金秋送爽，丹桂飄香。2024年9月21日，第四屆中國深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電大會(huì)在江蘇鹽城舉辦，三百多位專家學(xué)者、企業(yè)代表、行業(yè)同仁齊聚一堂，開啟一場(chǎng)關(guān)于深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新的智慧盛會(huì)。中國海洋工程咨詢協(xié)會(huì)海上風(fēng)電分會(huì)翟恩地主持大會(huì)，并作圓桌論壇引導(dǎo)發(fā)言，與在場(chǎng)嘉賓探討深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電發(fā)展與挑戰(zhàn)。作為風(fēng)電知名專家，翟恩地博士在圓桌論壇引導(dǎo)發(fā)言中，揭示了漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的十大痛點(diǎn)，并通過深入剖析，為未來漂浮式海上風(fēng)電的創(chuàng)新和研究指明了方向。

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(yuǎn)海海上風(fēng)電的發(fā)展，恰似這股自然之力，雖始于細(xì)微，卻蘊(yùn)含著改變世界能源格局的磅礴力量。深遠(yuǎn)海區(qū)域擁有豐富的風(fēng)能資源，我國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電資源潛力巨大。世界銀行測(cè)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(yuǎn)海海域；國家氣候中心評(píng)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(yuǎn)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(dòng)能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)達(dá)成提供支撐，意義重大。

但深遠(yuǎn)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(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)維提出了極高的要求，在面對(duì)極端海洋環(huán)境考驗(yàn)時(shí)，如何打造卓越的技術(shù)實(shí)力提升風(fēng)機(jī)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(hù)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(yuǎn)海海上風(fēng)電發(fā)展的必然選擇。可以說，漂浮式風(fēng)電的技術(shù)發(fā)展，決定了深遠(yuǎn)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(duì)漂浮式風(fēng)電技術(shù)十分敬畏，因?yàn)樗羌諝鈩?dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、巖土動(dòng)力學(xué)、復(fù)合材料、機(jī)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(diǎn)。因此，亟需識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)痛點(diǎn)，迎難而上，為技術(shù)攻關(guān)理清頭緒。

02提綱而眾目張，振領(lǐng)而群毛理

翟恩地博士以“整機(jī)設(shè)計(jì)、環(huán)境輸入、機(jī)組系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、測(cè)試驗(yàn)證”的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要素為主線，揭示并剖析漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的十大痛點(diǎn)。筆墨不多，卻提綱挈領(lǐng)、高度凝練、洞悉深刻。十大痛點(diǎn)既是技術(shù)瓶頸，更是推動(dòng)漂浮式風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵研究領(lǐng)域。

痛點(diǎn)一為“一體化仿真與設(shè)計(jì)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(qiáng)度分析時(shí)，尚未具有高效、全耦合、一體化設(shè)計(jì)方法；不同學(xué)科團(tuán)隊(duì)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(shí)缺乏行業(yè)共識(shí)的高精度、高效的實(shí)踐作法。

痛點(diǎn)二為“長(zhǎng)柔葉片的氣動(dòng)彈性問題尤為突出”，體現(xiàn)在：漂浮式風(fēng)機(jī)六自由度平臺(tái)的低頻運(yùn)動(dòng)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(xiǎn)；傳統(tǒng)葉素動(dòng)量理論（BEM）在應(yīng)對(duì)漂浮式風(fēng)機(jī)被動(dòng)偏航、對(duì)風(fēng)不準(zhǔn)確等工況時(shí)，存在推力修正誤差，局限性凸顯；漂浮式機(jī)組采取各類抗臺(tái)手段時(shí)，尾緣均處于特殊的入流狀態(tài)，難以快速精準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估。

痛點(diǎn)三為“耦合動(dòng)力學(xué)仿真中的水動(dòng)力挑戰(zhàn)”，即：隨著漂浮式風(fēng)機(jī)的大型化，現(xiàn)有仿真方法難以應(yīng)對(duì)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(dòng)力載荷的粘性以及非線性成分增加，勢(shì)流理論的基本假設(shè)條件不再適用；同時(shí)，隨著機(jī)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(duì)整機(jī)模態(tài)及水動(dòng)力載荷的影響。

