一個“水池”怎樣助力挺進(jìn)深藍(lán)

青島深遠(yuǎn)海裝備水池能夠模擬16級以上臺風(fēng)、22米高海浪，便于開展復(fù)雜海洋裝備試驗(yàn)

■青島深遠(yuǎn)海裝備水池能夠模擬16級以上臺風(fēng)、22米高海浪。

青島深遠(yuǎn)海裝備水池內(nèi)“波濤起伏”，25臺風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)陣和造波裝置正一起“發(fā)力”，模擬出各種海洋環(huán)境。水池中央的漂浮式海上風(fēng)電試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蒙砥渲校S浪漂動。設(shè)置于模型上和水池周圍的各類傳感器如同眼睛，“盯著”試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?shí)時記錄著試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)行姿態(tài)和受力狀態(tài)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳回電腦，供科研人員分析、研究使用。

前不久，青島深遠(yuǎn)海裝備試驗(yàn)研究中心揭牌成立，其所屬的深遠(yuǎn)海裝備水池正式啟用。該水池?fù)碛幸涣鞯脑祜L(fēng)、造波設(shè)備，能夠模擬真實(shí)的海洋環(huán)境，開展海洋浮式平臺、海上漂浮式風(fēng)機(jī)、深海采礦、潛器等深遠(yuǎn)海裝備的水動力學(xué)試驗(yàn)研究和測試，是國際先進(jìn)的深遠(yuǎn)海裝備試驗(yàn)水池。未來，中心將充分發(fā)揮深遠(yuǎn)海裝備水池的平臺作用，加快深遠(yuǎn)海裝備科研成果落地轉(zhuǎn)化，更好服務(wù)青島現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

模擬真實(shí)海洋環(huán)境

開展復(fù)雜海洋裝備試驗(yàn)

全球可利用的海上風(fēng)能資源超過710億千瓦，其中70%分布于離岸距離超過30公里、水深超過30米的深遠(yuǎn)海區(qū)域。深遠(yuǎn)海礦產(chǎn)資源同樣非常豐富，主要包括多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和硫化物三大類，開發(fā)利用價值極高。面對豐富的資源，全球各主要國家也正加快研發(fā)深遠(yuǎn)海裝備，搶占深遠(yuǎn)海資源開發(fā)的先機(jī)。

在青島，哈爾濱工程大學(xué)、蕪湖造船廠有限公司、中建港航局集團(tuán)有限公司、青島軍民融合發(fā)展集團(tuán)有限公司、青島哈船智控科技有限責(zé)任公司等單位共同發(fā)起成立了青島深遠(yuǎn)海裝備試驗(yàn)研究中心。該中心聚焦深遠(yuǎn)海工程、海上新能源與深海采礦等前沿領(lǐng)域，致力于深遠(yuǎn)海裝備技術(shù)的突破性發(fā)展，其中深遠(yuǎn)海裝備水池便是開展相關(guān)技術(shù)研究的重要平臺。

深遠(yuǎn)海裝備水池長30米、寬10米、深10米，大小約是五人制足球場的一半。在現(xiàn)場，一臺約10米高的航車橫跨于水池，航車上“吊著”一塊25平方米的“大塊頭”，這便是由25臺風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)陣系統(tǒng)。

這套風(fēng)陣系統(tǒng)塊頭很大，卻非常靈活。在現(xiàn)場科研人員的操控下，風(fēng)陣幾乎可以圍著試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛碉L(fēng)，從而模擬出不同方向出來的海風(fēng)。風(fēng)陣最高能直接吹出8級大風(fēng)，迎風(fēng)行走時，人會感覺阻力很大，甚至可能難以站穩(wěn)。“如果按照模型來推斷，風(fēng)陣模擬出的風(fēng)已經(jīng)超過了風(fēng)力16級或以上?的超強(qiáng)臺風(fēng)。”青島哈船智控科技有限責(zé)任公司總經(jīng)理張霖介紹。此外，風(fēng)陣系統(tǒng)中的每一臺風(fēng)機(jī)都可以獨(dú)立控制、獨(dú)立運(yùn)行，能夠物理模擬出海面上不同高度的風(fēng)速、風(fēng)壓差異。模擬出的風(fēng)環(huán)境更復(fù)雜、更細(xì)膩，既能實(shí)現(xiàn)“超級狂風(fēng)”，又能實(shí)現(xiàn)“和諧海風(fēng)”。

水池一端的造波裝置開啟后，20個造波搖板如同船槳一樣前后搖動，“海浪”開始由遠(yuǎn)及近、由小到大。搖板擺動幅度在加大、頻率在加快，“海浪”越來越高，最高達(dá)到了0.8米左右。“別看水池浪高只有0.8米，它模擬出的卻是22米高的海浪。”張霖解釋道。在造波裝置的另一側(cè)，消波裝置也開始工作，以減少回波對試驗(yàn)的影響。

