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當(dāng)深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電平臺(tái)遭遇超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，會(huì)怎樣？全球首座水深超過(guò)100米、離岸距離超過(guò)100公里的“雙百”深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電平臺(tái)——“海油觀瀾號(hào)”給出了令人驚嘆的回答。當(dāng)17級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“摩羯”中心經(jīng)過(guò)時(shí)，風(fēng)速超過(guò)每秒60米，浪高近兩層樓。這座巨大的“不倒翁”不僅穩(wěn)穩(wěn)扛住了狂風(fēng)巨浪，而且在風(fēng)暴過(guò)后，自動(dòng)檢測(cè)并迅速恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。

“海油觀瀾號(hào)”之所以能在驚濤駭浪中穩(wěn)如泰山，得益于海洋石油工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“海油工程”）牽頭研發(fā)的一系列浮式能源裝備。科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年攻關(guān)，形成“深遠(yuǎn)海漂浮式能源開(kāi)發(fā)裝備多體協(xié)同設(shè)計(jì)和智慧運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”系列成果。近日，天津頒發(fā)2025年度天津市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，該成果獲得科學(xué)技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

“數(shù)字排練”找到最優(yōu)解

深海蘊(yùn)藏著極為豐富的石油、天然氣和風(fēng)電資源，如何開(kāi)發(fā)這些“藍(lán)色寶藏”？漂浮式能源裝備是當(dāng)前國(guó)際上的主流解決方案。它像一個(gè)巨大的“不倒翁”，依靠浮體結(jié)構(gòu)與錨鏈系統(tǒng)的配合，在茫茫大海上“漂”著，既能鉆井采油，也能支撐起百米高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

然而面對(duì)臺(tái)風(fēng)、巨浪，普通船只可以回港避風(fēng)，能源平臺(tái)卻必須堅(jiān)守陣地、持續(xù)作業(yè)。這帶來(lái)了一個(gè)讓開(kāi)發(fā)難度呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的世界級(jí)難題：能源裝備如何在狂風(fēng)巨浪中站得穩(wěn)、扛得住？

這項(xiàng)核心技術(shù)曾長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，嚴(yán)重制約了我國(guó)深海能源的開(kāi)發(fā)步伐。為了打破壟斷，海油工程聯(lián)合國(guó)內(nèi)高校、科研院所及產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，依托重大工程項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)十余年持續(xù)攻關(guān)，最終形成了一批原創(chuàng)性、引領(lǐng)性技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)了從理論分析、設(shè)計(jì)方法、技術(shù)研發(fā)到裝備制造、工程應(yīng)用的全鏈條突破。

“過(guò)去，由于缺少相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)浮式能源平臺(tái)的難度，不亞于在沒(méi)有圖紙的情況下造一艘大船，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高?！焙Ｓ凸こ淘O(shè)計(jì)院深水設(shè)計(jì)分院副院長(zhǎng)楊亮介紹。為此，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新運(yùn)用人工智能算法，在電腦中為浮式平臺(tái)搭建起一套“數(shù)字孿生”虛擬模型——相當(dāng)于在動(dòng)工之前，先做一次完整的“數(shù)字排練”。平臺(tái)哪里受力過(guò)大、哪里需要加固，全部一目了然。這樣一來(lái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期比國(guó)際同類項(xiàng)目大幅縮短，關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)冗余度（即為保障安全而額外增加的材料與結(jié)構(gòu)）降低了30%以上，既節(jié)省材料，又保障安全。

