“明阳天成号”实现多项全球首创

2025-01-05 09:10:47 来源：科技日报

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日前，在水深超45米的广东阳江海域，全球单体容量最大的漂浮式风电平台“明阳天成号”正式投运。

“明阳天成号”造型独特。它在一个浮式基础上搭载两个风机，并由锚链系于海底，像一对“双子星”漂浮在海面上。这在全球海上风电领域系首创。

两台风机的装机容量均为8.3兆瓦，“明阳天成号”的总装机容量达到16.6兆瓦，每年的发电量可达5400万千瓦时，能满足3万户三口之家一年的日常用电需求。

极限设计达成最优解

“明阳天成号”扫风面积超5.2万平方米，相当于7个标准化足球场。

在“V”字形塔筒上，风机的双主机、双叶轮并排而立，两个叶轮的叶片尖端之间只间隔5米。明阳集团漂浮式特种技术创新中心主任王超告诉记者，这样的极限设计，是在综合考虑叶轮间距、风能利用效率和“V”形塔筒夹角之后得到的最优解。

5米间隔，不仅是叶轮之间的安全距离，还能实现捕风率最大化。王超介绍，在风机启动后，两个叶轮朝相反方向转动，可有效提升叶轮中间区域风速，空气动能转化为电能的效率随之增加。监测数据显示，“明阳天成号”双风机的发电量比同等扫风面积的单台风机提升4.29%。

此外，从整个风场的布局来看，单台风机的叶片越长，尾流对后面风机的影响就越大。所以，为减少尾流影响，“明阳天成号”采用两个小尺寸风轮的方案。而且，两个风轮采用反方向旋转设计，这样产生的“耦合涡流”效应能够减少整个风场的效率折损。

单点系泊系统抗台风

“明阳天成号”总设计师周名军告诉记者，“明阳天成号”采用下风向设计。这一设计降低了塔筒净空对叶片的束缚，叶片可以获得更大活动空间，同时也能更灵活有效地捕捉风能，提高整个机组的发电效率。

在极端条件下，漂浮式风机将面临来自各个方向台风的挑战。风电平台在设计之初就需要考虑360度的台风载荷，无论台风从哪个方向吹来，都要确保风机能够承受并保持稳定。

“我们采用单点系泊系统，在锚链的牵引下，浮式基础平台能根据台风的方向进行自适应的偏航调整。”周名军解释，这就意味着台风吹向哪，“明阳天成号”就转向哪，让风轮始终正对来风方向。

在系泊系统中，要保证风机在海上能应对17级台风，转塔内的高精密回转轴承就必须具备足够的承载能力及超强的水下密封能力。周名军介绍，为让“明阳天成号”在海上稳稳运行，研发团队按照极高标准和精度要求完成转塔系统的装配。

浮式基础提升承载力

浮式基础是漂浮式风机在深远海“安身立命”的关键部件。与传统钢结构的浮式基础不同，“明阳天成号”的浮式基础由三个浮筒、混凝土臂和连接件组成。

三个浮筒由玻璃纤维外壳、挤塑聚苯乙烯泡沫板芯材、防护涂层等多种材料组合而成，为业界首创。王超解释，如此“大费周章”，不仅是为了降低浮筒重量，还为了满足浮筒曲面外形的要求。

站在模型前可以看到，“明阳天成号”的三个浮筒均为流线椭球形。王超说，这样的外形设计不仅在迎浪时遇到的波浪阻力较小，还可以提供相应的横向转动偏航动力。针对浮筒外形进行的深度验证与测试显示，流线椭球形设计实现了整体稳定性与载荷的最佳平衡。

值得一提的是，“明阳天成号”还首次采用抗压能力达到115兆帕以上的超高性能混凝土材料制造浮式基础。这种混凝土材料强度达到普通混凝土的4倍左右，大大增加了浮式基础结构的承载能力。