如今华南理工大学船舶与海洋工程实验室几乎与樊天慧读博时的环境一样。打开实验室的门,感觉像来到一个光线昏暗、水质浑浊的泳池。而不管冬天还是夏天，樊天慧需要经常穿着水裤，到水中安装仪器设备、布放系泊装置。8年前他在大连理工大学读博士时，冬天钻进刺骨的水中，要先在橡胶水裤中穿上棉裤，上身套上羽绒服，然后在实验室一待就是一整天，即便如此，泡在冰冷的水中他还是觉得寒气逼人。来到广州后，水温终于高了些，不用再在零下20摄氏度的天气里还往水里钻了。
2021年12月，国内首个海上漂浮式风力发电系统装备示范工程“三峡引领号”，在广东阳江海上风电场成功并网发电。该装备也是国内能源领域的首台（套）重大技术装备项目，华南理工大学作为此项目唯一高校科研单位参与其中，樊天慧以及团队为此大国重器的研发贡献了华工力量。如今，樊天慧和团队又在为我国首个海上漂浮式风电场建设提供科学技术支持，需要经常往海南跑。“今后，南海海域风资源开发将逐步走进深远海，不仅可以建立起我们国家自己的漂浮式风电场，部分装备还可以为岛礁、油气田供电，未来还会有漂浮式风电制氢装备等海上风能资源综合利用装备，相当于在海上我们有能力建设一座座移动的海洋风能利用装备，为深入开发海洋、获取清洁能源做出贡献，为实现国家‘双碳’目标提供助力。”说起自己所从事科研项目的重大战略价值，樊天慧豪情满怀。
如今，虽然才30多岁，但樊天慧主持了多项“国”字号项目，作为课题负责人承担了多项省部级重点项目，为国研制“大国重器”，并获得了广东省杰出青年项目支持。研发海上风电装备，樊天慧需要经常深入一线，到码头甚至出海也是家常便饭。一年当中，他甚少有时间享受家庭生活。
樊天慧
为国铸重器 做实验时他险些丢掉性命
学生时期，樊天慧的研究方向是深海浮式油气平台方向,主要针对目标就是开发南海，而他认为可再生能源是未来能源开发利用的主要方向，而海上风电是海洋可再生能源中最具工程商业化发展潜力的方向。于是，樊天慧调整了方向，转向海洋可再生能源领域，投身于海上漂浮式风电研发工作中。2016年，博士毕业后，樊天慧被引进到华南理工大学。“博士期间我做的是深海漂浮式装备、水动力学分析、锚泊系统研发、模型试验方法等研究工作，主要服务的是南海海洋油气工程，这些研究的开展服务的目标就是南海。而广东毗邻南海，也是海洋大省和强省，所以我决定到广州工作。”说起与广州结缘，樊天慧如是说。
很多人对海边的“大风车”很熟悉，那是固定式风力发电机。但对于漂浮式风力发电机却了解不多。樊天慧拿出一张纸，在纸上画了一个“不倒翁”告诉记者，固定式与漂浮式风电区别在于，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，以系统运动来抵抗外部荷载，减小结构受力，相当于练的是太极功夫。大海中经常有惊涛骇浪，这座头重脚轻的“不倒翁”何以屹立海中？浮体基础和锚泊系统是关键。相对于固定式海上风电深深地将整体结构插入泥沙里，漂浮式风电机依靠浮体基础支撑起风车和自身的重量，并用锚泊系统连接海底。锚泊系统是连接浮体支撑基础与海底的机构，这几条“粗壮的绳子”是保障海上漂浮式风电运动性能以及服役安全的核心技术。“锚泊系统可以理解为连接浮体基础和海底的弹簧，既不能让弹簧‘太硬’，那就起不到卸力的作用，导致结构应力增加，还会导致发生共振运动的风险；又不能让这个弹簧‘太软’，锚泊系统控制了漂浮式风电装备的最大漂移距离，‘太软’的锚泊系统不能提供足够的回复力，漂移距离太远会造成电缆的损坏。中国海域特点的漂浮式风电锚泊系统是卡脖子的关键技术，我们系统性地揭示了其强非线性机理，并提出了全新的设计方法，研发了分析与智能优化设计软件，不仅实现了该领域的‘并跑’，在中国典型的海洋条件下，还实现了一定程度上的‘领跑’。”樊天慧如是说。
