海上巨无霸！16.6MW漂浮式风电平台“明阳天成号”扬帆“远航”
发布日期：2024/8/14
海上巨无霸、全球单体容量最大的16.6MW漂浮式风电平台“明阳天成号”，8月11日从黄埔文冲造船厂码头出发，将用三天时间拖航至广东阳江海域，总航程约191海里。安装、调试、正式运营后，预计平均每年可发电约5400万度，能满足3万户三口之家一年的日常用电。
当一切稳定之后，未来在深远海将有更多的“大风车”，挖掘大自然的潜能，照亮这个世界。
深远海风电本是一个技术“无人区”，目前全球鲜有企业在这片荒漠中探索。明阳在五年前开始投入研发，通过把无数个不可能变为可能，最终创造了多个全球“首创”，这才有了今天“明阳天成号”的远航。作为全球风电的首个“远航”项目，“明阳天成号”已经引起全球关注。
绿色能源替代传统能源，这是一个不可逆的历史进程。就风能而言，海上相比陆地风速更稳定、空气密度更高，所以具备更好的利用率。但是，在海上建设“大风车”的难度要远大于陆地。所以，我们看到风电发展的进程是先开发陆地，然后再开发浅海。随着技术的创新，如今正在逐渐走向深远海。
地球71%的面积都是海洋，而近海风电开发只占到海洋资源不到0.5%。这也就意味着，还有99.5%海洋资源有待开发。而要开发深远海资源，则要闯过更多的技术难关。
“更多的深远海资源就闲置在那里。但要开发深远海资源，有两个比较迫切的问题需要进行解决，一是成本，二是稳定。”五年前，陈发桥带着项目组开始攻关，他们的底气，来自于明阳在风电领域的技术积累以及多项全球领先的创新。
“明阳天成号”为什么会引起全球的关注？因为无论是哪个国家或者哪个企业，如果能够率先突破以上两点，在控制住成本的同时，还能保证稳定地输出，那就是占到了深远海风电开发的最前沿。显然，这一次明阳走到了前面。
据陈发桥介绍，未来随着批量投产之后，成本还有望进一步降低。同时，通过模拟测试，这台漂浮式风机可以抗住17级台风，运行的稳定性大大提升。
来，让我们看看这个大风车到底是什么样的？
如下图，两座塔筒呈“V”字形排列、搭载两台8.3兆瓦海上风机，总容量达到16.6兆瓦，可应用于水深35米以上的全球广泛海域。其叶轮最高处达219米，空中最大宽度约为369米。整座风电平台排水总量约1.5万吨，整体拖航设计吃水5.5米。
【新技术】
一是采用超紧凑结构。搭载两台精美小巧的风机，重量相较传统风机下降15%~20%。事实上，超紧凑结构使得生产、安装、运输、占地等一系列成本相应下降，未来进入批量生产之后，成本优势也更明显。两个叶轮的叶片尖端之间只间隔5米，这样的极限设计，是综合考虑叶轮间距、风能利用效率和“V”型塔筒夹角之后的最优解。不仅确保了叶轮之间的安全距离，还能实现最大化的捕风率。
二是下风向技术。风机先从机舱吹过来，再吹到叶轮。这样的设计叶片可以更柔一些，有利于抗台风，对于稳定性有很大的帮助。
三是单点系泊技术。在锚链的牵引下，它能够根据台风的方向进行自适应的偏航调整——台风吹向哪，“明阳天成号”就转向哪，让风轮始终正对来风方向。能抗17级台风，单点系泊技术是一个关键。数据显示，单点系泊方案使支撑结构极限载荷降低40%，从而提高了风机在台风天气中的安全性和稳定性。这一技术的应用，推进了海洋能源装备和工程装备岸上作业的标准化与高效化。
四是半实物仿真技术。“明阳天成号”不同于传统的单风机，两个风机如何控制、效率最大化？通过数字孪生，半实物仿真进行优化，以实现最优解。
【新结构】
首先，是塔筒和基础的结构创新。两座塔筒以“V”字型排列，浮式基础是“Y”字型结构，无论是“V”还是“Y”，都是全球首个。在“V”字型塔筒上，两台主机、两个叶轮“并排”而立。“明阳天成号”扫风面积超5.2万平方米，相当于7个标准化足球场。以一个漂浮式基础搭载两台风机，可以有效减少单位千瓦造价、用海面积和运维成本。
其次，是拉索的结构创新。借鉴桥梁的拉索，但又比其更复杂、更精准，“明阳天成号”巧妙利用塔架系统空间结构，借鉴并成功应用全球最大的高应力幅钢绞线成品拉索体系。13根主拉索和6根辅拉索用于绷紧主机、塔架与漂浮式基础，使风机组各部件之间形成稳定的张紧系统。这个接索系统的优势是塔架重力载荷可分散至拉索，塔架只承担部分叶轮载荷，那么塔架所用的材料相应也能节省很多。也就是说，更稳、更轻、更省。
