以下為翟恩地博士主持和引導(dǎo)發(fā)言摘錄，部分內(nèi)容做了重新編排。
01風(fēng)起于青萍之末，而舞于松柏之下
深遠海海上風(fēng)電的發(fā)展，恰似這股自然之力，雖始于細微，卻蘊含著改變世界能源格局的磅礴力量。深遠海區(qū)域擁有豐富的風(fēng)能資源，我國深遠海海上風(fēng)電資源潛力巨大。世界銀行測算，全球海上風(fēng)電技術(shù)開發(fā)潛力超過710億千瓦，其中70%為深遠海海域;國家氣候中心評估得到我國海上100米高度、離岸200千米范圍內(nèi)，風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量約22.5億千瓦。深遠海海上風(fēng)電的發(fā)展，既可顯著提升風(fēng)電開發(fā)規(guī)模、降低沿海地區(qū)用能成本，又為推動能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)達成提供支撐，意義重大。
但深遠海海上風(fēng)電的發(fā)展道路不是一馬平川，挑戰(zhàn)猶如大海中的隱秘暗流，復(fù)雜而多變。海洋的極端環(huán)境對風(fēng)電機組設(shè)計、建造與運維提出了極高的要求，在面對極端海洋環(huán)境考驗時，如何打造卓越的技術(shù)實力提升風(fēng)機適應(yīng)性，如何在保障安全穩(wěn)定的前提下提高發(fā)電效率、降低維護成本，均是擺在風(fēng)電行業(yè)面前的難題。
漂浮式風(fēng)電方案是深遠海海上風(fēng)電發(fā)展的必然選擇?？梢哉f，漂浮式風(fēng)電的技術(shù)發(fā)展，決定了深遠海海上風(fēng)電的發(fā)展速度。但幾乎所有從事風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新的科學(xué)家和工程師都對漂浮式風(fēng)電技術(shù)十分敬畏，因為它是集空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、水動力學(xué)、巖土動力學(xué)、復(fù)合材料、機電耦合系統(tǒng)、系統(tǒng)控制理論和新型電力系統(tǒng)等多學(xué)科、多專業(yè)于一身的復(fù)雜系統(tǒng)，是風(fēng)電技術(shù)的制高點。因此，亟需識別關(guān)鍵技術(shù)痛點，迎難而上，為技術(shù)攻關(guān)理清頭緒。
翟恩地博士主持大會
02提綱而眾目張，振領(lǐng)而群毛理
翟恩地博士以“整機設(shè)計、環(huán)境輸入、機組系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、測試驗證”的風(fēng)機設(shè)計要素為主線，揭示并剖析漂浮式風(fēng)機設(shè)計的十大痛點。筆墨不多，卻提綱挈領(lǐng)、高度凝練、洞悉深刻。十大痛點既是技術(shù)瓶頸，更是推動漂浮式風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵研究領(lǐng)域。
痛點一為“一體化仿真與設(shè)計工具鏈仍不完善”，體現(xiàn)在：主流商業(yè)軟件開展浮式基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)、局部強度分析時，尚未具有高效、全耦合、一體化設(shè)計方法;不同學(xué)科團隊采用不同仿真工具，多工具接口復(fù)雜、數(shù)據(jù)傳遞不暢：工具各有優(yōu)劣，工具應(yīng)用時缺乏行業(yè)共識的高精度、高效的實踐作法。
痛點二為“長柔葉片的氣動彈性問題尤為突出”，體現(xiàn)在：漂浮式風(fēng)機六自由度平臺的低頻運動造成葉片-葉輪系統(tǒng)的非定常效應(yīng)，葉片內(nèi)側(cè)存在失速風(fēng)險;傳統(tǒng)葉素動量理論(BEM)在應(yīng)對漂浮式風(fēng)機被動偏航、對風(fēng)不準(zhǔn)確等工況時，存在推力修正誤差，局限性凸顯;漂浮式機組采取各類抗臺手段時，尾緣均處于特殊的入流狀態(tài)，難以快速精準(zhǔn)進行評估。
痛點三為“耦合動力學(xué)仿真中的水動力挑戰(zhàn)”，即：隨著漂浮式風(fēng)機的大型化，現(xiàn)有仿真方法難以應(yīng)對浮體剛度和模態(tài)變化帶來的影響。體現(xiàn)在：極端生存工況下，水動力載荷的粘性以及非線性成分增加，勢流理論的基本假設(shè)條件不再適用;同時，隨著機組大型化、浮體尺度增加，浮體的剛體假設(shè)不再適用，需考慮浮體剛度和模態(tài)對整機模態(tài)及水動力載荷的影響。
