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面孔丨栽种一片海上“森林”的大工人

2023-05-18  点击:[]

【校友档案】

  李炜,2004-2010年硕士、博士就读于我校港口、海岸及近海工程专业。现任中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司新能源工程院总工程师、浙江省深远海风电技术研究重点实验室副主任、浙江省第十四届人大代表、中国青年科技工作者协会第六届理事。享受国务院政府特殊津贴专家、国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”、菲迪克(FIDIC)未来领袖奖入围奖、国家优质工程金奖突出贡献者、第五届杰出工程师青年奖、2023年浙江省五一劳动奖章。

  浙江舟山六横岛西南海域上,国电舟山普陀6号海上风电场坐落于此。63台风电机组构成的海上风电场,整齐地“栽种”在洋面,犹如一片广袤的海上森林,随风运转、产生电能。该项目获国家优质工程金奖,被誉为我国强台风、厚淤泥海域首个建成的海上风电工程,项目年发电量7亿千瓦时以上,可供应25万户家庭用电。

  作为设计、建造这片海上森林的“园丁”,李炜登上央视纪录片《总师传奇》。节目中,他侃侃而谈,将艰难复杂的海上风电建设过程,举重若轻地演绎。十余年间,伴随行业高速发展的东风,李炜从大工起航,驶向远方,成长为我国新能源海上风电领域卓越的领航员。

  新能源领域的“新”力量

  命运曾和李炜开了个小小的玩笑。2004年,李炜大四,从故乡山东渡过渤海湾,来到大工,参与结构工程专业的硕士研究生第一批面试。“很遗憾,面试没有通过。”初到凌水河畔,读研之路并不顺利,走在学校西门的石板路上,李炜陷入沉思……

  迷茫时,建工学部的老师联系李炜,建议他调剂到海动专业。“这里有十几位博士生导师,师资力量和专业水平都很强。”读研的希望,重新在李炜心中点亮。

“震耳的涛声和波浪冲来的小鱼小蟹。”这是李炜小时候对大海的第一印象。“能做和海洋相关的工作,一定很有意思。”选择海动专业,他走进大工,由此与海结下不解之缘,一干就是近二十年。

  读书期间,李炜所在的课题组和中国电建华东院合作,共同研究海上风电。他在完成本专业课程的同时,充分参与到海上风电领域的研究中。计算数据、查阅资料成了那段时间的家常便饭。

  一个海上风电场的海域部分主要包括风电机组基础结构、海上电气平台、海缆三大部分:海上风电机组通过基础结构,耸立在海面以上数十层楼的高度,通过风力驱动产生电能,之后通过集电线路汇集到海上电气平台,经过升压或换流,再由高压海缆输送到陆地。其中,海上风电基础投资占比通常超过20%,是决定项目经济可行的关键因素。海上风电场建设难度大、成本高,在大海里“植入”风机,要考虑复杂的海底地质、海浪波动、水文环境、防腐蚀等问题,需要对风场技术、电网连接方式、空间规划嵌入等因素进行充分评估。行业发展初期,国外技术封锁,自主研发不足,设计规范空白,建设经验匮乏,人才需求迫切,我国海上风电发展面临严峻挑战。

  临近毕业,当看到华东院在招聘博士后时,李炜第一时间投递简历。“作为新兴行业,挑战虽然严峻,但机会也一定更多。”如今,李炜庆幸当初自己的职业选择。

  中国电建集团华东勘测设计研究院,是我国最早开展海上风电领域的技术研究与工程建设的单位之一。彼时,华东院博士后工作站结合业务发展需要,招收海上风电领域博士后,这为刚踏出校门的李炜,提供了“结合实际工程需求做科研”的好机会。

  2010年,初夏的西子湖畔,李炜在入职协议上签下名字,成为华东院新能源方向的第一个博士后,赶上了海上风电行业发展的快车道。

  搞研究,李炜潜心笃志。

  初到华东院,李炜全身心投入到这个新兴行业,领衔技术团队,积极开展国际对标。课题研究时期,李炜主持设计我国海上风电领域首个大直径单桩基础,以及当时单机容量最大的全钢结构单立柱六桩基础。相关研究成果为之后的工程推广应用,奠定了坚实的基础。