【新材料】
叶片采用碳玻混材料，即碳纤维和玻璃纤维的混合材料。碳纤维轻且刚性好，但是现在受限于产能，价格比较高，接近玻璃纤维的10倍。将两种材料混合，重量下降10%~20%的同时，成本也下降6%以上，结合了两种材料的优势，达成一种最佳平衡。
传统浮筒采用纯钢结构或钢混结构，而“明阳天成号”首创性地采用“玻璃纤维外壳+XPS芯材+防护涂层材料”多种材料组合的方案制造浮筒。这个方案有三大好处：第一是浮力更大，比传统的钢桶提升20%~30%。第二是更容易实现浮筒曲面外形的要求。第三是三个浮筒均为流线椭球形，迎浪时所遇到的波浪阻力较小，还可以提供一定的横向转动的偏航动力，更有利于稳定性。
最重要的一个是基础浮体的材料创新。传统浮式基础一般采用钢结构，而“明阳天成号”首次采用抗压能力达到115兆帕以上超高性能混凝土材料。在研发初期，这一大胆的想法，曾被认为是“不可能实现”的，但通过团队的技术攻关，最终成功实现。这种混凝土材料强度达到普通混凝土的4倍左右，大大增加了浮式基础结构的承载能力。同时，浮式基础采用预应力高强混凝土装配式结构，由此实现了模块化设计和批量制造，大大降低了基础建造成本。而且相比传统的钢材料，成本只有十分之一左右。
还有一个创新是缆绳，明阳是全球第一家采用尼龙缆的，这自种从英国进口的材料刚度小，在受力的时候可以吸引一部分能量，更有利于稳定。此外，因为系泊半径小、缆绳数量少，成本也大幅下降。
【新工法】
海上风机是一个非常宏大的建筑，一个个模块要在漂浮的海面上完成安装，这是一个巨大的挑战。“明阳天成号”的安装历时一年多，边安装、边摸索、边总结、边创新，最终沉淀出一套非常独创性的工法。
比如，混凝土预制件的施工工艺上，明阳借鉴了港珠澳大桥的沉箱预紧技术、混凝土预制件的接口密封和预应力张拉工艺。同时，约1500根钢绞线从浮体臂中穿过，在浮体建设过程中不仅要控制张拉力，更要保证在张拉过程中端面均匀受力。
再比如风机的吊装需要精准对接，在漂浮的水面施工非常难。安装第一个风机的时候用了8个小时，通过第一次安装总结工法，第二个只有1小时就完成了安装，效率大大提升。
在以上四个维度的创新之外，还有很重要的一点就是智能化。AI作为新质生产力，也将助力清洁能源的发展，特别是走向深远海这样的技术跨越，更需要AI的加持。
借助于先进的人工智能物联网、认知计算技术和数据科学的融合创新，“明阳天成号”具备卓越的环境感知能力、数据驱动的智能分析、精准决策制定以及全面的安全防护能力。这些创新技术的结合，可为“明阳天成号”提供敏锐的洞察力和高效的应对策略。
“明阳天成号”安装有超过3000个智能感应器，除传统的大部件监测传感器外，还配备惯导波浪监测、阴极保护、应力监测、螺栓载荷、高压柜气体监测、浮筒破损监测、防雷监测、自动消防等系统，通过视频、图像、音频、位移、温度、振动、应力、电压、电流、风速、风向等多传感器数据融合技术，可实时感知2000多个零部件运行状态。
借助明阳首创的全态势健康管理模型， “明阳天成号”可实现对不同部件的智能化健康管理。该模型不仅能对风机进行智能预警、健康监测，还能通过可靠性评估及预测、故障树分析等来评估机组的整体状态。在AI大数据分析方法的支撑下，机组综合状态评价精度可达90%以上。
“明阳天成号”还采用了模拟仿生算法和人工智能算法。通过一系列智能策略，如姿态压载控制、尾流控制、智能偏航校正、激光雷达前馈控制，以及基于多目标潮流计算的能量协同控制等，它能够灵活应对气候、季节等复杂多变的环境条件，实现自主调节控制参数和策略，从而最大程度提升发电性能。
回看陈发桥总结的四大创新，所有创新都在围绕成本和稳定两大目标进行。从成果来看，“明阳天成号”不仅推动了风机外观的革新，更在实质上推动了风机设计与制造的精进，让深远海风电成为可能。
从风电抗台风技术领创，到海上大兆瓦机组引领，再到深远海漂浮式风机领航，明阳集团不断在海上风电技术创新浪潮赶超自我的过程，代表了中国风电技术不断创新、超越的态度。从模仿到跟随再到超越。“明阳天成号”的出海，也意味着中国在深远海风电领域已经越人一步。
而随着“明阳天成号”被拖离黄埔码头，其也将接受大自然的真正考验。与此同时，明阳没有停步，陈发桥透露：下一代技术已在开发中……
来源：懂懂笔记
