浮式能源装备在深海“站稳脚跟”

来源：科技日报

图为“海油观澜号”。受访单位供图

当深远海浮式风电平台遭遇超强台风，会怎样？全球首座水深超过100米、离岸距离超过100公里的“双百”深远海浮式风电平台——“海油观澜号”给出了令人惊叹的回答。当17级超强台风“摩羯”中心经过时，风速超过每秒60米，浪高近两层楼。这座巨大的“不倒翁”不仅稳稳扛住了狂风巨浪，而且在风暴过后，自动检测并迅速恢复并网发电。

“海油观澜号”之所以能在惊涛骇浪中稳如泰山，得益于海洋石油工程股份有限公司（以下简称“海油工程”）牵头研发的一系列浮式能源装备。科研团队历经十余年攻关，形成“深远海漂浮式能源开发装备多体协同设计和智慧运维关键技术及应用”系列成果。近日，天津颁发2025年度天津市科学技术奖，该成果获得科学技术进步特等奖。

“数字排练”找到最优解

深海蕴藏着极为丰富的石油、天然气和风电资源，如何开发这些“蓝色宝藏”？漂浮式能源装备是当前国际上的主流解决方案。它像一个巨大的“不倒翁”，依靠浮体结构与锚链系统的配合，在茫茫大海上“漂”着，既能钻井采油，也能支撑起百米高的风力发电机。

然而面对台风、巨浪，普通船只可以回港避风，能源平台却必须坚守阵地、持续作业。这带来了一个让开发难度呈几何级数增长的世界级难题：能源装备如何在狂风巨浪中站得稳、扛得住？

这项核心技术曾长期被国外垄断，严重制约了我国深海能源的开发步伐。为了打破垄断，海油工程联合国内高校、科研院所及产业链上下游企业，依托重大工程项目，经过十余年持续攻关，最终形成了一批原创性、引领性技术成果，实现了从理论分析、设计方法、技术研发到装备制造、工程应用的全链条突破。

“过去，由于缺少相关技术，设计浮式能源平台的难度，不亚于在没有图纸的情况下造一艘大船，设计周期长、成本高。”海油工程设计院深水设计分院副院长杨亮介绍。为此，团队创新运用人工智能算法，在电脑中为浮式平台搭建起一套“数字孪生”虚拟模型——相当于在动工之前，先做一次完整的“数字排练”。平台哪里受力过大、哪里需要加固，全部一目了然。这样一来，系统设计周期比国际同类项目大幅缩短，关键部位的设计冗余度（即为保障安全而额外增加的材料与结构）降低了30%以上，既节省材料，又保障安全。

平台设计出来了，如何验证它是否真能扛住超强台风？为此，团队建立了一套复杂动力环境下浮式能源开发装备的实验观测技术体系，并在全球首创六轴旋翼无人机模拟动态风载荷技术，实现极端海况复现精度超过90%。海油工程设计院浮体性能专业负责人邓石解释：“简单来说，就是通过软件实时控制无人机旋翼转速，在实验室里精准‘复刻’出17级狂风下风机受到的实时载荷，复现精度超过90%。设计人员可以反复试错，直到找到最优方案。”

除了上述难题，团队遇到的更大挑战在于，预测平台结构在风浪中的受力情况时，传统方法要么算得快但不准，要么算得准但太慢。经过多年攻关，团队成功攻克了结构动力响应预测效率与精度无法兼顾的世界级技术难题，构建起全生命周期安全评估技术体系。相关成果获得挪威船级社、中国船级社等国内外权威机构的一致认可。

“AI工程师”24小时值守

如何确保平台在远离海岸、无人值守的情况下长期安全运行？

团队研发了覆盖极端海况的无人化智能监测与数字孪生平台。“这套系统相当于一位24小时在岗、永不疲倦的‘AI工程师’。”海油工程设计院总工程师李怀亮介绍，他们在平台上布置大量传感器，实时采集振动、倾斜、应力等关键数据，然后通过卫星传回指挥中心。即便在超强台风来袭、人员无法登台的情况下，工程师也能在地面上“把脉”平台结构的健康状况，提前预警潜在风险。

漂浮式风电发出来的电，要接入海上油气田的微电网。过去，风力忽大忽小，容易引起电网频率波动、电压不稳。“我们首创了一套多能源协调控制技术，成功解决了这一难题，让新能源发电的电网消纳比例高达99.8%，几乎每一度风电都被高效利用。”海油工程设计院深水设计分院结构防腐设计部经理张法富说。

目前，项目成果已成功应用于“海油观澜号”“深海一号”“国能共享号”等多个国家重大工程项目，获授权发明专利12项，形成技术标准10部。

其中最引人注目的是“海油观澜号”。投运以来，“海油观澜号”累计发电量已超5100万度，相当于2万多户家庭一年的用电量，每年可减少二氧化碳排放2.6万吨。更重要的是，它在全球率先实现海上风电与海洋油气融合发展，用风电代替燃气轮机发电。这既降低了油气开采的碳排放，又解决了深远海风电独立送出的难题。

李怀亮表示，这项成果不仅为我国深海油气和风电开发提供了可靠装备，也为全球海洋能源开发贡献了“中国方案”。