陳棋：給風(fēng)電機組在深遠?！鞍布摇?

陳棋主導研發(fā)的海上風(fēng)電機組平臺“海鷂”。 受訪(fǎng)者供圖

受訪(fǎng)者供圖

“我國自主研制的全球最大單體容量漂浮式海上風(fēng)電機組——‘海鷹’平臺正在進(jìn)行樣機測試。”在前不久舉行的第九屆全球海上風(fēng)電大會(huì )上，運達能源科技集團股份有限公司總工程師、“海鷹”平臺總設計師陳棋透露。

2024年初下線(xiàn)的“海鷹”平臺單機容量達到16兆瓦至18兆瓦，適用于開(kāi)發(fā)離岸超50公里、水深超60米的中高臺風(fēng)海域風(fēng)能資源。“海鷹”平臺將于今年在海南省萬(wàn)寧市海上漂浮式項目樣機試驗風(fēng)場(chǎng)投入商業(yè)運營(yíng)，屆時(shí)將滿(mǎn)足浙江、福建、廣東等地的深遠海海域風(fēng)能開(kāi)發(fā)需求，助力我國風(fēng)電開(kāi)發(fā)挺進(jìn)深遠海。

近日，陳棋接受科技日報記者采訪(fǎng)，講述了他帶領(lǐng)團隊成員給風(fēng)電機組在深遠海“安家”的故事。

向資源豐富的深遠海挺進(jìn)

記者：與近海相比，深遠海風(fēng)能開(kāi)發(fā)難在哪兒?

陳棋：海洋是潛力巨大的資源寶庫。我國擁有1.8萬(wàn)多公里大陸海岸線(xiàn)、1.4萬(wàn)多公里島嶼岸線(xiàn)、300萬(wàn)平方公里主張管轄海域。相比陸上風(fēng)能資源，我國海上風(fēng)能資源更豐富。統計數據顯示，近海水深5米至50米范圍內，風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量為5億千瓦，而深遠海風(fēng)能可開(kāi)發(fā)量是近海的3倍以上。

深遠海作業(yè)環(huán)境與近海作業(yè)環(huán)境截然不同。例如，深遠海海上風(fēng)速通常比沿岸海上風(fēng)速快20%，深遠海出現臺風(fēng)的幾率更高。猛烈的海風(fēng)會(huì )嚴重影響風(fēng)電機組的穩定性。除此之外，深遠海風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)還面臨投資成本高、能源傳送距離遠、后期運維難度大等挑戰。

記者：近海風(fēng)電機組與深遠海機組有什么差別?

陳棋：在近海開(kāi)發(fā)風(fēng)電，由于水深較淺，風(fēng)電機組底部通常采用固定式支架，可以讓相關(guān)設備安穩地“站”在大海中，但這種固定風(fēng)電機組的方式只適用于淺海環(huán)境。到了深海，就得用上漂浮式風(fēng)電機組——一種可以在水中漂浮并“捕獲”風(fēng)能的裝備。于是，公司面向深遠海風(fēng)能發(fā)展需求，在2010年提出研制一款智能、可靠的漂浮式風(fēng)電機組。我和團隊成員主要承擔了這項研制任務(wù)。

記者：您和團隊成員如何讓“海鷹”平臺適應深海環(huán)境?

陳棋：為使“海鷹”平臺安穩地漂在深遠海上，我和團隊成員設計了一款漂浮式支架。它能讓平臺抗住17級以上臺風(fēng)。同時(shí)，我們縮減了漂浮式支架的總體工程量，把支架設計成可自由拼搭的結構，大幅降低安裝、運維成本。

記者：“海鷹”平臺的底座穩定了，但它的葉片非常大，怎么保證其整體穩定性?

陳棋：“海鷹”平臺的葉片長(cháng)度超過(guò)120米，能夠同時(shí)容納300個(gè)成年人并肩站立。葉片掃風(fēng)面積約6.6萬(wàn)平方米，相當于9個(gè)標準足球場(chǎng)。超長(cháng)葉片更易出現顫振問(wèn)題，影響設備運行的穩定性。

我和團隊成員歷時(shí)3年自主研制出基于槳葉空氣動(dòng)力學(xué)、集成式傳動(dòng)系統、塔架浮體結構的漂浮式機組一體化仿真平臺，開(kāi)展了大量研究和測試，通過(guò)控制加阻或共振穿越等方式解決葉片顫振、整機基礎共振等問(wèn)題，保證漂浮式風(fēng)電機組在各種工況下穩定運行。

記者：聽(tīng)說(shuō)這個(gè)120多米長(cháng)的“巨無(wú)霸”既抗彎還足夠輕。這對葉片的材料、設計和加工工藝等都提出了更高要求吧?