痛點四為“浮式基礎(chǔ)強度設(shè)計尚未實現(xiàn)一體化”，體現(xiàn)在：浮式基礎(chǔ)的強度設(shè)計仍然依賴于風(fēng)載和浪載的分步疊加，這種方法導(dǎo)致了設(shè)計冗余和不確定性;目前成熟的浮體方案成本較高，難以實現(xiàn)商業(yè)化部署;諸多新概念、新型浮體低成本大規(guī)模量產(chǎn)路徑不清晰，業(yè)界尚未達成共識;此外，還需考慮如何同時實現(xiàn)浮體輕量化和結(jié)構(gòu)強度，以及如何在前端設(shè)計、后端制造、組裝效率間取得平衡。
痛點五為“系泊系統(tǒng)的降本路徑不明確”，體現(xiàn)在：系泊系統(tǒng)設(shè)計的多樣化使得降本變得更加復(fù)雜，業(yè)內(nèi)仍缺乏針對漂浮式風(fēng)機水深和環(huán)境條件的低成本解決方案;系泊系統(tǒng)失效概率相對較高，新型系泊組件、系泊材料等尚未經(jīng)過充分驗證的降載與低成本解決方案，推廣應(yīng)用難度大、風(fēng)險高。
痛點六為“動態(tài)纜設(shè)計復(fù)雜且面臨巨大壓力”，即：漂浮式風(fēng)機動態(tài)海纜傳輸功率高、偏移量大、動態(tài)載荷大，在高載流和高電壓下面臨巨大壓力，又遭受海生物附著影響，致使結(jié)構(gòu)、電氣和水中構(gòu)型設(shè)計極具挑戰(zhàn)。體現(xiàn)在：高載流、高電壓、大尺寸帶來高疲勞荷載，大幅運動急劇增大附件設(shè)計難度，海生物附著嚴(yán)重制約電纜構(gòu)型。
痛點七為“葉輪、傳動鏈與塔架的耦合振動難以規(guī)避”，體現(xiàn)在：當(dāng)前的漂浮式風(fēng)機設(shè)計仍基于固定式風(fēng)機方案，只是結(jié)合浮體特性與風(fēng)場環(huán)境進行適應(yīng)性改進，葉片、傳動鏈、塔架振動頻率、葉輪轉(zhuǎn)速頻率避開共振的設(shè)計更加困難;受浮體運動影響，塔架的承載要求大幅提高，剛性-剛性設(shè)計導(dǎo)致塔架用鋼成本顯著增加;針對不同于當(dāng)前風(fēng)機架構(gòu)的漂浮式風(fēng)機，性能和成本優(yōu)勢也尚未得到明確論證。
痛點八為“閉環(huán)控制的穩(wěn)定性難題”，體現(xiàn)在：漂浮式風(fēng)機浮體縱搖與葉片變槳耦合失穩(wěn)問題;葉片變槳帶來的負阻尼效應(yīng)，引發(fā)漂浮式風(fēng)機的控制系統(tǒng)的失穩(wěn)問題。
痛點九為“水池縮尺試驗的局限性”，體現(xiàn)在：水池縮尺試驗是漂浮式風(fēng)機的重要驗證手段，但由于氣動雷諾數(shù)、水動弗勞德數(shù)相似性不兼容，存在一定的模擬局限性;水池試驗中的風(fēng)浪相互作用與縮放問題;復(fù)合材料系泊纜的剛度與彈性問題。
痛點十為“遠程監(jiān)測和機組可靠性驗證不足”，體現(xiàn)在：隨著風(fēng)機逐步部署在深遠海區(qū)域，可達性差、非計劃運維多，且遠程監(jiān)測技術(shù)的難度不斷增加;大型化海上風(fēng)電機組正經(jīng)歷著快速迭代發(fā)展的階段，但許多新設(shè)計、新工藝還沒有得到長時間充分驗證，機組可靠性驗證不充分。
翟恩地博士做題為《漂浮式海上風(fēng)機設(shè)計痛點問題分析》的引導(dǎo)性發(fā)言
03知易行難，行之惟艱
漂浮式風(fēng)機的技術(shù)痛點、瓶頸、難題客觀存在，但挑戰(zhàn)和機遇并存。翟恩地博士相信，通過匯聚行業(yè)智慧與力量，定能找到解決方案，推動漂浮式風(fēng)電技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。針對漂浮式風(fēng)機設(shè)計的十大痛點，翟恩地博士也給出了可供參考的解決思路，為未來技術(shù)突破提供方向指引。
針對痛點一“一體化仿真與設(shè)計工具鏈仍不完善”痛點，提出：未來的研究應(yīng)著眼于開發(fā)更加高效、全耦合的一體化設(shè)計工具;加強不同仿真工具之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化，促進跨學(xué)科團隊間的協(xié)同工作，提升數(shù)據(jù)流的暢通性;應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場景，合理選擇和搭配不同精度的仿真工具。
針對痛點二“長柔葉片的氣動彈性問題尤為突出”，提出：未來的研究方向應(yīng)著重于改進氣動設(shè)計理論，特別是提升葉輪在復(fù)雜工況下的響應(yīng)能力;同時，優(yōu)化傳統(tǒng)的葉素動量理論，針對高誘導(dǎo)因子和漂浮式風(fēng)機的特殊對風(fēng)工況，開發(fā)更加精確的統(tǒng)一動量理論仿真工具和評估方法。