樊天慧和团队成员在水中做实验
2021年起,樊天慧主持国家自然科学基金委面上项目“海上浮式风机的新型主动式实时混合模型试验方法研究”,并作为课题负责人承担了广东省重点领域研发计划“大型海洋构筑物损伤检测与修复智能作业装备研制及应用示范”，持续为海上风电产业的全过程全寿命服役安全服务。为此，他和团队必须研发出一种新型的水下机器人，能够潜入水下1000米，既要能够对结构安全进行检测，又要具备部分即时修复作业能力。“我们作为科技工作者，尤其是青年科技人才，现在做的所有工作都是突破性的，这是科研探索所应具备的条件和素质。漂浮式风电研发，就是典型的从0到1实现突破的过程，这种专业的水下机器人也是针对我国需要的面对的全新工程问题，需求科技引领的技术突破。”
为了探索海上漂浮式结构锚泊阻尼机理，樊天慧险些付出生命的代价。几年前，在他读博士期间，为了验证水下大拖地段系泊系统的阻尼作用机理，他和一位同事需要频繁进出试验水槽进行模型试验。在没有系安全绳的情况下，同事爬上两米多高的大玻璃水槽，这位同学站立不稳，眼见梯子就要滑到。说时迟那时快，樊天慧赶忙一把手推住同学的臀部，使出全身力气把他推了回去。“其实当时没有什么感觉，后来才后知后觉，回想起来还是挺害怕的。如果当时梯子倒下了，很可能就会把玻璃池壁砸碎，那么，大量的水就会溢出，水槽外都是试验监控仪器，那么多水溢出来，整个实验室都将成为一个带电的容器，当时站在实验室地上的我估计就没命了。这一次，真的是捡回一条命。”
母亲患癌他白天照顾母亲晚上写项目报告
大难不死，必有后福。作为国内漂浮海上风电的先驱者，2017年底，樊天慧和团队在为广东省的海上风电发展谋篇布局，那一年，他只有29岁。“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，而在此之前，我国漂浮式风电还一直是空白，主要的原因是我国海域环境特点下有很多关键的科学技术问题没有攻克。”樊天慧说。那段时间，他母亲身体状况急剧恶化。刚好这段时间樊天慧要撰写起草漂浮式项目的申报书，规划科研框架，细化研究内容，完成整个项目的申报工作。根据时间进度节点，他必须在2018年2月之前完成项目的规划和申报工作。2017年12月开始，樊天慧母亲因病只能长期住院，情况不好，樊天慧也请假到医院照顾母亲。他知道，自己能陪伴母亲的时间不多了。白天，他在医院陪母亲治疗，为母亲护理。他买来一张折叠床，就睡在母亲的病床前，当母亲身体不舒服时，他就起身照顾母亲，为母亲按摩。等到母亲睡下，他则要拿出电脑，翻阅资料，冥思苦想。有时写着写着，天就亮了，樊天慧伸个懒腰，继续照顾母亲。这样白天照顾母亲、晚上病房搞科研的生活，持续了将近3个月，那段时间，他没有固定的睡觉时间，熬通宵，困了就眯一会，对他来说更是家常便饭。对于母亲，第一次手术时候他在执行国外联合培养任务，家里对他隐瞒了病情，直到回国才知道母亲确诊了癌症并完成了手术。最后的时间里，没有给母亲提供更好的照顾、没有在更早的时候就相伴床前，是他至今都无法释怀的遗憾。樊天慧说：“母亲长期患病，但是却给予了自己远超于常人的爱，我能有今年，有现在的学识能力和三观，母亲的培养是最重要的因素”。
樊天慧在公开场合讲述漂浮式风电系统的工作原理
