當深遠海浮式風電平臺遭遇超強臺風，會怎樣?全球首座水深超過100米、離岸距離超過100公里的“雙百”深遠海浮式風電平臺——“海油觀瀾號”給出了令人驚嘆的回答。當17級超強臺風“摩羯”中心經(jīng)過時，風速超過每秒60米，浪高近兩層樓。這座巨大的“不倒翁”不僅穩(wěn)穩(wěn)扛住了狂風巨浪，而且在風暴過后，自動檢測并迅速恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。

“海油觀瀾號”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(以下簡稱“海油工程”)牽頭研發(fā)的一系列浮式能源裝備?？蒲袌F隊歷經(jīng)十余年攻關(guān)，形成“深遠海漂浮式能源開發(fā)裝備多體協(xié)同設(shè)計和智慧運維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”系列成果。近日，天津頒發(fā)2025年度天津市科學技術(shù)獎，該成果獲得科學技術(shù)進步特等獎。

“數(shù)字排練”找到最優(yōu)解

深海蘊藏著極為豐富的石油、天然氣和風電資源，如何開發(fā)這些“藍色寶藏”?漂浮式能源裝備是當前國際上的主流解決方案。它像一個巨大的“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力發(fā)電機。

然而面對臺風、巨浪，普通船只可以回港避風，能源平臺卻必須堅守陣地、持續(xù)作業(yè)。這帶來了一個讓開發(fā)難度呈幾何級數(shù)增長的世界級難題：能源裝備如何在狂風巨浪中站得穩(wěn)、扛得住?

這項核心技術(shù)曾長期被國外壟斷，嚴重制約了我國深海能源的開發(fā)步伐。為了打破壟斷，海油工程聯(lián)合國內(nèi)高校、科研院所及產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，依托重大工程項目，經(jīng)過十余年持續(xù)攻關(guān)，最終形成了一批原創(chuàng)性、引領(lǐng)性技術(shù)成果，實現(xiàn)了從理論分析、設(shè)計方法、技術(shù)研發(fā)到裝備制造、工程應(yīng)用的全鏈條突破。

“過去，由于缺少相關(guān)技術(shù)，設(shè)計浮式能源平臺的難度，不亞于在沒有圖紙的情況下造一艘大船，設(shè)計周期長、成本高。”海油工程設(shè)計院深水設(shè)計分院副院長楊亮介紹。為此，團隊創(chuàng)新運用人工智能算法，在電腦中為浮式平臺搭建起一套“數(shù)字孿生”虛擬模型——相當于在動工之前，先做一次完整的“數(shù)字排練”。平臺哪里受力過大、哪里需要加固，全部一目了然。這樣一來，系統(tǒng)設(shè)計周期比國際同類項目大幅縮短，關(guān)鍵部位的設(shè)計冗余度(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。

平臺設(shè)計出來了，如何驗證它是否真能扛住超強臺風?為此，團隊建立了一套復(fù)雜動力環(huán)境下浮式能源開發(fā)裝備的實驗觀測技術(shù)體系，并在全球首創(chuàng)六軸旋翼無人機模擬動態(tài)風載荷技術(shù)，實現(xiàn)極端海況復(fù)現(xiàn)精度超過90%。海油工程設(shè)計院浮體性能專業(yè)負責人鄧石解釋：“簡單來說，就是通過軟件實時控制無人機旋翼轉(zhuǎn)速，在實驗室里精準‘復(fù)刻’出17級狂風下風機受到的實時載荷，復(fù)現(xiàn)精度超過90%。設(shè)計人員可以反復(fù)試錯，直到找到最優(yōu)方案。”

除了上述難題，團隊遇到的更大挑戰(zhàn)在于，預(yù)測平臺結(jié)構(gòu)在風浪中的受力情況時，傳統(tǒng)方法要么算得快但不準，要么算得準但太慢。經(jīng)過多年攻關(guān)，團隊成功攻克了結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)預(yù)測效率與精度無法兼顧的世界級技術(shù)難題，構(gòu)建起全生命周期安全評估技術(shù)體系。相關(guān)成果獲得挪威船級社、中國船級社等國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)的一致認可。

“AI工程師”24小時值守

如何確保平臺在遠離海岸、無人值守的情況下長期安全運行?

團隊研發(fā)了覆蓋極端海況的無人化智能監(jiān)測與數(shù)字孿生平臺。“這套系統(tǒng)相當于一位24小時在崗、永不疲倦的‘AI工程師’。”海油工程設(shè)計院總工程師李懷亮介紹，他們在平臺上布置大量傳感器，實時采集振動、傾斜、應(yīng)力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，然后通過衛(wèi)星傳回指揮中心。即便在超強臺風來襲、人員無法登臺的情況下，工程師也能在地面上“把脈”平臺結(jié)構(gòu)的健康狀況，提前預(yù)警潛在風險。

漂浮式風電發(fā)出來的電，要接入海上油氣田的微電網(wǎng)。過去，風力忽大忽小，容易引起電網(wǎng)頻率波動、電壓不穩(wěn)。“我們首創(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99.8%，幾乎每一度風電都被高效利用。”海油工程設(shè)計院深水設(shè)計分院結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計部經(jīng)理張法富說。

目前，項目成果已成功應(yīng)用于“海油觀瀾號”“深海一號”“國能共享號”等多個國家重大工程項目，獲授權(quán)發(fā)明專利12項，形成技術(shù)標準10部。

其中最引人注目的是“海油觀瀾號”。投運以來，“海油觀瀾號”累計發(fā)電量已超5100萬度，相當于2萬多戶家庭一年的用電量，每年可減少二氧化碳排放2.6萬噸。更重要的是，它在全球率先實現(xiàn)海上風電與海洋油氣融合發(fā)展，用風電代替燃氣輪機發(fā)電。這既降低了油氣開采的碳排放，又解決了深遠海風電獨立送出的難題。

李懷亮表示，這項成果不僅為我國深海油氣和風電開發(fā)提供了可靠裝備，也為全球海洋能源開發(fā)貢獻了“中國方案”。