深海探测与驻留装备发展研究

深海探测与驻留装备是发展海洋科学的重要基础。近年来,我国自主研发的相关装备进展良好,但在国产化过程中仍面临一些“卡脖子”技术问题,亟需攻克相应装备的技术短板,推动我国“透明海洋”能力建设。本文在分析深海探测与驻留装备发展需求的基础上,围绕深海通用感知探测设备、深海运载探测通用平台、深水多功能作业平台、深海通导定位装备、深海通用作业工具、深海有人与无人设备的智能控制系统等6个重点领域,系统梳理国内外相关装备的发展现状,深入辨析我国深海探测与驻留装备发展面临的问题。本文论证提出了我国深海探测与驻留装备的9个重点发展方向,涵盖探测装备能源补给、装备系统设计及优化、高功率密度动力、原位实验研究与开发、载人装备宜居与应急救援、水下动态网络定位、水下声光多模混合通信网络、作业人机混合决策与协同控制、人机交互效能评估及优化等关键技术。研究建议,坚持科学发展、加快启动重点海域建设,坚持统筹集约、高效推进共建共用共享,坚持创新驱动、持续发展新技术新装备,以推动我国深海探测与驻留装备的高质量发展。

深海采矿转场工况平台——水下系统耦合动力响应特性研究

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明:建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。

福州市深远海养殖发展现状与建议

推进福州市深远海养殖发展,是缓解近海养殖环境压力、优化海水养殖空间布局、保障水产品有效供给、促进福州市海水养殖业可持续发展的重要举措。本文介绍了福州市重力式深水抗风浪网箱发展情况、深远海大型设施化养殖平台发展现状及深远海养殖平台产权登记情况,指出福州市深远海养殖发展的困境,并对福州市深远海养殖的发展提出建议,以期为福州市深远海养殖发展提供参考。

基于现场监测的“深海一号”能源站在役动力响应状态评估

海洋浮式平台面临台风等复杂的海洋环境条件,准确掌握浮式平台在役动力学状态,对保障平台在役安全具有重要意义。以半潜式平台——“深海一号”能源站为例,开展了环境特征和平台服役动力响应状态评估。基于现场风、浪、流环境监测数据,发现实测风速极值在0~5年回归周期内大于设计条件,5年及以上回归周期则小于设计条件;实测波高频率成分变化显著,固定波浪参数的设计环境条件难以反映波浪的时变特征;实测海流剖面各层流向不同,与传统均匀流、剪切流或梯度流的设计环境条件形式均不一致。进一步通过波浪荷载时频拟合方法,建立了在役浮式平台完整环境荷载矢量时程,通过全耦合动力学计算发现,相同环境条件下设计数值模型的平台运动幅值大于平台真实运动,其原因在于上部设施变动等因素导致了浮式平台的物理参数发生了改变。研究实现了对半潜式平台服役状态的有效评估,证明了“深海一号”能源站设计的安全性和合理性。研究结果为在役浮式平台现场安全保障运维提供了依据,并为未来浮式平台设计优化提供了参考。

“深海一号”平台聚酯缆系泊系统设计

为实现聚酯缆系泊系统在中国南海首次应用,分析“深海一号”半潜式生产储油平台特点和入级规范对聚酯缆系泊系统的要求,从总体方案、单根系泊缆构成、计算分析方法等方面进行设计,结果表明,在南海的环境条件下,该聚酯缆系泊系统满足规范和项目实际要求。

深海油气生产半潜平台新能源供电应用探索

长期以来海上油气田平台的电能均为配置的发电机供给,随着国家碳达峰、碳中和目标要求以及技术的进步,运用其他绿色能源方式替代发电机的电能供给迫切需要且越发可行。海上有着天然的新能源优势,如风能、太阳能、潮汐能等,本文通过介绍深海油气生产半潜平台电力系统、新能源的供电类型,分析适用性及可行性,探索深海油气生产半潜平台新能源供电应用的可能性。

能耗剖析与绿色创新:深海平台能源效率优化

文章旨在对某深海平台的能耗进行剖析,并探索绿色创新策略以优化其能源效率。换热器作为一种关键设备,在深海环境中承担着重要的任务。为了提高其能源效率,文章对某深海平台中以换热器设备为主的系统能耗进行深入剖析。通过分析能耗数据,以提前发现潜在的能耗瓶颈和不高效的能源利用问题。基于能耗分析的结果,提出一系列绿色创新策略,旨在优化某深海气田换热器的能源效率。通过实施这些策略,期望能够显著降低某深海气田换热器的能耗,提高能源利用效率,并减少对环境的不良影响。文章对某深海气田的能源管理和绿色创新具有重要意义,通过深入剖析能耗,提出节能措施并加以实施,可以实现某深海气田设备的可持续发展和能源效率的显著提升。

