當(dāng)前,全球變暖和能源危機(jī)是共同困擾著人類發(fā)展前景的問題,傳統(tǒng)能源被風(fēng)能、太陽能等新能源取代是大勢所趨。海洋漂浮式風(fēng)電是風(fēng)能開發(fā)走向深遠(yuǎn)海的必由之路,是國家能源轉(zhuǎn)型的重要課題。華南理工大學(xué)船舶與海洋工程系主任樊天慧教授長期致力于漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域的研究工作,取得了杰出的成就。

樊天慧教授在中國首臺浮式風(fēng)電基礎(chǔ)平臺下水現(xiàn)場
樊天慧,中國科協(xié)首屆中國科技青年論壇二等獎獲得者,中國海洋工程咨詢協(xié)會科學(xué)技術(shù)二等獎獲得者,現(xiàn)任華南理工大學(xué)船舶與海洋工程系主任。近年來,樊天慧教授團(tuán)隊深耕于漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域,并在性能分析、優(yōu)化設(shè)計以及模型試驗等方面取得了一系列創(chuàng)新性成果并完成應(yīng)用轉(zhuǎn)化,作為唯一高校參與單位,承擔(dān)了廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展重點(diǎn)項目“浮式海上風(fēng)電平臺全耦合動態(tài)分析及其裝置研發(fā)”(三峽集團(tuán)牽頭并投資3億元),支撐建設(shè)了中國首臺漂浮式風(fēng)電裝備工程“三峽引領(lǐng)號”,實現(xiàn)了中國在該領(lǐng)域零的突破。上述漂浮式海上風(fēng)電裝備單機(jī)容量5.5兆瓦,安裝成功后每年可以向粵港澳大灣區(qū)輸送出1650萬度清潔電能,同時減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗5100噸、二氧化碳排放13800噸。
以優(yōu)異的成績脫穎而出
1987年,樊天慧出生在遼寧鐵嶺。他說,自己“小時候”就很喜歡讀書。初中時期,樊天慧的學(xué)習(xí)成績排名全市前幾名,高中時期,排名全市前三十,高考時考入了大連理工大學(xué)工程力學(xué)系,又因表現(xiàn)優(yōu)異,一路保送直接攻讀博士學(xué)位。
不過,若就此以為樊天慧是一個只會讀書的“書呆子”便大錯特錯了。學(xué)生時代,樊天慧可以稱得上是校園的“風(fēng)云人物”。業(yè)余時間,他涉獵廣泛:籃球、游戲、文藝匯演,無論哪一方面拎出去都很能“打”。這樣一個活在同齡人聚光燈下的人,最終卻選擇了科研,自然是因為熱愛。
大學(xué),樊天慧攻讀的是工程力學(xué)專業(yè),師從時任大連理工大學(xué)校長、中國工程院院士歐進(jìn)萍。“我們這個專業(yè),既可以選擇海洋方向,又可以選擇航天或者土木工程等方向,我最終選擇了海洋。海洋中蘊(yùn)藏著豐富的生物資源、油氣資源和可再生能源,未來能源開發(fā)的重點(diǎn)一定是海洋。”
博士畢業(yè)后,樊天慧被引進(jìn)到華南理工大學(xué),繼續(xù)從事海洋工程的研發(fā)工作。大連到廣州距離遙遠(yuǎn),樊天慧說,自己相中的是廣東毗鄰南海的區(qū)位優(yōu)勢。“南海自然資源豐富,無論從戰(zhàn)略上還是軍事上都非常重要。大學(xué)時期我所在的團(tuán)隊進(jìn)行了深海浮式油氣平臺方向的研究,主要針對目標(biāo)就是南海。”
勇做第一個吃螃蟹的人
據(jù)介紹,未來海洋工程的發(fā)展方向,大致可分為三個方向:深遠(yuǎn)化、綠色化、智能化。2018年起,樊天慧開始進(jìn)行深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電開發(fā)的研究工作。
“我國近海區(qū)域30米水深以內(nèi)的范圍風(fēng)資源開發(fā)技術(shù)比較完善,基本可以達(dá)到商業(yè)化的條件,目前正在向40米~60米的范圍探索。國際上公認(rèn),如果水深超過50米,采用浮式基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)是一種較為經(jīng)濟(jì)的方式。可以說,漂浮式風(fēng)機(jī)是開發(fā)深遠(yuǎn)海風(fēng)資源的必由之路。”
樊天慧說,對于一些最早發(fā)展海上風(fēng)電的國家,海上浮式風(fēng)電已經(jīng)從當(dāng)初的數(shù)值分析和試驗驗證階段跨入了大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段,風(fēng)機(jī)機(jī)組不斷大型化,風(fēng)電的成本也在不斷下降。而我國現(xiàn)有的海上風(fēng)電場多由固定式風(fēng)機(jī)組成,浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)仍處于初級階段。
樊天慧所在項目團(tuán)隊研究的,正是如何實現(xiàn)我國第一臺浮式風(fēng)機(jī)的應(yīng)用示范,其與我國已建成固定式風(fēng)機(jī)不同:脫離穩(wěn)固的大陸架,完全漂浮于海上,由錨泊系統(tǒng)連接到海底。
