7月3日，隨著第二個葉輪與輪轂精準對接，全球單體容量最大的漂浮式風電平臺“OceanX明陽天成號”（下稱“明陽天成號”）在中船黃埔文沖船廠正式完成安裝，為人類探索海洋能源再啟全新篇章。
這臺呈“V”字型排列、搭載兩臺8.3兆瓦海上風機的漂浮式風電平臺由明陽集團自主研制，總容量達到16.6兆瓦，可應用于水深35米以上的全球廣泛海域。
“明陽天成號”葉輪最高處達219米，空中最大寬度約為369米。整座風電平臺排水總量約1.5萬噸，整體拖航設計吃水5.5米。據測算，“明陽天成號”正式投運后，平均每年可發(fā)電約5400萬度，能滿足3萬戶三口之家一年的日常用電。
高端材料創(chuàng)新性應用，造就“黑科技”浮式基礎
風機樣式的創(chuàng)新，需要以各核心部件技術的創(chuàng)新與升級為支撐?！懊麝柼斐商枴辈粌H推動了風機外觀的革新，更在實質上推動了風機設計與制造的精進。
浮式基礎是漂浮式風機在深遠?！鞍采砹⒚钡年P鍵部件。和傳統鋼結構的浮式基礎不同，“明陽天成號”的浮式基礎由三個浮筒、混凝土臂和連接件組成。
“明陽天成號”首次采用抗壓能力達到115兆帕以上超高性能混凝土材料來進行浮式基礎的制造，這種混凝土材料強度達到普通混凝土的4倍左右，大大增加了浮式基礎結構的承載能力。同時，浮式基礎采用預應力高強混凝土裝配式結構，由此實現了模塊化設計和批量制造，大大降低了基礎建造成本。
混凝土預制件的施工工藝上，明陽借鑒了港珠澳大橋的沉箱預緊技術、混凝土預制件的接口密封和預應力張拉工藝。同時，約1500根鋼絞線從浮體臂中穿過，在浮體建設過程中不僅要控制張拉力，更要保證在張拉過程中端面均勻受力。
“明陽天成號”還實現了浮筒創(chuàng)新。傳統浮筒采用純鋼結構或鋼混結構，而“明陽天成號”首創(chuàng)性地采用“玻璃纖維外殼+XPS芯材+防護涂層材料”多種材料組合的方案制造浮筒。此方案不僅可以降低浮筒重量，還能滿足浮筒曲面外形的要求。三個浮筒均為流線橢球形，迎浪時所遇到的波浪阻力較小，還可以提供一定的橫向轉動的偏航動力。針對浮筒外形進行的深度驗證與測試顯示，流線橢球形的設計實現了整體穩(wěn)性與載荷的最佳平衡。
值得一提的是，以一個漂浮式基礎搭載兩臺風機，可以有效減少單位千瓦造價、用海面積和運維成本。
風機形態(tài)極致進化，助力海上巨人“更輕更穩(wěn)”
在強大浮式基礎的支撐下，“明陽天成號”風電平臺的兩座塔筒以“V”字型排列，這也是全球首臺在一個浮式基礎上安裝兩座塔筒的海上風電平臺。
“明陽天成號”的塔筒為長橢圓形，這樣的設計使塔筒的長軸面受風面積遠大于短軸面，當風向和風電平臺出現一定夾角時，塔筒受風面積增大，因此可以更快地對風，從而提升風能利用效率。
塔筒內部還安裝了電梯及階梯踏板兩用通道，能夠保證工作人員上下主機的舒適度。
在風機形態(tài)的進化之外，明陽還拓展拉索系統應用邊界，在全球范圍內首次給風機安裝拉索系統。
“明陽天成號”巧妙利用塔架系統空間結構，借鑒并成功應用全球最大的高應力幅鋼絞線成品拉索體系。13根主拉索和6根輔拉索用于繃緊主機、塔架與漂浮式基礎，使風機組各部件之間形成穩(wěn)定的張緊系統。拉索系統的設計還改變了傳統風機載荷傳遞路徑——傳統風機的葉輪載荷及塔筒重力載荷通過塔架傳遞至基礎。而“明陽天成號”由于采用了拉索系統，塔架重力載荷可分散至拉索，塔架只承擔部分葉輪載荷。由此得以使塔架載荷大大降低，從而保證了塔架結構的輕量化設計。
要把這些約200米長、直徑18厘米的拉索巧妙的連接在風機、塔筒與浮體之間，需要通過分級預緊、多維監(jiān)測、同步張拉等手段，才能使13根主拉索同時達到各自預緊力設計要求，并讓主纜最大預緊力達到350噸。
全球首創(chuàng)雙葉輪、雙主機設計，
實現捕風能力的“最優(yōu)解”
在“V”字型塔筒上，兩臺主機、兩個葉輪“并排”而立。“明陽天成號”掃風面積超5.2萬平方米，相當于7個標準化足球場。
兩個葉輪的葉片尖端之間只間隔5米，這樣的極限設計，是綜合考慮葉輪間距、風能利用效率和“V”型塔筒夾角之后的最優(yōu)解。不僅確保了葉輪之間的安全距離，還能實現最大化的捕風率，以及“V”型塔筒結構的穩(wěn)定性。
風機啟動后，兩個葉輪將朝相反方向轉動，對向旋轉使得葉輪中間區(qū)域的風速提升，空氣動能轉化的電能也隨之增加，比同等掃風面積的單個大風輪風機的發(fā)電量提升4.29%。
從整個風場的布局來看，單臺風機的葉片越長，尾流對后面風機的影響就越大，“明陽天成號”采用兩個小尺寸風輪的方案，反向旋轉帶來的“耦合渦流”效應，能夠減少整個風場的效率折損。
首創(chuàng)單點系泊技術，彰顯尖端創(chuàng)新“真功夫”
