直面漂浮式风机设计痛点 把脉未来技术突破方向

近日，第四届中国深远海漂浮式海上风电大会在江苏盐城开幕。大会由中国海洋工程咨询协会海上风电分会的领军人物翟恩地担任主持人，他以其深厚的行业洞察力和丰富的实践经验，深刻剖析了当前漂浮式风机设计面临的十大核心痛点，这些问题不仅制约了技术的进一步突破，也影响了深远海海上风电项目的经济性与可行性。

广袤无垠的深远海域，蕴藏着超乎想象的风能资源，据世界银行估算，全球海上风电的技术开发潜力已突破710亿千瓦，其中7成潜藏于深远海之中。而我国，更是坐拥海上风能资源技术可开发量约22.5亿千瓦的宝地，这不仅预示着风电开发规模的飞跃式提升，更为沿海地区用能成本的降低及“双碳”目标的实现铺设了坚实的基石。

然而，深远海海上风电的发展之路并非坦途，而是布满了海洋极端环境带来的重重挑战。如何在狂风巨浪中确保风机的稳定性与高效性，如何在保障安全的前提下提升发电效率并降低维护成本，成为了风电行业亟待攻克的难关。

漂浮式风电方案，作为解锁深远海风电潜力的金钥匙，其技术发展的步伐直接决定了深远海风电的前进速度。这项融合了空气动力学、结构动力学、水动力学、岩土动力学、复合材料科学、机电耦合系统、系统控制理论及新型电力系统等多学科交叉的复杂技术，无疑是风电技术领域的巅峰之作，令无数科学家与工程师心生敬畏。因此，亟须精准识别漂浮式风电技术的关键痛点，勇于面对挑战，齐心协力，为技术突破与创新开辟道路，推动深远海海上风电向着更加广阔的未来扬帆远航。

翟恩地围绕“整机设计、环境输入、机组系统、结构响应、测试验证”这一核心框架，精准剖析了漂浮式风机设计领域的十大痛点，这些痛点不仅是当前技术突破的瓶颈，更是引领漂浮式风电技术向前迈进的关键所在。

首要痛点在于“一体化仿真与设计工具链的不完善”，主流商业软件在处理浮式基础结构响应及局部强度分析时，尚缺乏高效、全耦合的一体化设计手段，导致跨学科团队间工具接口复杂、数据流通不畅，且缺乏行业公认的高精度、高效实践标准。

紧随其后的是“长柔叶片的气动弹性问题”，漂浮式平台的低频运动加剧了叶片-叶轮系统的非定常效应，传统叶素动量理论在应对复杂工况时显得力不从心，尤其是在抗台措施下，尾缘入流状态的评估成为难题。

“耦合动力学仿真中的水动力挑战”同样不容忽视，随着风机大型化，现有仿真方法难以精准捕捉浮体刚度和模态变化对水动力载荷的影响，极端工况下更是面临势流理论失效的困境。

“浮式基础强度设计的一体化缺失”则是另一大障碍，当前设计多依赖风载与浪载的分步叠加，导致设计冗余与不确定性，且商业化部署成本高企，新型浮体方案的经济性与量产路径尚不明朗。

“系泊系统的降本路径不明确”也是业界关注的焦点，多样化设计增加了降本难度，且新型系泊组件与材料尚未经充分验证，推广应用面临高风险。

“动态缆设计的复杂性”同样严峻，高载流、高电压、大尺寸带来的压力与海生物附着问题，对缆线的结构、电气及水中构型设计提出了极高要求。

“叶轮、传动链与塔架的耦合振动”问题难以回避，漂浮式风机的特殊运行环境使得振动频率的规避更为困难，塔架承载要求提升，刚性设计成本显著增加，且新架构的性能与成本优势尚待验证。