2018年2月，项目申报书完成了，但母亲却永远离开了他。“很多人不知道这个申报书最初的模样，它诞生于铁岭小城的医院中，也凝结了我人生中最重要的那段时光，我很想那段时间更长一些。项目开花结果，我国首台漂浮式风电系统装备也正式建成投产，心里百感交集，为了国家建设我没有辜负时光辜负青春，但是心中总有抹不去的遗憾和愧疚。”
搏命3个月实现中国浮式风电“零的突破” 打破国外“卡脖子”
项目申报书撰写只是第一步。在随后3年内，他和团队相继取得了锚泊系统评估与设计关键技术、水动力性能评估、新型漂浮式风电系统装备模型试验方法等多项研究成果，解决了新型漂浮式风电系统装备研发过程中的部分公认难题和普遍问题。
为了中国漂浮式风电领域取得突破，樊天慧“豁了出去”。“樊老师真的是那种连命都不要的拼命三郎。”团队一位研究人员说。
“你看，我的双手在2020年因为压力过大睡眠不足患上神经性皮炎，到现在还没好。”樊天慧伸出双手，双手很多部位仍在大面积脱皮，有时还奇痒难忍。这种“怪病”要追溯到2020年夏秋交替时节，中国首台漂浮式海上风电系统装备正处于最关键的攻坚期，马上还要进行物理模型试验。“项目在2021年上半年要建成投产，2021年下半年进行设备调试，我们必须在2020年底完成项目的各种研发和试验验证工作。”2020年夏天，受到新冠肺炎影响，研发和试验进程受到很大影响。樊天慧做出一个决定：团队成员全部搬进酒店，集中隔离办公。那3个月，樊天慧和团队成员在酒店中没日没夜地进行推演、验算、试错，饿了就叫外卖，谁困了谁先睡，接力攻关。“那段时间，完全是没有白天和黑夜，平时和周末的概念。当时只有一个信念，一定要把国家交给的任务如期完成。”高强度的工作也损害者他的健康，樊天慧发现，自己身上的皮肤开始“爆皮”，并且奇痒难忍。但是直到取得了阶段性成果，他才到医院就诊。医生说这是神经性皮炎，是因为工作强度过大、压力过大带来的神经系统紊乱，末梢神经已经受到很大伤害，吃药只能是辅助，最主要的是要改变生活习惯。没有别的办法，只能减缓工作强度、减少熬夜，否则很难康复。“让我不熬夜？真的是没办法做到。”樊天慧说。直到现在，他一年的大部分时间都需要加班至深夜，凌晨二三点睡觉是常态，神经性皮炎依旧困扰着他。
2021年12月7日，中国首台漂浮式海上风电系统装备，“三峡引领号”在阳江百万千瓦级海上风电场成功并网发电，这标志着我国在海上漂浮式风电技术上实现了零的突破，打破了长期以来被国外“卡脖子”的问题。这也是全球首台抗台风型漂浮式海上风电系统。这款海上风电系统的设计者正是樊天慧和他的团队。“在‘三峡引领号’研发过程中，我们是唯一的高校科研研究团队。”樊天慧自豪地说。这台单机漂浮式风力发电系统，满发电量达到5500度，每年可为3万户家庭提供绿色清洁能源。
立志在南海建起漂浮式风电站
在国内，樊天慧是最早一批进行漂浮式风电研究的学者之一。这是一项前沿技术，国外20年前就已经开始尝试深海漂浮式风力发电系统建设，但在国内，还是固定式风力发电系统主打。除了位于阳江的“三峡引领号”之外，目前还没有第二个漂浮式风力发电机组投产并网发电。他说，“三峡引领号”是单机运行，属于从0到1的“样板工程”，所以很多指标相对保守，只有大规模商业化建设才能更好推动产业的发展。2022年12月26日，海南万宁百万千瓦漂浮式海上风电项目开工，这是国内首个向深远海进发的海上漂浮式风电场项目，也是发改委“揭榜挂帅”的一个重大项目。樊天慧和团队也将配合中电建集团，为项目的建设提供系泊系统的科学与技术支持。樊天慧介绍说，这个项目研发时间紧、任务重，今年春节，他也没有回辽宁老家过，在学校加班加点推进科研任务。