美俄深海大型载人作业平台的发展

对美国和俄罗斯2个国家的深海大型载人作业平台技术的发展和应用进行梳理。回顾美国和俄罗斯深海大型载人作业平台的发展历程,分析几型现役、退役和概念型平台的主要技术特点。重点研究这类平台在研发、制造和应用方面的关键技术,总结以深海大型载人作业平台为核心的深海作业技术体系。研究结果对我国深海作业技术体系的发展具有一定的参考和借鉴意义。

深远海半潜式风电安装平台及锚泊系统设计

随着中国海上风电场开发建设逐步向深远海推进,基于近海风电场装运分离的安装模式已难以满足深远海风电场建设需求。针对深远海海上风电场施工难题,研发了一种装运一体化的半潜式风电安装平台及锚泊系统。围绕稳性和水动力性能确定了半潜式平台主尺度,确保其稳性满足规范要求,同时又保证其在迁移、作业和自存工况具有良好的运动性能;基于时域耦合分析法对平台作业工况和自存工况的锚泊性能进行了分析,验证了锚泊系统的安全性。研究结果表明,所设计的半潜式风电安装平台及锚泊系统可满足10MW+机组在深远海的装运要求,为深远海海上风电开发和海工装备建造提供了参考方案。

深海载人平台二氧化碳清除技术发展现状及趋势

梳理目前应用在海洋载人领域中的二氧化碳清除技术,指出深海载人平台二氧化碳清除技术的发展趋势。根据某深海载人平台特点,研制了一型二氧化碳吸收装置样机,开展了密闭舱温湿度不受控性能试验。试验结果表明,该设计方案完全满足平台应用需求,可为该类平台内二氧化碳清除设备的设计和使用提供技术支撑。

低频振动刺激对大黄鱼行为及生理影响

为了解低频振动刺激对大黄鱼行为及生理的影响,通过自制钢制水槽及作动器模拟养殖舱振动125 Hz(150 dB)、200 Hz(150 dB)分别对250 g组和500 g组大黄鱼进行连续1 h振动刺激试验,以此确定大黄鱼行为反应及生理生化指标变化(皮质醇、肾上腺素、甲状腺素)。结果显示:在振动刺激过程中,试验鱼未出现明显惊扰反应现象;250 g试验组,125 Hz频率条件下肾上腺素变化(增长约40.93%)最为显著(P<0.05),200 Hz频率条件下甲状腺素(增长约41.08%)变化最为显著(P<0.05);500 g试验组,125 Hz频率条件下甲状腺素(增长约28.68%)变化最为显著(P<0.05),200 Hz频率条件下也是甲状腺素(增长约41.79%)变化最为显著(P<0.05)且高于125 Hz频率组,故认为两组试验鱼均对200 Hz振动刺激更为敏感。本研究为提升大黄鱼的生长率、存活率以及深远海养殖新空间的新型海上养殖平台建设与发展提供参考。

深海载人平台总体任务可靠性分配方法

考虑到深海载人平台任务类型多样,不同作业任务之间差异较大,传统的以单一任务进行任务可靠性分配不适用于深海载人平台,根据任务频次占比提出平均任务可靠度的概念,考虑执行不同任务时涉及的系统、系统工作时间和所携带作业装备的差异,提出两种深海载人平台总体任务可靠性分配方法,算例分析两种方法的优劣与适用范围,两种方法都能兼顾多项作业任务,并根据任务难度和作业装备自身的可靠度水平,对各项作业分系统分配不同的任务可靠度指标。

水下大功率氢氧燃料电池辅助系统仿真分析

以某型使用燃料电池为动力系统的深海运载平台为对象,建立了其整个燃料电池辅助系统的数学模型,并以Matlab/Simulink软件为平台对该系统进行了建模仿真,在此基础上,根据平台在不同工况下的输出功率变化导致辅助系统冷却水温度的变化,对整个辅助系统进行动态仿真和分析。仿真结果表明,在深海作业平台的不同工况时,由电堆输出功率的变化引起辅助系统冷却水温度变化的过程中,辅助系统能够根据工况的不同为燃料电池电堆提供适合其温度范围的冷却水,并且在整个动态仿真过程具有较好的稳定性和动态响应。

