2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風電發(fā)展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電設(shè)備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。
其中，10月19日海上風電發(fā)展論壇隆重召開。DNV產(chǎn)品經(jīng)理張帆出席會議并演講。
以下為發(fā)言全文：
張帆：謝謝，我來自DNV，今天非常高興有這個機會來到會場分享一下，我們對于浮式風機在設(shè)計當中最新的發(fā)展，和我們對未來包括挑戰(zhàn)，包括我們自己的計劃。今天很多前面的嘉賓多多少少提到我們公司，我們是一家做咨詢、認證，包括海事、船舶、海上能源，包括以前的油氣資源，包括現(xiàn)在新能源的一家公司。我們同時也提供一系列數(shù)字化解決方案，也就是剛剛提到的關(guān)于海上風機相應(yīng)設(shè)計工具和配套系統(tǒng)。我們跟業(yè)內(nèi)很多公司都有很多合作，包括金風和其他的一些業(yè)內(nèi)做風機和基礎(chǔ)的工作。
我是來自于數(shù)字化解決方案，目前負責我們公司在浮式風機全球業(yè)務(wù)。這篇報告是三位同事，分別在挪威和英國的同事準備的，今天想分享一下這幾年的發(fā)展情況和心得。主要是以下幾個方面，一個是設(shè)計前端歸納了一下設(shè)計的特點，另外一個是浮式風機項目當中，我們歸納了項目當中不同的參與方的角色，他們的關(guān)注點，就是項目的組成。在浮式風機本身整個系統(tǒng)設(shè)計和流程上，因為它是一個相對來說比較新的產(chǎn)業(yè)和方向，所以在工具和設(shè)計方法上，實際上也是處在不斷發(fā)展完善和更新的過程。
在這個當中，我們發(fā)現(xiàn)有很多新的問題，同時希望能夠把傳統(tǒng)行業(yè)當中，比如說海事和油氣方面的經(jīng)驗引入風機，同時和陸上風機經(jīng)驗相結(jié)合，所以中間也歸納了很多的挑戰(zhàn)以及發(fā)展的可能性。希望借助這個機會，給大家提供一些思路，為這個行業(yè)起到拋磚引玉的作用。
目前海上風機這幾年有一個飛快的發(fā)展，特別是從淺海到中深水到深水都有一個發(fā)展。浮式風機來講，國內(nèi)目前雖然只有一個已建成試運營的風機，但是研發(fā)角度來講很多公司很多單位、科研機構(gòu)都在平行進行一些科研的工作。另外一個呢，目前這種全尺度的實驗樣機，在過去十年當中在全世界各地都有不同的發(fā)展，包括歐美、日本、韓國、東南亞等等。主要當然集中在歐洲區(qū)域，目前第一個商業(yè)浮式風機的風場或者是準商業(yè)浮式風機風場已經(jīng)投入運營了。
對于浮式風機來講，目前的趨勢更多是向著深遠海的角度去發(fā)展，我們可以看到配套的單機裝機量會越來越大，比如說12兆瓦、16兆瓦、18兆瓦、20兆瓦。深遠海來講，風資源更加優(yōu)化一點。大家很熟悉了，因為我是做油氣背景的，油氣背景角度來講，浮式結(jié)構(gòu)物來講是四類方向，目前在研項目或者在研概念大類有40多個，基本上是按照不同的來做的。目前我們發(fā)現(xiàn)并沒有哪一種類型的浮式風機概念能夠比其他類型具有非常明顯的優(yōu)勢。雖然現(xiàn)在很多人講，我們用了很多半潛式，不同的立柱形式，歐洲有一些駁船式。這個研究工作還是在進行當中，從浮式風機項目結(jié)構(gòu)組成來講有一些特點，我這里列了一個固定式。對于固定式來講，大家比較熟了，我們談的單樁或者是導(dǎo)管架，相應(yīng)歸為這種相對固定式。作為一個項目來講，一般有風機的OEM或者塔筒的設(shè)計方，基礎(chǔ)設(shè)計方，開發(fā)方，還有一些第三方的認證機構(gòu)。相對來說，根據(jù)我們的觀察來講，相對來說大家各自關(guān)注的點重合度不是那么高。從我們理論上來講，他們之間相對來說做的設(shè)計流程相對是分開的，所謂的一種弱耦合的概念。
我們只談從分析的角度來講，這個本來是一個動畫，這只是一個例子，說明什么問題呢？我們在做浮式風機這一塊的時候，可以發(fā)現(xiàn)它有很多很多的，理論上來講有很多動力學是要耦合在一起，因為之間相互有一個比較強的耦合作用和影響。這里可以看到葉片方面的空氣動力學，水動力學、結(jié)構(gòu)動力學，還有一些控制系統(tǒng)。反過來控制系統(tǒng)的策略，也會反過來影響平臺的運動，影響到平臺上的載荷。整個東西是非常復(fù)雜的動力學的系統(tǒng)，再把電纜掛上去，對于電纜本身的設(shè)計和校核都是一個比較大的挑戰(zhàn)。