如今，樊天慧有了更远大的志向，那就是助力海上风电产业的高质量发展，为我国南海雨后春笋般出现的漂浮式风电提供科研支撑与技术服务。他介绍说，南海海域风能资源最具开发潜力，开发南海深远海地区的风资源对抢占南海战略资源、确保我国海洋国土权益、实现海洋强国以及实现“双碳”目标都有重要的战略意义。而海上漂浮式风电装备是开发南海深远海风资源的必由之路。“理论上讲，即便是1000米以上的深海区域，我们的漂浮式风机也能安装和服役，海上风电走向深远海的过程和节奏我们难以预测，但是海洋有无限的探索空间，充满了神秘的美感。漂浮式风力发电和深远海空间站，可能会为我们进一步探索深海地区提供一张崭新的方式。”
浮式风电将让广东能源安全更有保障
如今在广东阳江，“三峡引领号”巍然矗立在海中，100多米直径的巨大叶片不停旋转，电能也通过电缆被传输到岸上。在樊天慧看来，浮式风电技术将彻底改变整个海上风电行业的格局。漂浮式风电爆发潜力巨大，且漂浮式风电衍生出的基础塔筒建造、系泊系统和动态海缆研发和建设环节可以创造很多的就业岗位。中国目前中国陆风资源和近海资源基本开发即将完毕，风电转向深远海开发是必然趋势。现在的固定式海上风电系统，基本上只能建在海水深度不超过50米的海域，海水深度一旦超过50米，固定式风电项目不仅成本激增，建设难度也明显加大。在海水深度超过100米时，固定式风电装备已经完全无法安装，只能依靠漂浮式风电系统。理论上，漂浮式风电系统，不受海水深度的影响，建在深度达到1000米的深海中都没问题，且建设成本与水深增加相比，变化比较平缓。“这个很好理解，漂浮式风电系统建在三四十米的水深时，因为距离海底很近，系泊系统在水中悬垂的长度有限，可操作的空间很小，巧妇难为无米之炊，如果是到了100米的深度，系泊系统在研发设计中可以操作的空间很大，我们可以通过在水下调整系泊链的参数与张紧度来设计研发‘软硬适中’的系泊，保障漂浮式风电系统装备的运动性能和全寿命服役安全。”
樊天慧在户外作业现场
成本方面，目前近海的固定式风电项目已非常成熟，深远海漂浮式分店项目成本都比较高。但在海水深度达到50米之后，漂浮式风电和固定风电的价格就基本持平了，超过50米的海水深度，漂浮式风电的成本就会低于固定风电。漂浮式海上风电的建设成本对水深的变化并不敏感，随着水深的增加，成本增加很平缓，而固定式风电在水深超过50米后，成本呈指数型增长。行业内专家预计在2030年前，漂浮式风电的价格就会和固定风电基本持平，“清洁而昂贵”的难题即将可以解决。随着近海风电项目日趋饱和，未来的某一天，建设的海上风电项目都将是深远海漂浮式风电项目。“广东省许多电力来自西电东送。第一台漂浮式风电建成后,广东还会上马更多浮式风电项目，广东的能源安全将获得更多保障。”
樊天慧，男，华南理工大学船舶与海洋工程系主任，广东省杰出青年，广东省青联委员，中国造船工程学会理事，广东造船工程学会常务理事、副秘书长、船舶新能源与节能减排技术专委会副主任，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。长期从事海洋工程深远化、绿色化以及智能化的相关研究，尤其在海洋工程装备与海洋可再生能源系统装备研发方向取得了丰富的成果。曾获广东省自然科学基金杰出青年项目、多项国家以及省部级项目、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）。
文/广州日报·新花城记者：肖欢欢
图/广州日报·新花城记者：肖欢欢
视频/广州日报·新花城记者：肖欢欢
广州日报·新花城编辑 武威