由海洋石油工程股份有限公司联合天津大学、上海交通大学、大连理工大学等单位组成的项目团队，其研发的“深远海漂浮式能源开发装备多体协同设计和智慧运维关键技术应用”已经通过权威鉴定，由中国工程院院士领衔的专家组一致认为，项目整体达到国际领先水平。
3月26日，记者来到位于天津滨海新区的海洋石油工程股份有限公司一探究竟。
据海洋石油工程股份有限公司负责人介绍，在海洋能源开发领域，根据水深不同，工程装备主要分为两大类型：一类是固定式装备，通过桩腿牢牢固定在海底，适用于较浅海域；另一类则是漂浮式装备，通过系泊系统锚固定位，像船一样“漂”在海面上，适用于较深水域。
“我国深远海风能资源储量是近海的三倍以上，随着海上能源开发向深远海推进，漂浮式能源开发装备已成为必然选择，它可以搭载油气生产设备、风力发电机、光伏板、养殖网箱等多种功能模块，堪称‘海上移动能源岛’，是未来海洋资源综合开发的关键载体。”这位负责人说。
然而，深远海开发绝非易事。我国南海海域自然环境条件恶劣，台风频发、浪高流急，台风过境时风速可达每秒70米以上，最大波高达接近30米，叠加复杂的海流作用，对漂浮式装备形成了极为严苛的考验。长期以来，全球浮式能源开发装备的设计规范和检验标准均由欧美国家基于欧洲北海、美国墨西哥湾等海域环境制定，无法完全适应我国台风频发、海况恶劣的特殊条件。更关键的是，装备建造和运维技术长期被少数发达国家垄断，我国深远海能源开发行业面临严重的“卡脖子”问题。
针对上述难题，由海洋石油工程股份有限公司联合天津大学、上海交通大学、大连理工大学等单位组成的项目团队，历时十余年产学研用协同攻关，集中攻克了深海资源开发装备设计和运维关键技术，取得从理论分析、设计方法、技术开发到装备制造、工程应用的全链条创新成果。
“具体来说，该项目成果体现在‘三个攻克’上。”海洋石油工程股份有限公司项目负责人说。
——攻克设计效率难题，让“造装备”不再“慢半拍”。以浮式风电为例，通用设计流程中，风机、平台、系泊系统等不同子系统由不同厂家设计，需要反复传递参数、多轮迭代，设计周期长达3至4年，且因忽略结构弹性变形，载荷预测误差达15%以上。项目团队首次提出“基于人工智能算法的虚拟多体结构建模理论”，利用智能算法识别风机核心参数，构造出载荷等效的“虚拟模型”替代全参数模型参与系统设计。形象地说，就像用一套精简的“替身模型”代替复杂的“真人演员”进行排练，极大提升了迭代效率。与此同时，团队创新建立“气动加载—惯性耦合高精度—高效率分析方法”，科学考虑了空气动力与水动力的耦合作用，以及浮体变形对载荷的影响。通过“海油观澜号”等重大工程实践，系统设计周期相比国际同类项目大幅度缩短，关键区域结构设计冗余大幅度降低，实现了设计效率与安全裕度的双重突破。
——攻克极端海况安全难题，让装备“扛得住”超强台风。台风是南海浮式装备的“头号天敌”。如何让装备在17级超强台风下依然安全？项目团队建立了“复杂动力环境下浮式能源开发装备的实验观测技术体系”，首创“旋翼式风载荷复现器”——通过独立控制的六轴旋翼，在实验室中模拟出除重力外的五自由度动态风载荷，改变了传统“风扇造风”只能模拟平均风力的局限，极端海况复现精度超过90%。在此基础上，团队提出了波浪砰击载荷识别与响应快速分析技术，构建了具备在线更新能力的结构状态感知模型，实现了对关键节点结构性能的提前预警。这一系列技术成功应用于我国首个深远海漂浮式风电开发装备“海油观澜号”，2024年9月，该平台正面遭遇17级超强台风“摩羯”，风暴结束后迅速恢复并网发电，成为全球首个实证通过超强台风考验的漂浮式风电系统。
——攻克智能运维与能源消纳难题，让深远海开发“更绿色”。深远海装备运维成本高、难度大，传统人工巡检模式难以长期持续。项目团队建立了首个深远海浮式能源开发装备智能监测与运维数字孪生平台，实现全周期无人化智能运维，已稳定运行近3年。同时，针对深远海风电如何稳定接入油气田微电网的难题，团队首次建立漂浮式风电接入油气田微电网的系统稳定性建模与协调控制技术体系，新能源发电电网消纳比例达到99.8%，每年减少二氧化碳排放2.6万吨，打造了海上风电与海洋油气融合发展的新模式。
据了解，项目成果已成功应用于“海油观澜号”“深海一号”“国能共享号”等多个重大工程项目。其中，“海油观澜号”是全球首座水深超100米、离岸距离超100公里的“双百”海上浮式风电平台，在2023年度国内十大科技新闻中名列第一。项目授权发明专利12项，编制标准10部，发表论文26篇，全面增强了我国海洋能源开发产业链自主可控能力，带动了天津乃至全国海洋装备制造、智能监测、新能源消纳等上下游企业协同发展。
作为浮式生产储油装置及配套系统产业链链主单位，以及工信部风电产业链重点链主企业，海油工程充分发挥重大工程项目牵引作用，联合天津大学、上海交通大学等国内知名高校，携手明阳智能、江苏亚星等头部装备制造企业，构建起产学研用深度融合的协同创新联合体，打造安全、稳定、可控的国内深水能源与资源开发全产业链生态。随着国家战略投入与企业创新能力持续增强，海油工程在国际海洋工程领域已实现从“跟跑”向“并跑”的跨越，部分核心单项技术更已跻身行业“领跑”行列，有力带动了天津乃至全国海洋装备制造、智能运维、新能源消纳等上下游产业集群化、高端化发展，为我国深远海能源开发提供了坚实的装备保障与产业链支撑。
目前，项目团队正在全力研发新一代张力腿（TLP）浮式风电系统。相比现有半潜式平台，TLP平台通过数条“张力腿”固定在海底，呈现“半漂半固”状态，具有运动响应小、稳定性高、用海面积仅为半潜式十分之一、工程成本预计降低约50%的显著优势。这一技术将为深远海风资源开发提供更具竞争力的“中国方案”，持续支撑我国海洋能源开发能力迈入世界领先行列，为海洋强国战略贡献更大力量。（海洋石油工程股份有限公司供图）（中国发展网 李揽月 李芊 记者朱波报道）