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樊天慧:逐梦深海远洋,让华工智慧闪耀海上“大国重器”

时间:2022-05-26单位:党委宣传部浏览量:33

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  【人物简介】樊天慧,副教授,硕士研究生导师,现任华南理工大学土木与交通学院船舶与海洋工程系副主任广州市青年科技工作者协会副理事长广东造船工程学会常务理事副秘书长,广州市科协首批“青年人才托举工程”青年科技人才称号获得者(海洋学科唯一),国家科技部国家自然科学基金委、广东省科技厅、广东省科协项目评审专家,中国海洋平台副主任编委。长期致力于海洋工程深远化、绿色化以及智能化相关研究工作,针对海洋工程装备优化设计、性能分析与试验技术进行了深入的研究。作为项目国内负责人与挪威技术科学院院士Prof. Muk Chen Ong项目国外负责人承担广东省科技计划项目粤港澳大湾区国际科技创新中心建设专项南海近海浅水区域浮式风机锚泊系统的关键技术研究研究成果预期解决我国南海近海浅水区域浮式风机锚泊系统的关键技术问题为漂浮式风电场的大范围建设开发提供科学技术支撑


  碧海蓝天中,全球首台抗台风型漂浮式海上风电系统装备“三峡引领号”巍峨矗立在广东阳江百万千瓦级海上风电场上。去年12月,“三峡引领号”在广东阳江成功并网发电,标志着我国实现了漂浮式海上风机关键技术的突破,对促进我国海上风电高端装备制造升级、挖潜深远海风能资源具有积极意义。

  “三峡引领号”是三峡集团牵头打造的海上风电“大国重器”,是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果,该风电机组根据50年一遇的极端风浪流工况设计,最高可抗17级台风。“三峡引领号”是如何突破这一关键技术?这离不开广东省自然科学基金杰出青年项目获得者、华南理工大学船舶与海洋工程系副主任樊天慧以及团队背后的默默付出——2018年起,作为唯一的高校研发力量,华南理工大学陈超核教授带领团队参与了“三峡引领号”“浮式海上风电平台全耦合动态分析及其装置研发”项目的科研攻关。樊天慧作为团队核心骨干,与团队解决了海上漂浮式风电基础以及锚泊系统性能评估、模型试验与优化设计关键技术,其研究成果对支撑“三峡引领号”的成功建设做出突出贡献。

立志投身海洋工程研究

  “未来海洋资源开发利用的重点一定是海洋可再生能源。”樊天慧就读本科时,海上风电刚刚在国内起步,直到其研究生期间,我国才真正诞生了首个海上固定式风电项目。当时海洋资源开发的热点领域仍然是海洋油气,而在全球温室效应的大背景下,樊天慧认识到海上风电在发电效率和碳排放控制方面的发展潜力,认为海洋可再生能源,尤其是海上风电将是未来能源开发利用的主要方向。

樊天慧

  2016年,博士毕业后,樊天慧来到华南理工大学土木与交通学院工作,并很快融入到陈超核教授团队,从事海洋工程装备的研发工作。

  “博士期间,我跟随导师欧进萍院士进行了深海漂浮式装备、水动力分析方法、海洋高端工程装备研发等研究,主要服务于南海海洋工程建设,这些研究的开展主要以我国南海为研究背景。”谈及为何选择广东、选择到华南理工大学发展,樊天慧说,21世纪是海洋的世纪,开发南海是建设海洋强国的重要支撑,在科研、国防、能源开发上有着重要的战略地位,而广东有着毗邻南海的区位优势。华南理工大学船舶与海洋工程系创建于1958年,具有华南地区最大的船模拖曳水池实验室、海岸与近海工程实验室、船舶与海洋工程先进材料研究中心,学术底蕴和研究基础深厚,再加上学校给青年人才提供了“海阔凭鱼跃”的成长与创新环境,自信自己能在华工发挥专长,在这个领域闯出一片天地。

参与“三峡引领号”逐梦深远海

  由于近海空间资源有限,海上风电的发展也必然像过去油气工业的发展轨迹,不断地从浅近海走向深远海。相应的,海上风机支撑结构形式也将伴随水深变化,从固定式支撑结构到漂浮式支撑结构演变。可以说,由陆向海、由浅到深、由固定基础到漂浮式平台将成为海上风电的发展趋势。

“三峡引领号”校内研发实验

  2018年起,樊天慧所在团队参与了“三峡引领号”的研发,取得了海上漂浮式风电基础以及配套锚泊系统性能评估、优化设计以及模型试验方法等多项研究成果,解决了新型漂浮风机基础极端环境作用分析、设计与试验的关键难题和普遍问题。

  “固定式海上风电是以整体结构插入海里,而漂浮式海上风电结构是漂浮在海面,是锚泊线连接海底的顺应式结构,可以抵抗更大外部荷载。漂浮式风电拓展了海上风电的使用范围,使海上风电向深海、远洋扩展;克服了海床地质条件问题,可在深远海区域建设更大规模的风场,拥有更佳的经济性。”樊天慧介绍,漂浮式海上风电的建设成本对水深的变化并不敏感,随着水深的增加,它的成本增加是平缓的,而固定式风电在水深超过50米后,建设成本呈指数型增长。