面向深海养殖行业的工业互联网服务平台体系架构构建

随着新一代信息技术的快速发展,传统海水养殖行业已经迎来了产业转型升级的关键时期,海水养殖产业从近海走向深海,将工业互联网技术融入到深海养殖中是未来产业发展的必然趋势。分析了当前深海养殖行业数字化发展进程中存在的主要问题,阐述了未来深海养殖工厂工业互联网平台的体系架构,详细介绍了业务视图、功能架构和实施框架,提出了一种包含IoT接入层、基础设施层、平台层、区块链服务层、软件服务层的五层功能架构,可以满足未来深海养殖的信息化需求,提高海水养殖安全和运营效率,提升企业的综合竞争力,推进工业互联网赋能深海养殖行业数字化转型。为工业互联网平台在深海养殖中的应用提供思路,对未来深海养殖产业的发展具有创新意义和重要价值。

“深海一号”能源站开发模式关键技术研究与应用

为获得国内1500m水深区域的深水油气开发,国内展开了深水油气资源开发关键技术研究,在半潜式生产储油平台方面实现了重点技术突破和工程实践。“深海一号”能源站研究了“水下生产系统回接深水半潜式生产储油平台”开发模式,研究了半潜式生产储油平台母型船设计、半潜式生产储油平台陆地建造、钢悬链立管连接、聚酯缆系泊等关键技术,通过工程实践获得我国南海1500 m水域高产油气。该文对“深海一号”能源站“水下生产系统回接深水半潜式生产储油平台”开发模式进行了总结,并分析了“深海一号”开发模式下气田开发中后期水下生产系统升级的潜在需求,推动“深海一号”开发模式在南海深水、超深水油气开发中深入应用。

深海载人平台舵翼结构疲劳可靠性分析

对深海载人平台舵翼结构疲劳可靠性问题进行了研究,分析了舵翼结构的主要疲劳载荷和结构热点,提出了舵翼结构疲劳可靠性定量指标。以升降舵结构为例,建立了舵结构疲劳可靠性分析模型,给出模型中各参数的建议取值,并进行疲劳可靠性系数与疲劳寿命计算,计算表明:深海载人平台升降舵结构疲劳破坏几乎全部由水面砰击载荷导致,且采用1.5倍强度安全系数进行设计不能满足长期服役的疲劳可靠性要求。最后,研究给出满足疲劳可靠性要求的安全系数与寿命的关系曲线,可供设计人员参考。

深海一号的能耗分析与节能措施

深海一号是世界上首个凝析油储存半潜平台,是中海油首个深海半潜式生产平台。简要介绍了深海一号的能耗构成,天然气是项目的主要能源消耗,天然气消耗主要用于四个部分,其中燃气透平发电机消耗占比最大。分析了能耗系统,将深海一号的能耗系统分为发电机系统、湿气压缩机系统、干气压缩机系统、加热炉系统、上部组块系统、船体系统、凝析油外输系统和其他,其中发电机系统和干、湿气压缩机系统是主要耗能系统。阐述了项目的主要节能措施,实施燃气轮机高温排烟余热回收和压缩机变频调速是项目的两大节能措施。

自动化测斜监测平台在深海筑堤工程中的应用

海上围堤施工过程中需对深层土体水平位移进行监测,传统监测技术在自然条件恶劣如水深较深、风浪较大或安全风险较大等情况下无法正常实施,且不能满足对监测数据实时采集、分析、反馈,因此,自动监测系统进行实时监测具有重要实用意义。本文主要结合洋山四期海上围堤工程施工监测的实例,介绍了自动化测斜监测平台在深海筑堤工程中的应用,并通过对施工监测数据的分析和及时反馈,实现了对施工进度进行控制,同时对桩基监测平台进行了效益评价。

基于N-K模型的深海油气田生产平台建设风险分析

为降低深海油气田生产平台建设的风险,保障深海油气开发作业的安全稳定运行,从质量、进度、技术和安全4个因素识别生产平台建设过程中的风险,根据风险耦合机理,将风险因素划分为单因素、双因素和多因素耦合,并利用N-K模型对某深海油气田生产平台建设工程进行定量耦合分析。结果表明:风险耦合值与事故发生的频率呈正相关;多因素耦合的影响大于双因素耦合,其中,质量、进度、技术和安全4因素耦合值最大,耦合风险值为0.67,其次为质量和技术的双因素耦合,风险值为0.29。从质量、进度、技术和安全4个方面提出管理措施,以降低深海油气田生产平台建设安全的风险。

半潜平台高效电机节能改造探索

近年来,我国持续加强对企业碳排放的管理,海上油气田平台生产中节能减排变得更为重要。2021年6月,我国实施了新的电机能效标准要求。某深水半潜油气生产平台于2021年建成投产,该平台的多数电机未能满足此标准。如果全部更换为满足新标准的高效电机,则费用较高且原电机仍较新,而采用相关的电机节能改造,能在达到标准节能要求的同时兼顾一定的性价比。通过分析高效电机、电机节能改造相关技术的特点,结合半潜平台实际的生产需求及环境条件,探索讨论两者在平台应用的可行性和节能效果。