李大勇教授团队相关研究成果在Renewable and Sustainable Energy Reviews发表

蛇皮鳞片仿生吸力基础研发

近日，储运与建筑工程学院土木工程系李大勇教授团队在海上风力发电新型基础研发方面取得了新进展，相关研究成果以《一种新型仿生海上风电基础：鳞片式吸力基础》（An innovative bionic offshore wind foundation: scaled suction caisson）发表在能源领域顶级期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews，影响因子为15.9。论文第一作者为我校李大勇教授和第二作者为博士研究生赵继鹏，通讯作者为我校博士后吴宇旗，中国石油大学（华东）为第一署名单位。该研究得到国家自然科学基金和中国博士后科学基金项目的联合资助。

开发海上风能，减少化石能源消耗，推进能源体系清洁低碳发展，是保障我国能源安全和实现“碳达峰、碳中和”中长期目标的重要途径之一。据国家能源局和国际能源机构（GWEC）2023年所公布，2022年中国海上风电装机总容量达30.51 GW，占全球海上风力发电装机容量的44.44%。中国海上风电装机容量已稳居世界第一，风机技术研发也处于世界领先水平。随着2023年6月28日，全球首台16 MW海上风机在福建平潭外海完成吊装，标志着我国海上风机在高端装备制造、深远海风电施工等方面实现了重大突破。海上风机的基础结构是保障其安全运行的关键，但是施工造价占比高达25~35%。寻求新型基础结构及其安装技术革新，以降低基础工程造价，成为海上风电建设的首要问题。吸力基础是一种底部开口的薄壁圆桶结构。具有安装速度快、适用水深范围广、避免了使用大型驳船或巨大打桩设备，大大降低了施工费用。但是，目前传统吸力基础在应用过程中存在缺陷，例如，安装过程中桶壁阻力过大和超土塞效应影响导致吸力基础安装不到位，造成基础服役期间承载力损失。此外，面对吸力基础内部土塞与基础顶盖之间的空隙这一难点，当前工程界采用灌浆工艺进行填充，然而这一工艺不仅增加了施工难度和成本，而且灌浆结束后基础顶盖产生的溢浆作用将极大的造成海洋环境污染。面对这些问题，该团队对传统吸力基础进行了革新，研发新型吸力基础，达到利于沉贯、降低土塞量、提升承载力、免除灌浆工序的效果。

利用仿生学理念提出了一种鳞片式吸力基础，这一灵感主要启发于蛇类爬行动物前进时阻力减小，后退时阻力增大的原理。在吸力基础的外侧壁采用了仿生鳞片结构（简化为蛇腹皮肤层与鳞片所形成的三角区域）。其次，通过模型试验和数值模拟相结合的研究方法，对鳞片式吸力基础的可行性进行了大量研究，分析了吸力基础的沉贯特性和土塞效应，揭示了吸力基础的承载特性和破坏机理，证实了鳞片式吸力基础可降低土塞，具备消除灌浆工艺及提升承载力的效果，避免了灌浆液对海洋环境的造成污染。这项研究对深远海海上风力发电场的建设及海洋环境保护具有重要的指导意义。论文研究思路、研究内容和研究方法受到了5位匿名审稿人的一致好评和认可。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114208

（作者：吴宇旗、孟莹    责任编辑：郑健    审核：周辉）