海上发电、海下养鱼，广州团队为漂浮式风电装上“定海神针”

近年来，广东海上风电产业迅速发展，已形成“研发—制造—安装—运维”全链条能力，全省海上风电总装机规模突破1200万千瓦，跃居全国首位。

不久前，在阳江市离岸70公里、水深超50米的一片海域，全球首台16兆瓦漂浮式海上风电成套系统示范应用工程项目“三峡领航号”正式完成安装并开始发电。传统的固定式海上风电较适合浅海区域，在台风肆虐的南海，巨型风机该如何稳稳扎根深海、迎风发电的呢？

华南理工大学海洋科学与工程学院副院长、教授樊天慧带领团队提出了适合南海漂浮式风电装备的锚泊系统设计方法，为中国首台漂浮式风电系统装备“三峡引领号”等多个漂浮式风电工程项目建设提供了关键技术支持。

华南理工大学海洋科学与工程学院副院长、教授樊天慧 图源：广东科技报

研发愿景

向深远海要能源

传统的海上固定式风电装备需要在海底建造支撑基础，之后再在基础上安装塔筒和风机等发电设备。在浅海，这样的方式成本相对较低，可一旦水深超过50米，再想建这类风电装置，成本和风险就会大幅提升。这也导致我国大部分海上风电设备建设在沿海浅滩，难以向深远海进发。

而漂浮式风电技术则是固定式风电技术的重要补充，可适应50米到200米水深，大幅提升海上风电的覆盖范围。漂浮式风电的核心是几条柔性的“大绳子”，即锚泊系统。锚泊系统一端连接海底，另一端连接海面上的漂浮式平台，确保在狂风巨浪下平台姿态保持稳定。这几根“绳子”讲究的是“太极功夫”，柔中带刚。“绳子”过硬无法卸力，风电设备会不断遭受风浪冲击，容易出现损坏，大幅降低使用寿命，“绳子”过软又会对海缆造成较大的安全隐患。

樊天慧介绍，漂浮式风电技术已在欧洲应用。“但我们在南海面临的是和英国等国家完全不同的海洋和气候环境。在南海，台风是家常便饭，海况和海底地形也比欧洲复杂很多。因此，我们的漂浮式风电技术研发难度远高于欧洲。”

“虽然当时困难重重，但总得有第一个吃螃蟹的人。”樊天慧说，“海上风电是新能源的核心方向之一，也是广东打造‘海上新广东’的重要支撑。漂浮式风电则是海上风电的关键技术储备。我们要建设海洋强国，向海洋获取能源、资源，不可能永远停留在浅海区域，必须要往深远海发展。”

2026年广州“科学家故事会”现场，华南理工大学海洋科学与工程学院副院长、教授樊天慧讲述团队科研故事。

技术突破

先进算法让锚泊系统练出“太极功”

2018年起，樊天慧等科研人员联合相关单位，开展漂浮式风电的科研攻关，重点研发其中可抗强台风的锚泊系统。项目之初，樊天慧入选了广州市科协首届青年人才托举工程，在科协和学校的支持下，团队全员日夜攻坚。

示意图 图源：广州日报

团队在学校实验室内进行了大量仿真模拟实验。据介绍，华南理工大学拥有先进的边界层风洞实验室，为实验提供了重要支撑。这一风洞设备于2013年建成，可以模拟各类近地强风，测试强风对设备造成的影响。在漂浮式风电的水下部分，团队则利用六自由度装置来控制半潜式平台，模仿波浪起伏对平台的影响。这样一来，团队就可以在实验室里同时验证狂风巨浪对漂浮式风电装置的影响。

“为了让实验室环境接近真实工况，团队还研发了气动力载荷全过程动力等效的漂浮式风电混合模型实验方法，首次开发了风驱叶轮的实验装置，从物理过程上等效模拟了漂浮式风电的发电过程，实现了漂浮式风电气动、水动耦合的高精度仿真和模拟。”樊天慧说。

通过实验，团队深入探索了漂浮式风电锚泊系统的强非线性耦合动力学特征，并积累了海量数据。团队摆脱了传统反复试错的设计模式，通过智能算法，自主研发出一套锚泊系统优化设计软件，“在这套软件诞生前，工程师只能依靠自身经验，按照设计参数手算，判断锚泊系统的极限强度是否满足参数要求，是否最经济。整个过程通常要一个多月。如今，使用我们的软件，仅需几个小时即可设计出既有安全度又有经济性的锚泊系统。”