  两载光阴未曾虚度。2012年博士后出站时,李炜已经是手握三项企业重大科技攻关课题、十余项专利、十多篇科技论文的海上风机基础设计领域专家。

  学成之时,一个个“重任”接踵而至。

两个金奖 多项纪录

  在江苏如东海上风电项目中,李炜主持设计了我国海上风电首个大直径单桩,攻克了多项世界难题,积累了超大直径单桩-土相互作用分析与设计经验。第一枪,李炜一鸣惊人,为之后其担任总工程师的滨海北H1等项目全部采用该项技术奠定了基础。

“把一个大家伙立在海里,安全是第一要素。”当时项目组缺少会数值仿真计算的工程师,项目工程倒逼李炜团队钻研和学习。行业发展初期,可参考的资料少之又少,研读外国前沿文献及工程资料与标准规范是必修课。“那段时间的检索资料,挑灯夜读,为自己打下坚实的专业基础。”

  受天气影响,海上风电项目建设窗口期有限。时间紧、任务重,是海上风电建设的常态。李炜需要带领团队在规定时间内完成设计、计算和出施工图。为模拟风电机组在海洋环境的表现,需要做桩-土相互作用实验。李炜赴多所高校和科研院所进行交流和调研,寻找能做离心机实验的实验室,还要在既定时间内,规划实验如何进行。一切看似时间紧迫,又井井有条。

  2017年,国家优质工程奖答辩在北京举行。那一天,李炜历历在目。“进入会场,一个大长桌。协会领导坐在正前方,众位行业专家评委落座两侧。”紧张与兴奋,在李炜心中交织。

  作为答辩“替补队员”的李炜,出色地完成了评委的问题回答。中电投滨海北H1#100MW海上风电项目最终赢得评委一致认可,如愿获得国家优质工程金质奖,成为国内风电工程首个获得国家优质工程金质奖的项目。李炜作为项目总工程师,摘得“2016-2017年度国家优质工程金质奖突出贡献者”称号。

  如果说江苏滨海项目是阶段性成果,那浙江舟山普陀项目就是里程碑,标志着李炜成为行业的翘楚。

  时间回到2014年,正在开会的李炜接到电话,指派他出任国电舟山普陀6号海上风电2区项目的总工程师。

  对于这项新任务,李炜责无旁贷。舟山普陀六横岛海域风能资源丰富,但与此前江苏海域最大的不同就是,这里台风多发,海底淤泥较厚,海域涌浪较大。

“技术可行,经济更优”是李炜从事海上风电建设中对自我以及项目团队的基本要求。为满足厚淤泥条件下的基础承载力,李炜领衔团队经过精密计算与桩-土相互作用实验,结合当时国内施工装备与工艺水平等条件,决定采用八根钢管桩与钢筋混凝土承台组成的高桩承台基础型式,结合海域风浪条件恶劣,波浪对承台造成巨大冲击力或浮托力等情况,研发了高强预应力锚栓连接式高桩高承台基础,同时又通过桩端内部设置“十字隔板”增强土塞效应进而提高抗压承载力、桩端外部设置“倒刺”提高抗拔承载力,完成了多个“奇思妙想”和数次“设计优化”。

  往40米深的淤泥打桩,如同在豆腐块里立筷子,难度可想而知。

“解决新问题、创造新成果带来莫大的满足感。”李炜带领团队在短时间内不断优化设计方案,修改模型,完成了风电机组基础整体优化。在确定新的设计方案之后,桩和承台被成功“栽种”在海里。在李炜团队的努力下,在保证项目安全、项目进度的同时,有效降低了基础造价,单台基础造价节约300万元,63台基础,节约近1.89亿元人民币。

  2017年11月,伴随清晨的第一缕阳光,国电舟山普陀6号风电场第一台风机吊装完成,随后62台风机也被成功“栽种”在海里。竣工仪式上,鞭炮声在波涛中回响,李炜悬着的心得到片刻沉静。12月,首批风电机组并网;2019年初全部机组并网投产,标志着舟山普陀项目圆满成功。