首吃螃蟹的人注定要面臨更多困難。歐美地區(qū)海上的平均風(fēng)速很高,但海況平靜,非常適合發(fā)展海上風(fēng)電。而我國南海的平均風(fēng)速高,但臺風(fēng)頻發(fā),極端風(fēng)速出現(xiàn)的頻率高,海況相對惡劣,尤其臺風(fēng)通常會伴隨著極端海況同時出現(xiàn),對于我國浮式風(fēng)電建設(shè)提出了極大的挑戰(zhàn)。此外,我國的水深也不利于浮式風(fēng)電的發(fā)展,對于成本經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。
此外,樊天慧也在開始探索海洋工程的智能化方向研究,主持國家自然科學(xué)基金委面上項目“海上浮式風(fēng)機(jī)的新型主動式實時混合模型試驗方法研究”,并作為課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃“大型海洋構(gòu)筑物損傷檢測與修復(fù)智能作業(yè)裝備研制及應(yīng)用示范”。他們要研發(fā)一種水下機(jī)器人,能夠?qū)λ聵?gòu)筑物進(jìn)行檢測探傷與修復(fù)作業(yè)。
“這個機(jī)器人會有機(jī)械手臂,能夠潛入500米的深水活動,在水下攀爬轉(zhuǎn)場。相比人工來說,工作時間長,效率更高。” 樊天慧說,目前項目仍處于研發(fā)階段,但機(jī)械臂已初具雛形,“沒有白忙活,算做出了階段成果。”
一往無前,堅持就是勝利
2021年是廣州市科協(xié)“青年人才托舉工程”舉辦的第三年,作為首批入選者,樊天慧在相關(guān)工作會議作為優(yōu)秀代表進(jìn)行了發(fā)言。他說,青年人才托舉工程是一個機(jī)會和平臺,能讓許多優(yōu)秀的人聚在一起,攜伴同行。“有時候太累了,會想著偷偷輕松一下。但當(dāng)看到這么多人和你一樣拼搏前行之時,就會激勵自己,堅持下去。”
能力越強(qiáng),責(zé)任越大。目前,樊天慧還兼任廣州市青科協(xié)理事長,廣東省青年聯(lián)合會委員,中國造船工程學(xué)會理事,廣東造船工程學(xué)會常務(wù)理事、副秘書長、船舶新能源與節(jié)能減排技術(shù)專委會副主任,廣東省青年科學(xué)家協(xié)會常務(wù)理事、制造與工程科學(xué)專委會副主任,廣州市首批“青年人才托舉工程”青年科技人才稱號獲得者(海洋學(xué)科唯一),國家科技部、國家自然科學(xué)基金委、廣東省科技廳等項目評審專家,領(lǐng)域內(nèi)知名SCI期刊Journal of Hydrodynamics編委,SCI期刊JMSE(Q1)以及Frontiers in Energy Research等客座主編與客座編輯。
近五年,樊天慧獲得了廣東省自然科學(xué)基金杰出青年項目資助,并主持國家自然科學(xué)基金面上項目、青年項目,J委裝備發(fā)展部HY行動創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用項目,廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)項目(總經(jīng)費(fèi)1000萬元,項目負(fù)責(zé)人),廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目課題兩項,廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展重點(diǎn)項目課題、子課題,廣東省科技計劃項目粵港澳大灣區(qū)國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)專項等二十余項科研項目。作為第一發(fā)明人申請、授權(quán)國家發(fā)明專利10項, 在Ocean Engineering 、Renewable and Sustainable Energy Reviews等領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊發(fā)表期刊論文59篇,其中SCI期刊論文37篇,一區(qū)論文25篇,ESI高被引論文1篇。在漂浮式風(fēng)電系統(tǒng)裝備性能分析方法、設(shè)計方法以及試驗方法方向上的研究成果已經(jīng)進(jìn)行應(yīng)用轉(zhuǎn)化,三峽集團(tuán)投資約3億元,于2021年7月建成我國首臺漂浮式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)裝備“三峽引領(lǐng)號”。
展望未來,樊天慧將基于現(xiàn)有成果,把研究重心延拓到海洋多體可控結(jié)構(gòu)以及新材料在海洋工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用上來,以解決大容量漂浮式風(fēng)電建設(shè)難題以及海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迫切需要的降本增效問題,助力我國漂浮式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。(文/陳偉)

樊天慧教授在中國首臺浮式風(fēng)電基礎(chǔ)安裝現(xiàn)場