痛點(diǎn)四為“浮式基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)尚未實(shí)現(xiàn)一體化”，體現(xiàn)在：浮式基礎(chǔ)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)冗余和不確定性；目前成熟的浮體方案成本較高，難以實(shí)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(dá)成共識(shí)；此外，還需考慮如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)浮體輕量化和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及如何在前端設(shè)計(jì)、后端制造、組裝效率間取得平衡。

痛點(diǎn)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(jì)的多樣化使得降本變得更加復(fù)雜，業(yè)內(nèi)仍缺乏針對(duì)漂浮式風(fēng)機(jī)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(duì)較高，新型系泊組件、系泊材料等尚未經(jīng)過充分驗(yàn)證的降載與低成本解決方案，推廣應(yīng)用難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

痛點(diǎn)六為“動(dòng)態(tài)纜設(shè)計(jì)復(fù)雜且面臨巨大壓力”，即：漂浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)海纜傳輸功率高、偏移量大、動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)急劇增大附件設(shè)計(jì)難度，海生物附著嚴(yán)重制約電纜構(gòu)型。

痛點(diǎn)七為“葉輪、傳動(dòng)鏈與塔架的耦合振動(dòng)難以規(guī)避”，體現(xiàn)在：當(dāng)前的漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)仍基于固定式風(fēng)機(jī)方案，只是結(jié)合浮體特性與風(fēng)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，葉片、傳動(dòng)鏈、塔架振動(dòng)頻率、葉輪轉(zhuǎn)速頻率避開共振的設(shè)計(jì)更加困難；受浮體運(yùn)動(dòng)影響，塔架的承載要求大幅提高，剛性-剛性設(shè)計(jì)導(dǎo)致塔架用鋼成本顯著增加；針對(duì)不同于當(dāng)前風(fēng)機(jī)架構(gòu)的漂浮式風(fēng)機(jī)，性能和成本優(yōu)勢(shì)也尚未得到明確論證。

痛點(diǎn)八為“閉環(huán)控制的穩(wěn)定性難題”，體現(xiàn)在：漂浮式風(fēng)機(jī)浮體縱搖與葉片變槳耦合失穩(wěn)問題；葉片變槳帶來的負(fù)阻尼效應(yīng)，引發(fā)漂浮式風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)的失穩(wěn)問題。

痛點(diǎn)九為“水池縮尺試驗(yàn)的局限性”，體現(xiàn)在：水池縮尺試驗(yàn)是漂浮式風(fēng)機(jī)的重要驗(yàn)證手段，但由于氣動(dòng)雷諾數(shù)、水動(dòng)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(yàn)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(diǎn)十為“遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和機(jī)組可靠性驗(yàn)證不足”，體現(xiàn)在：隨著風(fēng)機(jī)逐步部署在深遠(yuǎn)海區(qū)域，可達(dá)性差、非計(jì)劃運(yùn)維多，且遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的難度不斷增加；大型化海上風(fēng)電機(jī)組正經(jīng)歷著快速迭代發(fā)展的階段，但許多新設(shè)計(jì)、新工藝還沒有得到長(zhǎng)時(shí)間充分驗(yàn)證，機(jī)組可靠性驗(yàn)證不充分。

翟恩地博士做題為《漂浮式海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)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(jī)的技術(shù)痛點(diǎn)、瓶頸、難題客觀存在，但挑戰(zhàn)和機(jī)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(dòng)漂浮式風(fēng)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。針對(duì)漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的十大痛點(diǎn)，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(duì)痛點(diǎn)一“一體化仿真與設(shè)計(jì)工具鏈仍不完善”痛點(diǎn)，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(jì)工具；加強(qiáng)不同仿真工具之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)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(chǎng)景，合理選擇和搭配不同精度的仿真工具。

針對(duì)痛點(diǎn)二“長(zhǎng)柔葉片的氣動(dòng)彈性問題尤為突出”，提出：未來的研究方向應(yīng)著重于改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論，特別是提升葉輪在復(fù)雜工況下的響應(yīng)能力；同時(shí)，優(yōu)化傳統(tǒng)的葉素動(dòng)量理論，針對(duì)高誘導(dǎo)因子和漂浮式風(fēng)機(jī)的特殊對(duì)風(fēng)工況，開發(fā)更加精確的統(tǒng)一動(dòng)量理論仿真工具和評(píng)估方法。