針對痛點三“耦合動力學(xué)仿真中的水動力挑戰(zhàn)”，提出：未來的研究方向應(yīng)包括更高階的計算流體動力學(xué)(CFD)仿真工具開發(fā)，尤其是在極端海況下，應(yīng)準(zhǔn)確評估風(fēng)機動態(tài)響應(yīng)和水動力載荷;同時，通過實驗和數(shù)值模擬結(jié)合的方式，進一步優(yōu)化浮體設(shè)計，以減少其對整機模態(tài)的影響。
針對痛點四“浮式基礎(chǔ)強度設(shè)計尚未實現(xiàn)一體化”，提出：未來的研究應(yīng)加速開發(fā)全耦合的強度分析方法，實現(xiàn)風(fēng)、浪、流多重載荷的一體化計算;同時，推動新材料和模塊化制造技術(shù)的研究，降低浮體的生產(chǎn)和安裝成本;在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，尋求輕量化和成本控制的平衡，推動浮式基礎(chǔ)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
針對痛點五“系泊系統(tǒng)的降本路徑不明確”，提出：未來的研究應(yīng)聚焦于開發(fā)更低成本、更高可靠性的系泊材料和系統(tǒng)設(shè)計，特別是針對不同水深和環(huán)境條件下的優(yōu)化方案;開展針對系泊系統(tǒng)失效概率的深入分析，并通過實驗和數(shù)值模擬，驗證新型系泊材料的耐久性與強度，從而為低成本、長壽命的系泊方案設(shè)計提供依據(jù)。
針對痛點六“動態(tài)纜設(shè)計復(fù)雜且面臨巨大壓力”，提出：未來應(yīng)加強對動態(tài)纜疲勞載荷的研究，開發(fā)更加耐用的附件設(shè)計和防護技術(shù)，以應(yīng)對海洋環(huán)境的嚴(yán)苛挑戰(zhàn);針對海生物附著問題，行業(yè)應(yīng)加快研發(fā)防污材料、優(yōu)化電纜結(jié)構(gòu)，以提高動態(tài)纜的長期可靠性。
針對痛點七“葉輪、傳動鏈與塔架的耦合振動難以規(guī)避”，提出：未來行業(yè)應(yīng)加大對浮體特性與風(fēng)機系統(tǒng)耦合振動的研究力度，通過更精準(zhǔn)的動力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，來減少振動影響;此外，還需針對新型風(fēng)機架構(gòu)，如多葉輪、兩葉片、下風(fēng)向風(fēng)機等，開展更多實驗，以驗證其潛在優(yōu)勢和應(yīng)用可行性。
針對痛點八“閉環(huán)控制的穩(wěn)定性難題”，提出：未來的研究應(yīng)聚焦開發(fā)更先進的閉環(huán)控制算法，增強平臺的穩(wěn)定性;通過引入新的傳感器技術(shù)，實時監(jiān)測風(fēng)機的動態(tài)響應(yīng)，并結(jié)合前饋控制算法和高級降載技術(shù)，以更有效地抑制平臺運動響應(yīng)，提高風(fēng)機的運行效率。
針對痛點九“水池縮尺試驗的局限性”，提出：未來的研究應(yīng)結(jié)合計算流體動力學(xué)(CFD)和勢流理論，開發(fā)更為精確的混合模型試驗方法，以提高氣動和水動力載荷的模擬精度;同時，行業(yè)應(yīng)投入更多資源，建設(shè)先進的多自由度造波池，能夠生成復(fù)雜風(fēng)浪環(huán)境，為風(fēng)機控制和動態(tài)響應(yīng)測試提供更逼真的實驗場景。
針對痛點十“遠程監(jiān)測和機組可靠性驗證不足”，提出：未來的研究應(yīng)加強智能監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)機的故障預(yù)測和診斷;同時，行業(yè)還需加快機組可靠性驗證工作，特別是在極端海況下，通過長期運行數(shù)據(jù)積累，建立可靠的性能評估體系，確保風(fēng)機的長期穩(wěn)定運行。
翟恩地博士主持圓桌大會
04立志欲堅不欲銳，成功在久不在速
翟恩地博士在收尾發(fā)言中表示，有信心見證風(fēng)電行業(yè)通過加大對仿真工具、材料技術(shù)、控制算法、系統(tǒng)集成的研究投入，逐步克服技術(shù)挑戰(zhàn)、降低成本，實現(xiàn)漂浮式風(fēng)電的商業(yè)化。同時呼吁風(fēng)電行業(yè)必須加強技術(shù)創(chuàng)新和合作，不斷創(chuàng)新思維，探索新的創(chuàng)新平臺和合作模式，吸引更多科學(xué)家、工程師團隊和企業(yè)共同攻堅克難，推動漂浮式風(fēng)機從技術(shù)探索走向商業(yè)化、規(guī)模化，推動深遠海風(fēng)電向更安全、更高效、更可持續(xù)發(fā)展。
