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《為全球首台抗台風型漂浮式海上風電機組提供技術支撐，這位廣東“傑青”志在深海遠洋》

碧海藍天中，全球首台抗台風型漂浮式海上風電機組“三峽引領號”巍峨矗立在廣東陽江百萬千瓦級海上風電場上。本月初，“三峽引領號”成功並網發電，標志著我國實現了漂浮式海上風機關鍵技術的突破，對促進我國海上風電高端裝備制造升級、挖潛深遠海風能資源具有積極意義。
“三峽引領號”是三峽集團牽頭打造的海上風電“大國重器”，是引領我國海上風電行業走向深海的重大成果。“三峽引領號”根據50年一遇的極端風浪流工況設計，最高可抗17級台風。“三峽引領號”是如何突破這一關鍵技術？這離不開廣東省自然科學基金傑出青年項目獲得者、華南理工大學船舶與海洋工程系副主任樊天慧以及團隊背後默默付出。
樊天慧以及團隊承擔的“浮式海上風電平台全耦合動態分析及其裝置研發”項目提出了海上漂浮式風電基礎以及錨泊系統性能評估、模型試驗與優化設計關鍵技術，其研究成果支撐“三峽引領號”的成功建設。近日，樊天慧接受廣州日報記者專訪，向記者講述了個人成長經歷，全球首台抗台風型漂浮式海上風電機組“三峽引領號”研發過程，以及分析了未來海上風電發展趨勢。
立志投身海洋工程研究
“從初一開始，學業成績名列前茅的狀態一直保持到博士畢業。”樊天慧1987年出生於遼寧鐵嶺，上初一時在母親語重心長的教誨下，僅用了兩個月時間從學習成績排名中遊到全年級第一。
後來，樊天慧對學習一直保持強烈的興趣和動力，高中時期成績排名全市前三十名，高考考入了大連理工大學工程力學系。本科期間，樊天慧又因成績、科研、綜合能力等方面表現優異，在大連理工大學一路保送直接攻讀博士學位，師從中國工程院院士、時任大連理工大學校長歐進萍，從事海洋工程研究。
“學生時期並非是一個只會讀書的‘書呆子’。”樊天慧大學時期除了在學習成績方面表現優秀，在打籃球、文藝匯演、辯論賽等方面也有著出色的表現，經常代表學院參加辯論和籃球比賽。樊天慧還是一個善於學習的人。“對學習的把握，最重要的是搭建框架體系和知識邏輯的能力。”
“海洋油氣的開發利用對環境有汙染，而且是不可持續的，未來海洋能源的開發利用的重點一定是海洋可再生能源。”樊天慧就讀大學時，海洋油氣是當時海洋能源開發的熱點領域，而他認為可再生能源是未來能源開發利用的主要方向。
2016年，博士畢業後,樊天慧被引進到華南理工大學，繼續從事海洋工程的研發工作。“博士期間所在的團隊進行了深海漂浮式裝備、水動力學分析方法、工程裝備研發等研究，主要服務的是南海海洋工程，這些研究的開展要到南海沿海開展。”談及為何選擇到廣州發展，樊天慧說，南海是國家海洋戰略的重要支撐，在科研、國防、能源開發上有著重要的地位，而廣東有著毗鄰南海的區位優勢。
我國未來風電開發走向深遠海
何為漂浮式風電機？漂浮式風電機是制發電機脫離穩固的大陸架，完全漂浮於海上，由錨泊系統連接到海底的風電機。漂浮式風電拓展了海上風電的使用範圍，使海上風電向深海、遠洋擴展；克服了海床地質條件問題，建設更大規模的風場，實現更佳的經濟性。2009年，西門子在挪威的海域中建成了世界上第一台浮式風力發電機，目前德國、英國、日本、挪威等國家紛紛開展浮式海上風電探索。
“漂浮式海上風電是我國風能資源開發走向深遠海的必由之路。”隨著潮間帶、近海機位逐漸飽和，風電場建設走向深遠海已成為必然趨勢，由陸向海、由淺到深、由固定基礎到漂浮式平台將成為海上風電的發展趨勢。
“固定式海上風電是以整體結構插入海裏，而漂浮式海上風電結構是漂浮在海面，是錨泊線連接海底的順應式結構，可以抵抗更大外部荷載。”樊天慧介紹，漂浮式海上風電的建設成本對水深的變化並不敏感，隨著水深的增加，它的成本增加是平緩的，而固定式風電在水深超過50米後，建設成本呈指數型增長。