平臺(tái)設(shè)計(jì)出來(lái)了，如何驗(yàn)證它是否真能扛住超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)？為此，團(tuán)隊(duì)建立了一套復(fù)雜動(dòng)力環(huán)境下浮式能源開(kāi)發(fā)裝備的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)技術(shù)體系，并在全球首創(chuàng)六軸旋翼無(wú)人機(jī)模擬動(dòng)態(tài)風(fēng)載荷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)極端海況復(fù)現(xiàn)精度超過(guò)90%。海油工程設(shè)計(jì)院浮體性能專業(yè)負(fù)責(zé)人鄧石解釋：“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)軟件實(shí)時(shí)控制無(wú)人機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速，在實(shí)驗(yàn)室里精準(zhǔn)‘復(fù)刻’出17級(jí)狂風(fēng)下風(fēng)機(jī)受到的實(shí)時(shí)載荷，復(fù)現(xiàn)精度超過(guò)90%。設(shè)計(jì)人員可以反復(fù)試錯(cuò)，直到找到最優(yōu)方案?！?/p>

除了上述難題，團(tuán)隊(duì)遇到的更大挑戰(zhàn)在于，預(yù)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)在風(fēng)浪中的受力情況時(shí)，傳統(tǒng)方法要么算得快但不準(zhǔn)，要么算得準(zhǔn)但太慢。經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)成功攻克了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)效率與精度無(wú)法兼顧的世界級(jí)技術(shù)難題，構(gòu)建起全生命周期安全評(píng)估技術(shù)體系。相關(guān)成果獲得挪威船級(jí)社、中國(guó)船級(jí)社等國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的一致認(rèn)可。

“AI工程師”24小時(shí)值守

如何確保平臺(tái)在遠(yuǎn)離海岸、無(wú)人值守的情況下長(zhǎng)期安全運(yùn)行？

團(tuán)隊(duì)研發(fā)了覆蓋極端海況的無(wú)人化智能監(jiān)測(cè)與數(shù)字孿生平臺(tái)?！斑@套系統(tǒng)相當(dāng)于一位24小時(shí)在崗、永不疲倦的‘AI工程師’?！焙Ｓ凸こ淘O(shè)計(jì)院總工程師李懷亮介紹，他們?cè)谄脚_(tái)上布置大量傳感器，實(shí)時(shí)采集振動(dòng)、傾斜、應(yīng)力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，然后通過(guò)衛(wèi)星傳回指揮中心。即便在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)來(lái)襲、人員無(wú)法登臺(tái)的情況下，工程師也能在地面上“把脈”平臺(tái)結(jié)構(gòu)的健康狀況，提前預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)。

漂浮式風(fēng)電發(fā)出來(lái)的電，要接入海上油氣田的微電網(wǎng)。過(guò)去，風(fēng)力忽大忽小，容易引起電網(wǎng)頻率波動(dòng)、電壓不穩(wěn)?！拔覀兪讋?chuàng)了一套多能源協(xié)調(diào)控制技術(shù)，成功解決了這一難題，讓新能源發(fā)電的電網(wǎng)消納比例高達(dá)99.8%，幾乎每一度風(fēng)電都被高效利用?！焙Ｓ凸こ淘O(shè)計(jì)院深水設(shè)計(jì)分院結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)部經(jīng)理張法富說(shuō)。

目前，項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于“海油觀瀾號(hào)”“深海一號(hào)”“國(guó)能共享號(hào)”等多個(gè)國(guó)家重大工程項(xiàng)目，獲授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10部。

其中最引人注目的是“海油觀瀾號(hào)”。投運(yùn)以來(lái)，“海油觀瀾號(hào)”累計(jì)發(fā)電量已超5100萬(wàn)度，相當(dāng)于2萬(wàn)多戶家庭一年的用電量，每年可減少二氧化碳排放2.6萬(wàn)噸。更重要的是，它在全球率先實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電與海洋油氣融合發(fā)展，用風(fēng)電代替燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。這既降低了油氣開(kāi)采的碳排放，又解決了深遠(yuǎn)海風(fēng)電獨(dú)立送出的難題。

李懷亮表示，這項(xiàng)成果不僅為我國(guó)深海油氣和風(fēng)電開(kāi)發(fā)提供了可靠裝備，也為全球海洋能源開(kāi)發(fā)貢獻(xiàn)了“中國(guó)方案”。