“明陽天成號”采用下風向設計，這一設計降低了塔筒凈空對葉片的束縛，葉片也可以獲得更大的活動空間，同時也能更加靈活有效地捕捉風能，提高整個機組的發(fā)電效率。
在極端臺風條件下，漂浮式風機將面臨全方位的挑戰(zhàn)。要確保自身的穩(wěn)定和安全，該風電平臺在設計之初就需要考慮360°的臺風載荷。
系泊系統方面，“明陽天成號”采用了單點系泊系統，在錨鏈的牽引下，它能夠根據臺風的方向進行自適應的偏航調整——臺風吹向哪，“明陽天成號”就轉向哪，讓風輪始終正對來風方向。
在系泊系統中，要保證風機在海上能應對17級臺風，轉塔內的高精密回轉軸承就必須具備足夠的承載能力及超強的水下密封能力。為讓“明陽天成號”在海上穩(wěn)穩(wěn)運行，研發(fā)團隊按照極高的標準和精度要求完成轉塔系統的裝配。
數據顯示，單點系泊方案使支撐結構極限載荷降低40%，從而提高了風機在臺風天氣中的安全性和穩(wěn)定性。這一技術的應用，推進了海洋能源裝備和工程裝備岸上作業(yè)的標準化與高效化。
智領風電科技未來，真本領成就“硬實力”先鋒
借助于先進的人工智能物聯網、認知計算技術和數據科學的融合創(chuàng)新，“明陽天成號”具備卓越的環(huán)境感知能力、數據驅動的智能分析、精準決策制定以及全面的安全防護能力。這些創(chuàng)新技術的結合，可為“明陽天成號”提供敏銳的洞察力和高效的應對策略。
“明陽天成號”安裝有超過3000個智能感應器，除傳統的大部件監(jiān)測傳感器外，還配備慣導波浪監(jiān)測、陰極保護、應力監(jiān)測、螺栓載荷、高壓柜氣體監(jiān)測、浮筒破損監(jiān)測、防雷監(jiān)測、自動消防等系統，通過視頻、圖像、音頻、位移、溫度、振動、應力、電壓、電流、風速、風向等多傳感器數據融合技術，可實時感知2000多個零部件運行狀態(tài)。
借助明陽首創(chuàng)的全態(tài)勢健康管理模型，“明陽天成號”可實現對不同部件的智能化健康管理。該模型不僅能對風機進行智能預警、健康監(jiān)測，還能通過可靠性評估及預測、故障樹分析等來評估機組的整體狀態(tài)。在AI大數據分析方法的支撐下，機組綜合狀態(tài)評價精度可達90%以上。
“明陽天成號”還采用了模擬仿生算法和人工智能算法。通過一系列智能策略，如姿態(tài)壓載控制、尾流控制、智能偏航校正、激光雷達前饋控制，以及基于多目標潮流計算的能量協同控制等，它能夠靈活應對氣候、季節(jié)等復雜多變的環(huán)境條件，實現自主調節(jié)控制參數和策略，從而最大程度提升發(fā)電性能。
“明陽天成號”還借助我國目前通信容量最大、波束最多、輸出功率最大的民商用通信衛(wèi)星-亞太6D通信衛(wèi)星進行數據的傳輸，可保證拖航期間對機艙信號柜、PCS系統等重要部件及子系統的數據監(jiān)控和傳輸。同時，該通信方案可與傳統光纖通信相互支撐，從而提升傳統海上通信方式的容錯率，保障了能源設備安全穩(wěn)定運行。
此外，通過AIS、衛(wèi)星等技術的融合應用，“明陽天成號”可對外來船舶進行實時監(jiān)控，定位精度可達3米。同時通過配備雷達、能見度測距儀、太陽能航標燈、電笛等設備，“明陽天成號”可自動將闖入核心區(qū)域的外來船舶進行驅離，保障設備安全。
鑄造重器挺進深藍，突破科技再探海洋極限
五年磨劍終不負匠心。2020年4月，“明陽天成號”漂浮式風電平臺1：10縮尺比樣機在德國Quarry湖試運行，同年10月完成了在波羅的海為期2個月的海上運行，期間經歷了等效到全尺寸高達72m/s的風速和30米波高的極端環(huán)境考驗，并順利獲得權威機構DNV簽發(fā)的可行性證書。
“明陽天成號”的研制與應用，可拓展全球海上風電開發(fā)規(guī)模，開啟人類“向海圖強”命運共同體新時代。同時有助于推動“海上三峽”建設，助力粵港澳大灣區(qū)能源安全和綠色低碳轉型，牽引形成海上風電、海洋工程、綠色能源化工等萬億級產業(yè)集群。
從風電抗臺風技術領創(chuàng)，到海上大兆瓦機組引領，再到深遠海漂浮式風機領航，明陽集團一次又一次實現自我超越，掀起一輪又一輪海上風電技術創(chuàng)新浪潮，依托先進技術參與全球市場競爭，不斷延拓海上風電開發(fā)邊界。這一次，明陽集團再次領潮深遠海漂浮式風電創(chuàng)新，為人類文明走向深遠海樹立了標桿。
作為全球清潔能源領域的創(chuàng)新推動者和技術引領者，明陽集團未來將持續(xù)聚焦海洋能源技術突破，引領行業(yè)創(chuàng)新浪潮，用前沿科技探索海洋文明，為人類獲取海洋饋贈、擁抱海洋新時代開啟未來。
