相比不可再生資源而言，無污染、可再生的風電能源優勢明顯。風電能源主要分為陸上風電能源和海上風電能源兩類。與陸上風電能源相比，海上風電能源具有不佔用土地資源、風速高、運行穩定等優勢。
近日，由我國自主研發的首台深遠海漂浮式風電平台“扶搖號”正式起航，成為我國進軍深遠海能源開發領域的一大“利器”。
首台深遠海漂浮式風電平台“扶搖號”。受訪者供圖
監測系統可保障漂浮式風機在設計壽命期內安全運行
我國沿海某些海域由於地質不適宜打樁施工，受適用條件的限制，研究人員開始研製漂浮式風機，並對適用於更深海域的漂浮式海上風電技術進行了探索。
漂浮式風電平台是漂浮在海面上的平台，利用繫泊或錨固系統在海底進行位置的固定，通過自身重力、繫纜回覆力、結構浮力的平衡來維持海上風電機組基礎結構的穩定性。
哈爾濱工程大學深海工程技術團隊教授曲先強在接受新京報記者採訪時表示，與固定式風機相比，漂浮式風機會隨海浪運動，風機最主要的功能是發電。深海環境惡劣，對風機基礎、海底電纜、海上平台集成等技術也提出了更嚴苛的要求。
此次助力“扶搖號”起航，哈爾濱工程大學深海工程技術團隊承擔了風機一體化結構健康監測系統的研製，曲先強是該項目的負責人。
首台深遠海漂浮式風電平台“扶搖號”正式起航。受訪者供圖
據介紹，哈爾濱工程大學2019年承接國內首套深遠海漂浮式風電平台結構健康動態監測系統研製任務，經過3年努力，完成了“扶搖號”首次全過程動態響應的數據採集任務。
什麼是風機一體化結構健康監測系統？曲先強稱，一體化結構監測，包含了漂浮式風機平台的運動、風機塔架的加速度、塔筒底部的風機載荷、平台波浪的水位、風機腐蝕等。“這一套系統，可以把這些內容都監測到，同時在數據傳輸方面，不同系統間的數據都能同時傳遞，不存在時間差，實現了動態信號與機組主控系統和岸基設備的實時通訊。”曲先強表示。
風電平台的運動和繫泊力會影響風機受風的角度，受風角度的變化會直接影響發電量。風機一體化結構健康監測系統的首要任務就是把風電平台運動的傾角和繫泊纜的受力數值反饋給風機的主控，風機主控再結合風機的實時狀態，進行風機控制，最後讓風機達到最大的發電效率。
漂浮式風電機組開發成本昂貴，若傾斜角度過大，風機受海水浸灌，會對風機機體造成損壞。曲先強告訴記者，該監測系統除了可以獲取平台運動和繫泊參數，從而對葉片和發電機組進行調節控制，達到風機的最大發電量外，還可對平台結構進行實時動態監測，保障漂浮式風機在設計壽命期內安全運行。
遇上台風，風機一體化結構健康監測系統價值就越大
“我們不僅僅只是為了把這颱風機給研製出來，我們也為了以後給研發其他類型風機積累數據和經驗。”曲先強説，為了研製首套深遠海漂浮式風機，研發人員做了很多仿真計算和系統研發。
記者瞭解到，該監測系統由運動監測系統、氣隙監測系統、腐蝕監測系統等10個子系統集成。深海工程技術團隊聯合水聲學院、材料化學學院、信通學院等相關團隊共同攻關，使系統國產率達到100%。
團隊成員在現場佈置測試線路。受訪者供圖
“每一個子系統在國內都有科研人員做過，但合成一個系統並應用到漂浮式風機後就完全不一樣了，複雜程度和要求也大不相同。”曲先強解釋，風機在正常運行時會提供電力，然而一旦碰上台風，電力將會被切斷，此時對於整個漂浮式風電平台的監測就會變得困難，但風機一體化結構健康監測系統，能在這種情況下，進行正常監測記錄數據。“越是颱風來的時候，我們這套系統發揮的價值也就越大。”
在全球已建成和正在開發的漂浮式項目中，歐洲佔據主導地位。曲先強坦言，我國對於漂浮式風機的研發還處在初步階段，關鍵技術的自主研發尤為重要。基於這種情況，為了規避國外關鍵技術控制，研發團隊從項目開始，就決心自主研發。自主研發的監測系統，從通訊協議、數據傳輸速率等方面，都實現了 100%國產化。
據曲先強介紹，今年5月系統開始安裝調試，團隊要在72小時內佈置完成所有測點，包括約2000米量級的數據線佈置和連接、子系統現場調試、整體系統聯調、優化算法、升級軟件系統、數據傳輸對接等一系列工作。
為了保障系統安裝調試順利進行，團隊提前籌備，有實戰經驗的成員為進入現場的技術團隊開展試驗儀器遠程培訓，通過一個月的準備，團隊掌握了測試的操作流程和關鍵節點。
在“扶搖號”的總裝、拖航、海上安裝和系統調試過程中，團隊成員連續堅守14個日夜，獲得了第一手深遠海浮式風電裝備的實測數據，填補了我國深遠海浮式風電領域數據空白，為“扶搖號”順利運行保駕護航。
據悉，“扶搖號”漂浮式風電平台是中國海裝牽頭承擔的深遠海漂浮式海上風電成套裝備示範工程。該項目涉及海上漂浮式風電裝備總體設計、繫泊系統設計、製造與調試等，能夠抵禦我國海域五十年一遇的海況。
新京報記者 張建林
編輯 陳靜 校對 劉軍