,我拔下来一根与你交换吧!这样就可以省了我去找虫子的力气。”于是农夫把所有的虫子都给了云雀,作为交换,云雀给了他一根羽毛。第二天,还是同样的交易。第三天。。。直到云雀一根羽毛也没有的时候,它再也不能飞了,更不能去找虫子吃了。它看起来丑陋无比,很快,它就死了。

12、和老公吵架,吵到很厉害的时候,我忍不住大声吼道:你能不能站在我的位置想一想!!老公愣了一下,然后把我挤到一边,站在我刚站着的地方思考了一下说道:吵个架还要换位置,你可真特别!我TM。。。


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