陳棋：你說(shuō)的沒(méi)錯。以往，我們通常采用玻璃纖維和樹(shù)脂材料制造葉片，但這些材料不適合制造超長(cháng)葉片。經(jīng)過(guò)多次試驗，我們決定用碳纖維材料制造葉片，使其重量減輕了20%。一次次試驗、一項項對比……歷時(shí)一年多技術(shù)攻關(guān)，超長(cháng)葉片終于成形并通過(guò)測試。

關(guān)鍵核心部件實(shí)現國產(chǎn)化

記者：“海鷹”平臺的亮點(diǎn)之一，是關(guān)鍵核心部件實(shí)現了國產(chǎn)化。

陳棋：是的。做到這一點(diǎn)極其不易。長(cháng)期以來(lái)，我國海上風(fēng)電裝備國產(chǎn)化水平較低，尤其是關(guān)鍵核心部件曾長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口。此次，我們在風(fēng)電機組主軸承和葉片等方面實(shí)現了重大突破。

主軸承是風(fēng)電機組核心部件，素有風(fēng)電機組“心臟”之稱(chēng)。此前，由于技術(shù)壁壘高，風(fēng)電機組主軸承主要依賴(lài)進(jìn)口。我們團隊和產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)、科研機構協(xié)同創(chuàng )新，歷時(shí)9個(gè)多月，研制出合格的主軸承。

為保證主軸承符合工藝要求，我和研發(fā)團隊成員冒著(zhù)高溫全程跟蹤主軸承的熱處理過(guò)程，使主軸承裝配一次成功，且主軸承尺寸精度和旋轉精度達到較高水平，為主軸承國產(chǎn)化積累了寶貴經(jīng)驗。

記者：未來(lái)“海鷹”平臺投用后，將在深遠海高鹽霧、高濕度的環(huán)境下作業(yè)，后期運維難度較大。為此，您和團隊成員采用了哪些先進(jìn)技術(shù)解決這些難題?

陳棋：我們自主開(kāi)發(fā)的風(fēng)電機組故障預測與健康管理系統可以遠程查看風(fēng)輪系統、機艙系統、塔外平臺運行狀態(tài)，并結合機組運行數據，對機組進(jìn)行遠程健康診斷，有效減少人員的出海頻次與海上作業(yè)時(shí)長(cháng)。

在大部件維護維修方面，風(fēng)電機組故障預測與健康管理系統能夠自動(dòng)分析機組運行數據并總結數據變化規律，開(kāi)展機組健康評估與壽命預測。通過(guò)智能算法，系統可以預測可能發(fā)生的故障，并提示故障位置和類(lèi)型，有效預防重大安全事故的發(fā)生。

記者：看來(lái)“海鷹”平臺不僅有“大塊頭”，還有大智慧。

陳棋：是的。“海鷹”平臺全面實(shí)現了智能化。遍布風(fēng)電機組的數百個(gè)傳感器和機艙上的激光雷達可以感知作業(yè)海域溫度、濕度等，數字化跟蹤“海鷹”平臺的運行狀態(tài)。在惡劣氣象條件下，工作人員還可以通過(guò)風(fēng)電機組的智慧“大腦”，調控風(fēng)電機組功率。

記者：如何搭建起這一龐大的智能化系統?

陳棋：海上風(fēng)電是典型的鏈條式產(chǎn)業(yè)。“海鷹”平臺的智能化系統擁有近萬(wàn)個(gè)零部件，光靠一家公司是不可能做出來(lái)的。平臺實(shí)現智能化離不開(kāi)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。這充分展現了中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng )新、供應鏈協(xié)同、工程能力、實(shí)驗測試等方面的綜合實(shí)力，為全球海上風(fēng)電發(fā)展樹(shù)立了新標桿。

需要交叉學(xué)科背景的復合型人才

記者：您入行近20年，經(jīng)歷了我國風(fēng)電發(fā)展的主要階段，有什么感觸?

陳棋：我國風(fēng)電起步較晚，過(guò)去在人才、技術(shù)、標準等方面與國外存在一定差距。依靠自主創(chuàng )新，如今我國風(fēng)電機組裝機規模已穩居世界首位，風(fēng)電成為我國重要的電力來(lái)源。我和團隊成員有幸參與研制了海上風(fēng)電機組平臺“海鷂”等大型設備，助力我國實(shí)現海上風(fēng)電技術(shù)突破和海上風(fēng)電裝備制造產(chǎn)業(yè)化、國產(chǎn)化。

記者：在此過(guò)程中，人才起到怎樣的作用?

陳棋：人才是關(guān)鍵驅動(dòng)力。隨著(zhù)全球對可再生能源的重視和投入不斷增加，風(fēng)電行業(yè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇。這一行業(yè)的發(fā)展不僅需要技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)升級，更需要大量高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才。

記者：在您看來(lái)，風(fēng)電科研人才需要具備哪些能力?