“闭环控制的稳定性难题”同样不容忽视，浮体运动与叶片变桨的耦合作用可能引发控制系统失稳，影响风机整体性能。

“水池缩尺试验的局限性”也限制了验证手段的有效性，气动与水动参数的相似性不兼容、风浪相互作用的复杂性以及复合材料系泊缆的特殊性，均对试验结果产生影响。

最后，“远程监测和机组可靠性验证的不足”成为深远海风电发展的隐忧，随着风机部署区域的扩大，运维难度增加，远程监测技术面临挑战，而新设计、新工艺的可靠性验证也亟待加强。这十大痛点相互交织，共同构成了漂浮式风机设计领域的复杂图景，也指明了未来技术突破与创新的方向。

面对漂浮式风机技术领域的重重痛点、瓶颈与难题，翟恩地秉持着挑战与机遇并存的信念，坚信通过汇聚全行业的智慧与力量，定能逐一攻克难关，推动漂浮式风电技术迈向商业化发展的新阶段。针对前述十大痛点，翟恩地不仅深刻剖析了问题的本质，还提出了一系列前瞻性的解决思路，为未来的技术突破指明了方向。

针对“一体化仿真与设计工具链不完善”的痛点，翟恩地建议，应致力于开发高效、全耦合的一体化设计工具，促进跨学科团队间的无缝协作，确保数据流的畅通无阻。同时，应依据具体应用场景，灵活选用并优化仿真工具，以提升设计精度与效率。

针对“长柔叶片气动弹性问题”，他强调需改进气动设计理论，特别是针对漂浮式风机的特殊工况，开发更精确的统一动量理论仿真工具。此外，优化叶素动量理论，以应对高诱导因子和复杂对风条件，也是未来研究的重要方向。

在“耦合动力学仿真中的水动力挑战”方面，翟恩地指出，需开发更高阶的CFD仿真工具，以准确评估极端海况下的风机动态响应和水动力载荷。同时，通过实验与数值模拟的结合，优化浮体设计，减少其对整机模态的负面影响。

针对“浮式基础强度设计一体化缺失”的问题，他建议加速全耦合强度分析方法的研发，实现风、浪、流多重载荷的一体化计算。此外，推动新材料与模块化制造技术的应用，以降低浮体成本，并寻求轻量化与结构强度的最佳平衡点。

在“系泊系统降本路径”的探索中，翟恩地主张开发低成本、高可靠性的系泊材料和系统，针对不同水深与环境条件进行优化设计。同时，深入分析系泊系统失效概率，验证新型材料的耐久性与强度，为低成本、长寿命系泊方案的设计提供坚实依据。

面对“动态缆设计的复杂性与压力”，他提出应加强对动态缆疲劳载荷的研究，开发耐用附件与防护技术。针对海生物附着问题，加快防污材料与电缆结构优化技术的研发，以提升动态缆的长期可靠性。

针对“叶轮、传动链与塔架耦合振动”的难题，翟恩地建议加大浮体特性与风机系统耦合振动的研究力度，通过精准动力分析与结构优化减少振动影响。同时，探索新型风机架构的潜力与应用可行性。

在“闭环控制稳定性”方面，他强调需开发先进闭环控制算法，引入新传感器技术，实时监测风机动态响应，并结合前馈控制与高级降载技术，提升平台稳定性与运行效率。

针对“水池缩尺试验局限性”，翟恩地提出应结合CFD与势流理论，开发混合模型试验方法，提高模拟精度。同时，建设先进多自由度造波池，以生成复杂风浪环境，为风机测试提供逼真实验场景。

最后，针对“远程监测与机组可靠性验证不足”的问题，他建议加强智能监测系统开发，利用大数据与人工智能技术实现故障预测与诊断。同时，加快机组可靠性验证工作，建立长期运行数据积累与性能评估体系，确保风机长期稳定运行。这些解决思路不仅为当前的技术瓶颈提供了破局之道，更为漂浮式风电技术的未来发展绘制了宏伟蓝图。（林  楚）