“三峡引领号”是国内首个海上漂浮式风力发电系统装备示范工程，已于2021年12月在广东阳江海上风电场成功并网发电。作为能源领域的首台（套）重大技术装备项目，“三峡引领号”在建造过程中相关重要科学问题的解答离不开樊天慧团队的付出与努力。通过漂浮式风电系统装备示范工程背后的故事，我们不仅看到了由重大工程需求引导的基础与应用基础创新，还感受到了奋斗在一线的青年科学家的格局视野。
“三峡引领号”海上一体化拖航
逐浪深海 实现漂浮式风电零的突破
《广东科技》：首先，请您介绍个人及所在机构的基本情况。
樊天慧：我长期从事海洋工程深远化、绿色化以及智能化的相关研究，主要包括海洋工程装备，尤其是海洋可再生能源系统装备的优化设计、性能分析与试验技术等。近年来，主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目，广东省自然科学基金杰出青年项目，广东省海洋经济发展重点项目，广东省重点领域研发计划项目，广东省科技计划项目“粤港澳大湾区国际科技创新中心建设专项”等科研项目十余项。其中，广东省海洋经济发展重点项目“浮式海上风电平台全耦合动态分析及其装置研发”总经费约1.7亿元，研究成果已应用转化，支撑建设了我国首个漂浮式风电系统装备示范工程，实现了我国漂浮式风电零的突破。
华南理工大学船舶与海洋工程系创建于1958年，由土木与交通学院以及海洋科学与工程学院共同支撑，服务于海洋强国战略、南海战略以及“一带一路”倡议，助力粤港澳大湾区海洋经济发展。船舶与海洋工程系具有从培养船舶与海洋工程专业本科生，船舶与海洋结构物设计制造、轮机工程、水声工程专业的硕士研究生，船舶与海洋结构物设计制造专业博士研究生到博士后完整的人才培养体系，建系至今，为我国船舶工业、国防建设、海洋资源开发、交通运输等行业和部门培养了大批专业技术和管理人才，是华南地区唯一具备完整专业教育体系，培养船舶与海洋工程领域高层次专门人才的学科。 船舶与海洋工程系设有华南地区最大的船模拖曳水池实验室、海岸与近海工程实验室、船舶与海洋工程先进材料研究中心，可以进行船舶快速性、耐波性、船体节能装置、新型推进器、海洋结构物水动力学分析、船舶与海洋新型材料等试验工作。院系积极开展产品研发、成果转化、科技服务等方面的工作，设有广东省甲级船舶设计资质的船舶与海洋工程研究所、广东省船舶与海洋工程技术开发中心以及广州现代产业技术研究院船舶技术研发中心。
《广东科技》：逐浪深海并非易事，在我国首个漂浮式风电系统装备示范工程项目中，您及团队付出了怎样的努力？
樊天慧：我国海上风能资源十分丰富，尤其南海海域风能资源最具开发潜力。南海具有特殊的战略地位和复杂的地缘态势，开发南海深水区的风力资源对抢占南海战略资源、确保我国海洋国土权益、实现海洋强国都有重要的战略意义。海上漂浮式风资源开发装备是开发南海深远海风资源的必由之路，部分欧洲国家已从漂浮式风电示范工程步入商业化之路，而此前我国在海上漂浮式风电示范工程方面还是空白。
为实现我国海上风电零的突破，我们对漂浮式风电系统装备性能分析、设计及物理模型试验方法中的公认难题和普遍问题展开了大量、深入的研究工作，取得了系列创新性成果：
分析方法方面，我们揭示了海床摩擦力对锚泊阻尼的影响机理，提出了锚泊阻尼计算新方法和基于Laplace变换的等价状态空间漂浮式风电动力性能分析方法，大幅提高了计算精度与效率。
设计方法方面，我们突破了锚泊只能约束水平运动的传统认知，提出了适用于漂浮式风电的锚泊设计新方法及新形式，不仅大幅减小了风电装备的运动响应，还进一步控制了工程成本。
试验方法方面，我们通过运用实验室低雷诺数条件下的模型叶片设计新方法，实现了全风速推力相似，运用锚泊静动力等效截断的漂浮式结构模型试验方法，同时实现了浮式结构波频和低频运动响应的高精度模拟，形成了多场、多尺度条件下真实有效的高精度模型试验方法。
应用转化方面，中国长江三峡集团有限公司投资约3亿元，成功建设了我国首个漂浮式风力发电示范工程“三峡引领号”，并已认定为我国能源领域首台（套）重大技术装备项目，成功实现我国海上漂浮式风电零的突破。我们在2021海洋清洁能源技术与装备高峰论坛、第七届中国海上风电大会及2020年岭南科学论坛上，均就海上漂浮式风力发电系统装备研发作主题报告。
