工人日報-中工網(wǎng)記者 張嬙
水池內(nèi)“波濤起伏”，25臺風機組成的風陣和造波裝置正一起“發(fā)力”，模擬出各種海洋環(huán)境。水池中央的漂浮式海上風電試驗模型置身其中，隨浪漂動。設置于模型上和水池周圍的各類傳感器如同眼睛，“盯著”試驗模型，實時記錄著試驗模型運行姿態(tài)和受力狀態(tài)，并將相關數(shù)據(jù)傳回電腦，供科研人員分析、研究使用……
今年2月，青島深遠海裝備試驗研究中心揭牌成立，其所屬的深遠海裝備水池正式啟用。該水池擁有一流的造風、造波設備，能夠模擬真實的海洋環(huán)境，開展海洋浮式平臺、海上漂浮式風機、深海采礦、潛器等深遠海裝備的水動力學試驗研究和測試，是國際先進的深遠海裝備試驗水池。中心將發(fā)揮深遠海裝備水池的平臺作用，加快深遠海裝備科研成果落地轉化，更好服務青島現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
啟用兩個多月來，水池一直處于高密度運行狀態(tài)，幾乎每天都在進行各類試驗。目前已有多家單位前來洽談、共享使用。
可利用風能超710億千瓦，七成分布于深遠海
全球可利用的海上風能資源超過710億千瓦，其中70%分布于離岸距離超過30公里、水深超過30米的深遠海區(qū)域。深遠海礦產(chǎn)資源同樣非常豐富，主要包括多金屬結核、富鈷結殼和硫化物三大類，開發(fā)利用價值極高。面對豐富的資源，全球各主要國家也正加快研發(fā)深遠海裝備，搶占深遠海資源開發(fā)的先機。
當前，青島正加快建設“4+4+2”現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)體系，布局發(fā)展海洋裝備等新興產(chǎn)業(yè)，謀劃打造海洋風電裝備母港。哈爾濱工程大學、蕪湖造船廠有限公司、中建港航局集團有限公司、青島軍民融合發(fā)展集團有限公司、青島哈船智控科技有限責任公司等單位共同發(fā)起成立了青島深遠海裝備試驗研究中心。該中心聚焦深遠海工程、海上新能源與深海采礦等前沿領域，致力于深遠海裝備技術的突破性發(fā)展，其中深遠海裝備水池便是開展相關技術研究的重要平臺。
該水池是全國乃至全球少有的能夠同時開展水動力學和空氣動力學跨介質(zhì)試驗的水池，具備深遠海裝備測試研發(fā)的能力，具備開展漂浮式海上風電裝備、深海礦產(chǎn)資源開發(fā)、極地冰區(qū)船舶等重大海洋裝備復雜試驗的能力。除了可用于漂浮式風電機裝備研發(fā)，水池還可以開展水下機器人等研制。
既能模擬“超級狂風”，又能實現(xiàn)“和諧海風”
深遠海裝備水池長30米、寬10米、深10米，大小約是五人制足球場的一半。記者在現(xiàn)場看到，一臺約10米高的航車橫跨于水池，航車上“吊著”一塊25平方米的“大塊頭”，這便是由25臺風機組成的風陣系統(tǒng)。
這套風陣系統(tǒng)塊頭很大，卻非常靈活。在現(xiàn)場科研人員的操控下，風陣幾乎可以圍著試驗模型吹風，從而模擬出不同方向吹來的海風。風陣最高能直接吹出8級大風，迎風行走時，人會感覺阻力很大，甚至可能難以站穩(wěn)。
“如果按照模型來推斷，風陣模擬出的風已經(jīng)超過了風力16級或以上?的超強臺風?！鼻鄭u哈船智控科技有限責任公司總經(jīng)理張霖介紹說。此外，風陣系統(tǒng)中的每一臺風機都可以獨立控制、獨立運行，能夠物理模擬出海面上不同高度的風速、風壓差異。模擬出的風環(huán)境更復雜、更細膩，既能實現(xiàn)“超級狂風”，又能實現(xiàn)“和諧海風”。
水池一端的造波裝置開啟后，20個造波搖板如同船槳一樣前后搖動，“海浪”開始由遠及近、由小到大。搖板擺動幅度在加大、頻率在加快，“海浪”越來越高，最高達到了0.8米左右?！皠e看水池浪高只有0.8米，它模擬出的卻是22米高的海浪?！睆埩亟忉尩?。在造波裝置的另一側，消波裝置也開始工作，以減少回波對試驗的影響。
此外，水池還配備有0~9米深度范圍升降調(diào)節(jié)假底。假底主要用于模擬近海到深遠海不同水深的海底，并為錨泊系統(tǒng)提供支撐。水池配有動態(tài)捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、半物理實時仿真系統(tǒng)、各型傳感器及處理系統(tǒng)等系列高精度測量儀器及其輔助設施，這些設備“眼觀六路、耳聽八方”，全面記錄下水池的各項運行數(shù)據(jù)。
聚合產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，加快創(chuàng)新成果轉化落地
傳統(tǒng)的近海風電場多是用海底打樁的方式，在水深小于30米的海域建設，規(guī)模有限，發(fā)展空間易受到擠壓。
深遠海范圍更廣，風能資源更豐富、更穩(wěn)定，正在成為開發(fā)利用海上風電的新熱點?！霸谒畛^30米的深遠海打樁建設風電場，建設難度、成本會大幅增加，漂浮式海上風電就成了新的選擇?！睆埩亟榻B。2022年，工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合發(fā)布《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》，提出重點發(fā)展13兆瓦以上海上風電機組，研發(fā)深遠海漂浮式海上風電裝備。
深遠海漂浮式海上風電裝備通常由風機、塔筒、漂浮式基礎、錨鏈、電纜等多部分組成。目前，我國的海上浮式風電技術與國外同處于起步階段，國內(nèi)僅有極少數(shù)漂浮式海上風電機組實現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，并且是小負荷運轉。
加快深遠海風能資源開發(fā)，青島深遠海裝備試驗研究中心正在利用深遠海裝備水池，研制發(fā)電功率為16兆瓦以上，可布局于水深70米到100米的漂浮式海上風電裝備。
目前水池中央的兩臺試驗模型正在開展耦合試驗，其中漂浮于水中的樣機主要是測試浮體，立在水池平臺上的樣機主要是測試風機。兩個關鍵部分試驗數(shù)據(jù)融合在一起，從而模擬出漂浮式海上風電裝備真實運行情況。待試驗達到理想結果時，兩者會實現(xiàn)真正意義上的合體，從而完成工程樣機的設計。時機成熟后，還會進行小比例樣機示范、全尺寸樣機示范。
在推進漂浮式海上風電裝備產(chǎn)業(yè)化方面，張霖也有十足的信心。青島深遠海裝備試驗研究中心聚合了高校、企業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，將整合關鍵技術研發(fā)、裝備智能制造、工程運維及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等核心要素，推動形成長效、穩(wěn)定的事業(yè)共同體，以海上浮式風電裝備產(chǎn)業(yè)化為目標，形成一整套深遠海漂浮式風電機組基礎設計、制造、運輸與安裝試驗技術，為研制低用鋼量、低成本、高穩(wěn)定性的深遠海超大型漂浮式風電機組提供技術方案，形成系列創(chuàng)新成果與示范應用。
“下一步，我們將更好發(fā)揮深遠海裝備水池平臺作用，實現(xiàn)資源共享，助推青島現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快推動形成海洋新質(zhì)生產(chǎn)力?！睆埩卣f。
來源：工人日報客戶端
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