針對(duì)痛點(diǎn)三“耦合動(dòng)力學(xué)仿真中的水動(dòng)力挑戰(zhàn)”，提出：未來的研究方向應(yīng)包括更高階的計(jì)算流體動(dòng)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(píng)估風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和水動(dòng)力載荷；同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)合的方式，進(jìn)一步優(yōu)化浮體設(shè)計(jì)，以減少其對(duì)整機(jī)模態(tài)的影響。

針對(duì)痛點(diǎn)四“浮式基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)尚未實(shí)現(xiàn)一體化”，提出：未來的研究應(yīng)加速開發(fā)全耦合的強(qiáng)度分析方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、浪、流多重載荷的一體化計(jì)算；同時(shí)，推動(dòng)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(qiáng)度的前提下，尋求輕量化和成本控制的平衡，推動(dòng)浮式基礎(chǔ)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

針對(duì)痛點(diǎn)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(jì)，特別是針對(duì)不同水深和環(huán)境條件下的優(yōu)化方案；開展針對(duì)系泊系統(tǒng)失效概率的深入分析，并通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，驗(yàn)證新型系泊材料的耐久性與強(qiáng)度，從而為低成本、長(zhǎng)壽命的系泊方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

針對(duì)痛點(diǎn)六“動(dòng)態(tài)纜設(shè)計(jì)復(fù)雜且面臨巨大壓力”，提出：未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)動(dòng)態(tài)纜疲勞載荷的研究，開發(fā)更加耐用的附件設(shè)計(jì)和防護(hù)技術(shù)，以應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)；針對(duì)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(dòng)態(tài)纜的長(zhǎng)期可靠性。

針對(duì)痛點(diǎn)七“葉輪、傳動(dòng)鏈與塔架的耦合振動(dòng)難以規(guī)避”，提出：未來行業(yè)應(yīng)加大對(duì)浮體特性與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耦合振動(dòng)的研究力度，通過更精準(zhǔn)的動(dòng)力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，來減少振動(dòng)影響；此外，還需針對(duì)新型風(fēng)機(jī)架構(gòu)，如多葉輪、兩葉片、下風(fēng)向風(fēng)機(jī)等，開展更多實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證其潛在優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用可行性。

針對(duì)痛點(diǎn)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(jìn)的閉環(huán)控制算法，增強(qiáng)平臺(tái)的穩(wěn)定性；通過引入新的傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并結(jié)合前饋控制算法和高級(jí)降載技術(shù)，以更有效地抑制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。

針對(duì)痛點(diǎn)九“水池縮尺試驗(yàn)的局限性”，提出：未來的研究應(yīng)結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）和勢(shì)流理論，開發(fā)更為精確的混合模型試驗(yàn)方法，以提高氣動(dòng)和水動(dòng)力載荷的模擬精度；同時(shí)，行業(yè)應(yīng)投入更多資源，建設(shè)先進(jìn)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(jī)控制和動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試提供更逼真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

針對(duì)痛點(diǎn)十“遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和機(jī)組可靠性驗(yàn)證不足”，提出：未來的研究應(yīng)加強(qiáng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的故障預(yù)測(cè)和診斷；同時(shí)，行業(yè)還需加快機(jī)組可靠性驗(yàn)證工作，特別是在極端海況下，通過長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)積累，建立可靠的性能評(píng)估體系，確保風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

04立志欲堅(jiān)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(duì)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(shí)現(xiàn)漂浮式風(fēng)電的商業(yè)化。同時(shí)呼吁風(fēng)電行業(yè)必須加強(qiáng)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(tái)和合作模式，吸引更多科學(xué)家、工程師團(tuán)隊(duì)和企業(yè)共同攻堅(jiān)克難，推動(dòng)漂浮式風(fēng)機(jī)從技術(shù)探索走向商業(yè)化、規(guī)模化，推動(dòng)深遠(yuǎn)海風(fēng)電向更安全、更高效、更可持續(xù)發(fā)展。