功夫不负有心人。2021年12月，中国首台海上漂浮式风电装备“三峡引领号”顺利并网发电，全球首次将漂浮式风电应用于强台风区域。

三峡引领号

三峡引领号 图源：广州日报

全球首次——2021年12月，由樊天慧团队参与设计的中国首台海上漂浮式风电装备“三峡引领号”顺利在阳江并网发电——这也是全球首次将漂浮式风电设备应用于强台风区域。

钢链锚定——在“三峡引领号”等漂浮式风电装置上，半潜式平台的水平面呈三角形，平台上方安装风机叶片等设备，三角形的每个角都被几条“大绳子”绑住。这些“大绳子”是一种经特种加工的钢链，当三角形的一个角受到波浪抬起时，绳子就可以把这个角往回拽，从而使整个平台保持平衡。

抗击台风——“‘三峡引领号’能够抵御17级强台风，可抗50年一遇的巨浪，这种巨浪的浪高最高可达20米。”樊天慧介绍，在并网发电的4年多时间，身处阳江的“三峡引领号”已经历数次台风的正面袭击，但都安然无恙。目前，在该项目示范带动下，一批漂浮式发电项目正在我国海域铺开。

三峡领航号

三峡领航号 图源：央视新闻

全球单机容量最大——今年全球单机容量最大16兆瓦漂浮式海上风电平台——“三峡领航号”在广东阳江海域完成安装。“三峡领航号”搭载的风机叶轮直径252米，扫风面积约5万平方米，相当于7个标准足球场面积。同样，“三峡领航号”也可以抗击17级台风的侵袭。

综合成本更具优势——“这些漂浮式风电的设计寿命为25年，通常10至12年业主即可收回成本。”樊天慧介绍，一旦水深超过50米，漂浮式风电在成本上就比固定式风电更具优势。

我国首套海域天然气水合物

综合增产设备研制成功

除了海上风电这类能源，我国南海的可燃冰储量同样非常丰富，广州海洋地质调查局先后在2017年和2020年成功完成了我国两轮南海海域的可燃冰试采。其中，2017年的首轮试采创造了试采时长和产气总量两项世界纪录，第二轮试采刷新了日均产气量和产气总量的世界纪录。

近日，广州海洋地质调查局在天然气水合物储层增产改造关键技术装备领域取得重要进展，成功研制国内首套综合增产设备“天然气水合物综合增产橇”。

内部结构实物图 图源：广州海洋地质调查局

该套设备以实现增产改造全流程的自动化、数字化为核心目标，主要由混砂增压泵、自动混浆泵及配套软件系统构成，可实现增产改造工作液的自动添加、实时计量与均匀混配，并支持远程操控与现场手动控制两种作业方式，推动施工作业由传统人力依赖模式向自动控制模式转型。设备整机采用框架式撬装结构，动力系统全部由柴油机提供，结构紧凑、集成度高，可完成水力压裂、脉冲加砂、泡沫酸化、喷砂割缝、挤压扩容、劈裂注浆、泡排抽吸、诱导扩腔等一系列施工作业，覆盖当前油气行业绝大部分储层增产改造场景，能够为天然气水合物各类开采技术的工程验证提供关键技术支撑。

下一步，研究团队将依托陆上和海上试验项目，加快关键技术装备的攻关、验证与应用，为天然气水合物产业化开发提供坚实装备保障。

向海而行，向海而兴，广州未来可期！

参考来源

广东科技报《樊天慧：支撑漂浮式海上风电实现零的突破》

https://mp.weixin.qq.com/s/DUncHs8UFDXjV0Y9ggwINQ

广州日报《海上发电、海下养鱼，广州团队为漂浮式风电装上“定海神针”》

https://mp.weixin.qq.com/s/5iIqf57cL7fZ27K5KKkX2Q

广州海洋地质调查局《我国首套海域天然气水合物综合增产设备研制成功》

https://mp.weixin.qq.com/s/61erhZjwKDH1uqMxBkwmhA