逐浪深海並非易事，“三峽引領號”所在的區域台風活動頻繁、海況複雜、波浪惡劣，如何克服這些困難成為樊天慧團隊解決的首要問題。“在台風載荷和波濤惡劣的影響下，對‘三峽引領號’錨泊系統的控制能力提出更高的要求。”樊天慧介紹，環境載荷越大，漂浮風電機組運動越劇烈，如何設計好錨泊系統成為“三峽引領號”抗台風的關鍵。
作為國內漂浮海上風電第一個吃螃蟹的人，對國內海上風資源開發起著促進作用。2018年起，樊天慧及其團隊作為唯一的科研高校單位加入“三峽引領號”研發中，相繼取得了錨泊系統評估與設計關鍵技術、水動力性能評估、新型漂浮風機優化設計方法等多項研究成果，解決了新型漂浮風機基礎極端環境作用分析的難題，為我國實現深遠海漂浮式風力發電零突破提供強有力的技術保障，為海上利用風能走向深遠海提供理論基礎和技術支撐。
“這兩年為科研和項目進度，經常性的熬夜，現在手上還患有神經性皮炎。”樊天慧一邊說道，一邊向記者展示因常年熬夜而留下的“痕跡”。這反映了眾多科研成果背後傾注著樊天慧大量的心血和精力。前期項目的申請書是他在醫院裏照顧生病的母親抽空完成，後期整體項目難度大、時間趕，他不得不經常工作到深夜，回到家時兒子已經入睡了，因此樊天慧的兒子經常見不到他。“去年，項目趕進度全年大概200多天加班到深夜，經常沒時間和兒子見面交流。”
廣東在海洋風能開發上擁有獨特的優勢
漂浮式海上風電被業內寄望為“未來深遠海海上風電開發的主要技術”。據歐洲風能協會預測，到2030年底，全球漂浮式風電裝機容量將達到1500萬千瓦，保守估計到2050年，漂浮式機組成本將下降38%。
全球漂浮式海上風電普遍面臨技術、成本挑戰和產業鏈成熟度低等困難，而我國漂浮式海上風電的開發也面臨著同樣的問題。“由於產業鏈不成熟，建設成本較高，漂浮式海上風電並非當前海洋風能開發最具性價比的方式。”樊天慧坦言，目前國內漂浮式海上風電建設還處於探索和示範階段，未來隨著產業鏈的成熟，漂浮式海上風電的經濟效應將會凸顯出來。
“‘三峽引領號’為未來我國風資源開發走向深遠海注入一針強心劑。”樊天慧認為，雖然目前國內海洋風電的開發主要集中在淺水區，但在未來海洋風電開發走向深遠海過程中離不開漂浮式海上風電科研技術的支撐。而“三峽引領號”成功並網發電標志我國具備大容量抗台風型漂浮式海上風電機組自主研發、制造、安裝及運營能力，為未來深遠海風能的開發提供了設計流程、方法和實驗標准。
《廣東省海洋經濟發展“十四五”規劃》提出要打造海上風電產業集群；推動海上風電項目規模化開發，推動省管海域近海深水區項目開工建設；力爭到2025年底累計建成投產裝機容量達到1800萬千瓦；加快建設陽江、粵東海上風電產業基地。
“廣東很多電力來自西電東輸，遇到電力供應緊張時，正常的生產生活受到影響，因此海洋風能的開發對廣東能源安全有著重要的意義。”樊天慧認為，廣東在海洋風能的開發上有著獨特的優勢：廣東擁有廣闊的海岸線，為海洋風能的開發提供自然基礎；距離消費中心近，避免了遠距離送電；充足的資金支持為海洋風能的開發和探索提供了物質保障，例如風電制氫、風電和海洋牧場結合等風能的綜合利用。
未來海洋工程的發展方向主要為深遠化、綠色化、智能化。針對這一發展趨勢，樊天慧開始探索海洋工程的智能化方向研究。樊天慧及團隊正研發一種水下機器人，能夠對水下構築物進行檢測探傷與修複作業。此外，其團隊正在開展海上風電廠運維的智能數字孿生系統的研究。“通過架設在風電設備上的傳感器，可以實時監控風電設備運轉，對海上風電設備進行智能健康檢測。”
在談及未來科研方向時，樊天慧則表示，未來將繼續深耕海上風電領域，從研發到後期維護全產業鏈支撐海洋風電的發展；同時擴展風能和波浪能、潮汐能等其他能源綜合利用的研究。
“在十幾年的科研道路中，能堅持下來的動力就是希望把所學知識投入到國家的建設之中，給社會多做貢獻。”樊天慧最後強調道。
文/廣州日報·新花城記者：葉作林、龍錕
圖/受訪者提供
廣州日報·新花城編輯 王典

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