  2019年8月,超强台风“利奇马”席卷过境。风卷残云之后,舟山风电场的63台风机外部结构,电气机组一切正常,成功抵御住超强台风的正面冲击。项目获得2020-2021年度国家优质工程金奖,成为海上风电领域第2个国家优质工程金奖项目,李炜成为手握海上风电领域前两个国家优质工程金奖奖杯的项目总工程师。舟山风电场也被誉为我国强台风、厚淤泥海域首个建成的海上风电场,为我国海上风电工程技术进步,打造了可复制、可推广、可借鉴的新经验。

三十七岁的总工

“天时、地利、人和”是李炜强调最多的一点。

“不是我一个人的功劳,团队的通力合作,与建设单位及各参建方的充分沟通协作,团结一心,才使得一个个项目顺利完成。”2018年,在37岁的年纪,李炜成为华东院新能源院总工程师,管理数百人的技术团队。在主导项目设计的同时,他还“带”出一支技术过硬的队伍。

  伴随项目组扩大,建立“标准”和“规范”十分重要。为此,李炜牵头草拟《海上风电场(含潮间带)导管架基础结构计算手册》。“当时思路很简单,未来项目越来越多,人也会越来越多,有一个统一的执行手册利于提高效率。”从开始的几十页,到后来的几百页,李炜字斟句酌,在手册里告诉大家如何计算、怎样取值。

  有手册傍身,华东院海上风电项目组的工程师们,从单打独斗的野战军,变成协同作战的正规军。以设计手册为蓝本,李炜担任主要起草人编写完成了我国海上风电基础设计的国家标准和行业规范。重效率、善总结,让李炜领航行业发展。

李炜校友荣获2023年浙江省五一劳动奖章

深耕海洋、筑梦未来

  截至2022年底,华东院已建成海上风电项目发电量达1700多万千瓦,全国占比近60%。其中,李炜担任项目负责人的项目近200万千瓦,全国占比约6.6%。

  李炜团队设计建成各类风电机组基础已超4000座,并取得了系列关键技术:

  首创无灌浆段超大直径单桩技术,成功解决传统单桩与塔筒采用灌浆连接方式的疲劳开裂失效风险,提出长期服役承载机制及控制技术,实现了“直径9米、桩长百米”的2000t级单桩满足25年服役期转角小于0.25度、基础-塔筒-机组整体频率0.2~0.3Hz的严苛运行要求,技术成果转化应用超3290座,坐落于江苏、浙江、福建等地,实现了我国海上风电单桩零突破和集约式推广,并成功开拓国际市场,为越南海上风电建设提供了中国技术方案。

  研发的适于“厚淤泥、大涌浪、强台风”复杂海洋环境的高强预应力锚栓连接式高桩高承台基础,基于首次实施海上超百米桩长现场基桩试验与数据反演分析,通过揭示"桩-承台-荷载-海床-风浪流"力学失效机理,攻克了40~60m淤泥、强台风海域风机基础选型难题,已推广应用480余座。

  发明的“桩-桶复合基础”,攻克“桩-桶-土”协同地基承载模式和长期循环变形预测与控制难题,成功实现替代浅基岩海域嵌岩基础的全球首次应用,将海上施工效率由三周缩短至一周,极大降低风电造价,并避免了基岩钻孔塌孔等安全风险,为浅覆盖层岩基海床海域风机基础结构选型提供了有效的系统解决方案。也实现了全球首次成功应用,入选2021年度中国十大海洋科技进展。2023年3月,实现了在浙江强台风、厚淤泥海域的首次工程应用。

  2022年9月,菲迪克未来领袖奖公布入围者名单,李炜成为全球仅三位入围者之一,这也是中国人首次入选。菲迪克(FIDIC)即国际咨询工程师联合会,是被世界银行认可的、国际上最具权威的咨询工程师组织,是世界各国咨询协会的全球代表机构,菲迪克协会所颁奖项也被誉为国际工程咨询领域的“诺贝尔奖”。

  二十年的风雨兼程,他见证了中国海上风电行业的高速发展,收获了自信与荣耀,但他更希望看到的,是这片“森林”能在祖国的海上继续蔓延。



内容来源:校友工作处

编辑排版:马银

责任编辑:田庆战 俞洲








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