從大家的關(guān)注度來講，我們這里就把一個項目參與方關(guān)心的問題，用這樣一個矩陣的形式向大家，這是一個簡化的說明。如果我們用這種相對來說比較簡化的方式，右上角第一種方式完全沒有耦合的情況下，先算風機的載荷，算塔筒載荷等等，我把這個東西給到做基礎(chǔ)設(shè)計的公司。基礎(chǔ)設(shè)計方算完以后，再把運動或者相應(yīng)的動力學給到做塔筒或者動力學的公司，這個過程中沒有考慮到耦合的因素。
第二種方法，我們可能叫部分耦合，部分耦合的方法，我在做風機設(shè)計的時候，基礎(chǔ)部分做簡化模型，輸入到風機計算或者設(shè)計當中。反過來做基礎(chǔ)設(shè)計的時候，其他系統(tǒng)用一個相對簡化的方法輸入到這個里面多做，部分考慮到之間耦合的影響。實際上做的過程中，我們發(fā)現(xiàn)要做很多輪的迭代，要實現(xiàn)整個系統(tǒng)，我們認為是一個完整性的。這里帶來其他的問題，看到這里更多的參與方會在里面，我們會發(fā)現(xiàn)大家用的都不是一個系統(tǒng)，不是一個軟件，不是一個工具，甚至不是一個理論方法。在這種情況下，就會帶來這個數(shù)據(jù)到底有多可靠，到底有多少假設(shè)假定在里面。最后這個項目或者這個設(shè)計就變得不可控，我們看到過很多這種情況，我做風機認為那邊是什么樣，拿過來以后發(fā)現(xiàn)不是那樣的，里面有很多很多的挑戰(zhàn)。而且里面有一個相互迭代的過程，我更新了設(shè)計，你那邊的模型要全部重新做一遍。這里面還出現(xiàn)一個問題，有很多很多重復(fù)工作，后面會講一個實際案例。
第三種方法，希望發(fā)展全耦合的分析，所有的參與方參與同樣一套系統(tǒng)，在同樣一套系統(tǒng)里面建議整個包含風機、控制系統(tǒng)、塔筒、浮式結(jié)構(gòu)，建立完整的動力學方程，采用統(tǒng)一的動力學方法分析整個系統(tǒng)。當然它有它的挑戰(zhàn)，但是目前我們看到幾個主要挑戰(zhàn)之一，除了工具之外的挑戰(zhàn)，這里面有一個很大的問題就是知識產(chǎn)權(quán)保護的問題。我作為風機的制造商來講，我們跟西門子合作，包括國內(nèi)的金風上海電氣，包括這些公司去合作會發(fā)現(xiàn)。大家保護的程度都不同，有的是保護一些核心的東西，多多少少都有一些相應(yīng)需要自己去保護的東西，我們完全理解。作為基礎(chǔ)設(shè)計方相對好一點，可以把主要參數(shù)給到風機制造商去做，但是里面有一些東西不希望公開。甚至作為業(yè)主來講，沒有辦法把大家放在一個地方討論這個問題。所以說在這一塊，怎么能夠做到大家在同樣一個系統(tǒng)下做這件事情，但是保護大家的知識產(chǎn)權(quán)不被泄露，這是這里面發(fā)現(xiàn)面臨的問題。
這里面有很多的工具，市面上有很多工具做不同部分的分析，我這里分享幾個之前看到的例子。這都是來自實際的浮式風機項目，是國外的浮式風機項目是怎么做的，最后會總結(jié)一下他們遇到了什么挑戰(zhàn)。左邊是風機制造商，他們用的是內(nèi)部的風機設(shè)計和計算的程序。
最后結(jié)果回到這里，都有一個IP的問題，很多很多的工具大家都不是用一個工具，最后時長非常長。所以這個時候發(fā)現(xiàn)一些挑戰(zhàn)，分成三個方向，時間關(guān)系就不重復(fù)了，主要是物理和交界面和有效性挑戰(zhàn)。物理上來講，我們要開發(fā)一套系統(tǒng)，或者說集成所有的經(jīng)驗來開發(fā)一套完整的支持風機標準這樣一個設(shè)計流程方法和工具，在交界面上希望做到完整耦合交界面，同時能夠提高有效性。
最后一頁簡單總結(jié)一下，目前來講浮式風機還處在初步發(fā)展階段，有很多不同的設(shè)計和發(fā)展。相對來說項目組成、項目方式比以前傳統(tǒng)看到固定式更加復(fù)雜。它有一個高度的耦合性，同時有來自不同背景，咱們做電、做系統(tǒng)，做浮式結(jié)構(gòu)物的背景去做。目前我們還沒有發(fā)現(xiàn)一個，大家都能夠普遍接受非常標準的設(shè)計流程。
如果大家有興趣展開來講，我們明天會有一天的活動，上面每一個東西會進行展開敘述，謝謝！
（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）