“三峡引领号”示范工程锚泊系统回接
需求牵引 优化基础研究资助管理
《广东科技》：在研究过程中，有涉及基础与应用基础研究吗？您是如何开展相关工作的？
樊天慧：海洋工程作为典型的工科，我们主要进行的是由重大工程需求引导的基础与应用基础创新。海上风电是海洋经济发展、服务“双碳”目标的重要支柱产业，漂浮式风电开发则是风能资源开发走向深远海的必由之路，因此，我们根据海上漂浮式风电产业的发展需要，瞄准了其中需要解决的重要科学问题。
举例来说，海上固定式与漂浮式风电开发最主要区别为，固定式海上风电装备是通过结构变形来抵抗外部荷载，而漂浮式风电是通过锚泊系统连接到海底，属柔性顺应式结构，通过系统运动来抵抗外部荷载，因此，锚泊系统是决定漂浮式海上风电装备性能的关键因素。锚泊阻尼一定程度上决定了低频共振运动的幅值，而100米以下水深锚泊系统的强非线性特征又决定了整体系统的运动响应性能。我们抓住上述实际需求，提出了新的考虑海底摩擦力的阻尼计算方法，揭示了浅水锚泊系统的非线性作用机理，这属于基础研究范畴。
樊天慧在中国海上风电大会暨产业发展国际峰会上作主旨演讲
基于上述基础研究，我们又细化了适合南海漂浮式风电装备的锚泊系统设计方法，形成相关优化设计软件，填补了领域空白，解决了重要技术问题。随后，我们进一步创新，提出了新型空间分布式锚泊形式，极大提高了装备性能并降低了成本。这就是典型的应用基础创新。
《广东科技》：在基础及应用基础研究方面，国内外有哪些先进经验可以借鉴？
樊天慧：首先，可以考虑优秀项目滚动支持。基础与应用基础研究基金类项目通常体量不大，但解决的关键问题相对集中。项目执行时，除了形成优秀的创新性成果，往往还会伴随发现新的系统性问题。对于此类优秀项目以及信誉良好的科技工作者，可考虑给予滚动资助支持，提高研究的系统性与连续性，使科研工作者免于配合各类申请，专心在研究领域作出系列创新成果。
第二，提高项目管理自主性（包括经费与技术路线）。目前，部分试点项目推出了包干制，但是大部分对预算的要求特别高，甚至预算也需做详细的财务审计。科学探索具备一定的不确定性，经费预算、技术路线也常有微小变更。因此，在项目评价上，可以考虑容许技术路线某些细节的变更，更注重总体目标和成果的考察和评价；经费预算上，考虑给予项目负责人更高的自主权，合理利用经费，充分发挥预算的助力。
第三，鼓励产业推动的创新。美国除了财政经费支持外，其工业联合体在明确自身问题和诉求的基础上，也会设立一些专项研究基金，由学界和产业界组成联合项目团队共同完成科研攻关，学术成果共享给工业联合体（资金提供方）。广东省自然科学基金委关于海上风电联合基金的尝试就很好地迈出了这一步，但在具体题目的提出、执行和结题等方面，还是贴近原有体系。如果联合基金后续执行效果良好，可以考虑让工业界更多地参与到立项过程中，并根据出资情况，在立项阶段就明确成果的共享属性，让科研成果切实助力产业发展。
苦练内功
寄语青年提升格局、开阔视野
《广东科技》：结合工作实际，谈谈青年科学家/青年科技工作者如何提高基础研究创新能力？
樊天慧：结合个人科研经验，我认为青年科学家/青年科技工作者可从以下几个方面着手：
一是提升战略高度。我认为青年科学家/青年科技工作者常见的问题就是缺乏更高的视角与系统的布局，提升战略高度与开阔格局视野，可以更好地把握科研方向，凝练科学问题。
二是提高凝练关键科学与技术问题的能力。对工科而言，提出问题、凝练问题的能力是科技创新的核心和根本，怎么把产业、工程上的问题，从科研基础创新的角度提出来并凝练成关键的科学与技术问题，是提高基础研究创新能力的关键。
三是打好研究基础。任何创新都不是无源之水、无根之木，创新一定是建立在优秀的科研基本功、良好的研究基础上的。这就要求青年科学家/青年科技工作者要奋斗在一线，夯实自己的科研业务能力。