此外，水池還配備有0到9米深度范圍升降調(diào)節(jié)假底。假底主要用于模擬近海到深遠(yuǎn)海不同水深的海底，并為錨泊系統(tǒng)提供支撐。水池配有動態(tài)捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、半物理實(shí)時仿真系統(tǒng)、各型傳感器及處理系統(tǒng)等系列高精度測量儀器及其輔助設(shè)施，這些設(shè)備“眼觀六路、耳聽八方”，全面記錄下水池的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

據(jù)悉，該水池是全國乃至全球少有的能夠同時開展水動力學(xué)和空氣動力學(xué)跨介質(zhì)試驗(yàn)的水池，具備深遠(yuǎn)海裝備測試研發(fā)的能力，具備開展漂浮式海上風(fēng)電裝備、深海礦產(chǎn)資源開發(fā)、極地冰區(qū)船舶等重大海洋裝備復(fù)雜試驗(yàn)的能力。水池的投入使用也將更好助力我國深海資源開發(fā)裝備的研發(fā)。

打通全產(chǎn)業(yè)鏈

加快成果轉(zhuǎn)化落地

傳統(tǒng)的近海風(fēng)電場多是用海底打樁的方式，在水深小于30米的海域建設(shè)，規(guī)模有限，發(fā)展空間易受到擠壓。

深遠(yuǎn)海范圍更廣，風(fēng)能資源更豐富、更穩(wěn)定，正在成為開發(fā)利用海上風(fēng)電的新熱點(diǎn)。“在水深超過30米的深遠(yuǎn)海打樁建設(shè)風(fēng)電場，建設(shè)難度、成本會大幅增加，漂浮式海上風(fēng)電就成了新的選擇。”張霖介紹。2022年，工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合發(fā)布《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計(jì)劃》，提出重點(diǎn)發(fā)展13兆瓦以上海上風(fēng)電機(jī)組，研發(fā)深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電裝備。

深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電裝備通常由風(fēng)機(jī)、塔筒、漂浮式基礎(chǔ)、錨鏈、電纜等多部分組成。目前，我國的海上浮式風(fēng)電技術(shù)與國外同處于起步階段，國內(nèi)僅有極少數(shù)漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，并且是小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

加快深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源開發(fā)，青島深遠(yuǎn)海裝備試驗(yàn)研究中心正在利用深遠(yuǎn)海裝備水池，研制發(fā)電功率為16兆瓦以上，可布局于水深70米到100米的漂浮式海上風(fēng)電裝備。

目前水池中央的兩臺試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼陂_展耦合試驗(yàn)，其中漂浮于水中的樣機(jī)主要是測試浮體，立在水池平臺上的樣機(jī)主要是測試風(fēng)機(jī)。兩個關(guān)鍵部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)融合在一起，從而模擬出漂浮式海上風(fēng)電裝備真實(shí)運(yùn)行情況。待試驗(yàn)達(dá)到理想結(jié)果時，兩者會實(shí)現(xiàn)真正意義上的合體，從而完成工程樣機(jī)的設(shè)計(jì)。時機(jī)成熟后，還會進(jìn)行小比例樣機(jī)示范、全尺寸樣機(jī)示范。

在推進(jìn)漂浮式海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)化方面，張霖也有十足的信心。青島深遠(yuǎn)海裝備試驗(yàn)研究中心聚合了高校、企業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，將整合關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、裝備智能制造、工程運(yùn)維及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等核心要素，推動形成長效、穩(wěn)定的事業(yè)共同體，以海上浮式風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，形成一整套深遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸與安裝試驗(yàn)技術(shù)，為研制低用鋼量、低成本、高穩(wěn)定性的深遠(yuǎn)海超大型漂浮式風(fēng)電機(jī)組提供技術(shù)方案，形成系列創(chuàng)新成果與示范應(yīng)用。

建設(shè)水池的目的是利用各類先進(jìn)的試驗(yàn)裝置、儀器設(shè)備開展復(fù)雜的模型試驗(yàn)。水池除了可用于漂浮式風(fēng)電機(jī)裝備研發(fā)，還可以開展水下機(jī)器人等研制。水池自啟用以來，一直處于高密度運(yùn)行狀態(tài)，幾乎每天都在進(jìn)行各類試驗(yàn)。目前也已有多家單位前來洽談、共享使用。

當(dāng)前，青島正加快建設(shè)“4+4+2”現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)體系，布局發(fā)展海洋裝備等新興產(chǎn)業(yè)，謀劃打造海洋風(fēng)電裝備母港。“下一步，我們將更好發(fā)揮深遠(yuǎn)海裝備水池平臺作用，實(shí)現(xiàn)資源共享，助推青島現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快推動形成海洋新質(zhì)生產(chǎn)力。”張霖說。（青島日報(bào)/觀海新聞記者  王世鋒）

責(zé)任編輯：張慕鑫