陳棋：我認為，優(yōu)秀的風(fēng)電科研人才應具備較高的創(chuàng )新、協(xié)作和學(xué)習能力。除此之外，行業(yè)越來(lái)越需要有交叉學(xué)科背景的復合型人才。未來(lái)，風(fēng)電機組不僅要從近海走向深遠海，還要向沙漠、戈壁、高海拔地區拓展。想讓風(fēng)電設備在這些地方“安家”，需要相關(guān)科研人員不僅是電力領(lǐng)域的行家，還要了解地理、材料等領(lǐng)域的知識。

記者：目前，我國風(fēng)電人才培養存在什么短板?

陳棋：我國風(fēng)電領(lǐng)域人才基數較小，面臨人才儲備不足的挑戰。這主要是由兩方面原因造成的：一方面，國內高校較少設置風(fēng)電專(zhuān)業(yè)，人才培養規模較小;另一方面，在校理論學(xué)習與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐存在一定脫節，人才培養質(zhì)量有待提升。

記者：您認為該如何解決上述問(wèn)題?

陳棋：首先，針對風(fēng)電人才供給不足問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)應鼓勵更多高校開(kāi)設風(fēng)電專(zhuān)業(yè)，擴大風(fēng)電人才培養規模;其次，提高風(fēng)電人才培養質(zhì)量，要注重培養學(xué)生的實(shí)踐能力，鼓勵高校與企業(yè)合作，讓學(xué)生在校期間能夠接觸到風(fēng)電項目。

記者：您是如何培養年輕人的?

陳棋：我認為需要給年輕人舞臺。在日常工作中，我鼓勵年輕技術(shù)人員參與國家重點(diǎn)研發(fā)項目，通過(guò)解決項目中的關(guān)鍵問(wèn)題提升技術(shù)水平。我們團隊還與國內外頂尖高校合作，通過(guò)設立實(shí)習實(shí)訓基地、舉辦學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，為在校生提供實(shí)踐平臺。這些合作不僅讓學(xué)生將理論知識應用于實(shí)際項目中，還為風(fēng)電行業(yè)乃至可再生能源領(lǐng)域輸送了更多具有實(shí)踐經(jīng)驗和創(chuàng )新能力的高素質(zhì)人才。

記者：您對風(fēng)電行業(yè)青年工程師有什么寄語(yǔ)?

陳棋：青年工程師是推動(dòng)綠色能源發(fā)展的關(guān)鍵力量。青年人一定要保持旺盛的求知欲，不斷學(xué)習前沿知識，擁抱新技術(shù)，提升自己的技術(shù)水平和研發(fā)能力。

記者手記

全球70%的海上風(fēng)能資源都蘊藏在深遠海。如何將這些寶貴的資源轉化為可用能源?這是陳棋不斷思索的問(wèn)題。

要讓風(fēng)電機組在汪洋大海上“安家”，面臨諸多技術(shù)挑戰。海上風(fēng)電機組處在復雜的海洋環(huán)境中，受到風(fēng)、浪、海流等影響，長(cháng)距離的海底輸電線(xiàn)路需具備防水、耐腐蝕、抗機械牽拉及外力碰撞等性能，機組安裝還要利用大型海上專(zhuān)業(yè)施工船舶作業(yè)。因此，海上風(fēng)電機組對裝備設計、制造、安裝技術(shù)和建成后的機組運維、故障處理要求都很高。

“沒(méi)有捷徑可走，只有腳踏實(shí)地，一步步去探索。”陳棋說(shuō)，他和團隊成員從零起步，研發(fā)新材料、優(yōu)化設計方案，逐個(gè)攻克材料選擇、結構設計等難題，在機組大型化、定制化、智能化開(kāi)發(fā)方面不斷突破，一點(diǎn)點(diǎn)拼出了“海鷹”平臺。

入行20年來(lái)，陳棋成功研制出抗冰凍、抗臺風(fēng)、抗雷暴等適應特殊環(huán)境的風(fēng)電機組。他和團隊成員的每次技術(shù)創(chuàng )新，都為清潔能源的可持續發(fā)展注入了活力。

“隨著(zhù)海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，相信會(huì )有更多機組挺立在大海上，為經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展持續注入綠色能量。”陳棋說(shuō)，他將和團隊成員勇攀高峰，為實(shí)現清潔能源可持續發(fā)展貢獻智慧與力量。

人物剪影

陳棋，運達能源科技集團股份有限公司總工程師，長(cháng)期從事風(fēng)電機組整機設計研發(fā)工作，在實(shí)現國產(chǎn)風(fēng)電機組輕量化、智能化等方面取得系列成果。