  然而逐浪深海并非易事,“三峡引领号”所在的区域台风活动频繁、海况复杂、波浪恶劣,如何克服这些困难成为首先要解决的问题。“在台风载荷和波涛恶劣的影响下,对‘三峡引领号’锚泊系统的控制能力提出更高的要求。”樊天慧介绍,大部分传统的浮式油气平台工作水深都在200米以上,其锚泊系统的回复力性能更加线性,我们较为容易控制整体系统的刚度和运动响应,这个时候锚泊系统研发相对容易。但是漂浮式风电平台的锚泊系统,工作水深相对于油气平台较浅,顶张力呈现出非常强的非线性特征,锚泊系统弹性变形的影响会更早更多的介入,这就导致锚泊系统整体的设计非常困难。

  为了解决这个难题,团队在学校科学技术研究院及学院的大力支持下,专门开发了海上风电配套锚泊系统性能分析与设计软件,并集成智能算法,形成了一套可以完成智能设计的锚泊系统分析与优化设计程序。除此之外,华南理工大学先进的边界层风洞实验室,作为亚热带建筑科学国家重点实验室的重要组成部分,支撑团队进行了一系列海上风电空气动力载荷试验,推动了“三峡引领号”项目的顺利进行。

海洋风能对广东意义重大

  “广东很多电力来自西电东送,如果电力供应紧张,正常的生产生活都会受到影响,因此海洋风能的开发对广东能源安全有着重要的意义。”樊天慧认为,广东在海洋风能的开发上有着独特的优势:广东拥有广阔的海岸线,为海洋风能的开发提供自然基础;距离消费中心近,避免了远距离送电;充足的资金支持为海洋风能开发和探索提供了物质保障,例如风电制氢、风电和海洋牧场结合等风能的综合利用。

三峡引领号(图片:中国长江三峡集团有限公司)

  漂浮式海上风电被业内寄望为“未来深远海海上风电开发的主要技术”。据欧洲风能协会预测,到2030年底,全球漂浮式风电装机容量将达到1500万千瓦,保守估计到2050年,漂浮式机组成本将下降38%。樊天慧表示,我国未来的海上风电一定会走向深远海,在这个过程中海上漂浮式风电将是开发深远海风资源的必由之路。“三峡引领号”为我国实现深远海漂浮式风力发电零的突破做了引领性的探索与示范,为海上利用风能走向深远海提供理论基础和技术支撑。

  “‘三峡引领号’为未来我国风资源开发走向深远海注入一针强心剂。”樊天慧认为,虽然目前国内海洋风电的开发主要集中在浅水区,但在未来海洋风电开发走向深远海过程中离不开漂浮式海上风电科研技术的支撑。而“三峡引领号”成功并网发电标志我国具备大容量抗台风型漂浮式海上风电机组自主研发、制造、安装及运营能力,为未来深远海风能的开发提供了设计流程、方法和试验标准。

“更加坚定了来华工的选择”

  作为船舶与海洋工程系副主任,樊天慧分管船海学科的教学工作。他说:“一代人有一代人的长征,大学生担负着推进国家建设和社会发展的历史重任,作为一名高校教师,我和同事一定会脚踏实地做好人才的培养教育,为未来积蓄力量。”

樊天慧制定课程计划

  “产学研用相结合,用实践的形式,培养学生学以致用的能力,把知识应用到解决实际问题中去。”樊天慧表示,船舶与海洋工程系致力于为学生提供更多更好的实习机会,比如除了传统的船舶产业之外,还扩展了海上能源开发的新内容,新增了海上风电产业相关实习基地,让学生更好地接触学科前沿,培养科研创新能力。

  未来,海洋工程的发展方向主要为深远化、绿色化、智能化。针对这一发展趋势,樊天慧表示将继续深耕海上风电领域,从装备研发到海上风电运维全产业链支撑海洋风电的发展;同时扩展风能和波浪能、潮汐能等其他能源综合利用的研究。他透露,目前自己和团队正研发一种水下机器人,能够对水下构筑物进行检测探伤与修复作业。此外,其团队还在开展海上风电运维装备与技术的科研攻关工作,包括智能数字孪生系统等,通过架设在风电设备上的传感器,可以实时监控风电系统装备运行情况以及安全情况,对海上风电设备进行智能健康监测。

  “在十几年的科研道路中,能坚持下来的动力就是希望把所学知识投入到国家的建设之中,给社会多做贡献。”樊天慧最后强调道。

  去年9月,华南理工大学广州国际校区成立海洋科学与工程学院,旨在为建设海洋强国培养引领型人才以及开展高水平科学研究。樊天慧参与了这一学院的建设,包括楼宇规划以及实验室规划等等。看到新的楼宇拔地而起,实验室建设雏形已具,樊天慧说自己每一天都被学校的发展速度感染并激励着,“我更加坚定了自己六年前来华工的选择。”



《追梦人》第9期

文   字:孙彦东 广州日报记者叶作林、龙锟

图   片:受访者提供

编   审:张征 许颖

总 策 划:邹浩


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