四是保持较高的文献阅读量。坚持专业文献的阅读，了解世界范围内本领域科学家的研究方向、研究进展、研究方法并研判可能的发展趋势；对跨学科内容进行有意识地探索和了解，尤其是数学、物理、化学、材料、计算机等学科，最新的研究成果和方向往往对本学科的科学问题有一定影响。只有对世界范围内多学科的科研工作、进展与成果有了充分的了解，才能水到渠成地开展创新研究工作。
《广东科技》：在提高学生创新能力及综合素质方面，您有什么建议？又到了高考之际，对考生有何寄语或祝福？
樊天慧：学生创新能力与综合素质的培养，可以从培养战略格局、了解前沿技术入手，夯实学科基础，加强实践教学。华南理工大学在培养学生创新能力与综合素质方向上做了很多有益的尝试，包括：开设新生研讨课，与学生研讨学科大背景与大方向，如我和其他3位教授联合主讲了新生研讨课《海洋工程与国家海洋战略》，培养学生大局观，调动学生爱国热情；开设学科前沿技术课程，如我在《海洋工程前沿技术》课程中，为学生讲解世界范围内海洋工程发展的前沿进展，提升学生国际视野；打造重视基础课程的培养方案，为学生继续深造以及工作提供良好支撑；开设丰富的实习实践课程，通过“大学生研究计划”等活动让学生尽早参与实际科研，华南理工大学也在历届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛中取得了优异的成绩。
在高考之际，希望广大青年能做到胸中有火，眼里有光，既要眼望星空，又得脚踏实地，扎扎实实奋斗，为中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。
《广东科技》：最后，请您讲述个人研究领域未来发展的趋势。
樊天慧：就个人的研究方向（海上风电装备研发），我简单谈谈未来发展趋势。
一是在解决了海上风电装备能否建设的问题后，如何更好地建设和降本增效将是下一阶段的主要目标，包括更高效、更精准的分析方法，更适宜的设计方法，新的设计标准，更精准的试验方法及新材料使用等。
二是海上风电正处于建设大发展阶段，3年~5年后，运维装备与智能运维是我们必将面临的问题，因此，研发专业高效、高通达性、窗口期长且适用于我国海域的风电运维装备是我们现在必须着手进行的工作。智能化则是海上风电运维发展的主要方向，包括基于数字孪生的海上风电场智能健康监测，基于智能系统的无人机、无人船现场检测，基于大数据与机器学习的虚拟专家辅助决策系统等。
三是海上风电场综合利用。随着海上风电场走进深远海，长距离电力输送将造成成本的增加，海上风电场综合利用将是海上风电领域研究的趋势之一。比如，发展分布式海上风电制氢，将风能直接转化为氢气资源，便于储存和运输；海上风电场与海洋牧场、海上旅游、岛礁建设等的综合利用，也都为海上风电场综合利用提供了新的思路。
四是超服役期装备拆解问题。从环境与生态保护的角度出发，我们要考虑到服役期过后海上风电装备的拆解问题，包括如何安全拆除、二次利用已拆除装备等。
目前，我们正在研发可对水下构筑物进行检测探伤与修复作业的水下机器人，也在开展海上风电运维装备与技术的科研攻关工作，如开发智能数字孪生系统等对海上风电设备进行智能健康监测。未来，针对海洋工程向深远化、绿色化、智能化发展的趋势，我们将继续深耕，从装备研发到智能运维全产业链支撑海上风电的发展，扩展风能多能互补与综合利用的可能性。
樊天慧在“三峡引领号”码头安装现场
（本文素材及图片由受访者提供）
【专家简介】
樊天慧，副教授，现任华南理工大学船舶与海洋工程系副主任，广东青联委员、广东造船工程学会常务理事、副秘书长，广东省青年科学家协会常务理事、制造与工程科学专委会副主任，广州市青年科技工作者协会副理事长。曾获广东省自然科学基金杰出青年项目、广州市首批“青年人才托举工程”青年人才称号（海洋学科唯一），申请发明专利10余项，发表高水平学术论文40余篇。担任科技部、国家自然科学基金委、广东省科技厅、广东省科协等项目评审专家，领域内知名SCI期刊Journal of Hydrodynamics编委，Frontiers in Energy Research客座编辑以及《中国海洋平台》期刊副主任编委。
（编辑：陈岚）
（微信编辑：孙进、刘诗雨）
原文刊载于《广东科技》2022年第7期
