海上风电作为清洁能源发展的重要方向,其安全运行面临着严峻挑战。
风电桩基长期承受海浪冲刷,一旦海床被掏空形成冲刷坑,将直接威胁风机稳定性,甚至导致倾覆事故。
这一技术难题长期困扰着整个行业,成为制约海上风电规模化发展的关键瓶颈。
传统监测手段存在明显局限性。
人工潜水检测不仅成本高昂,而且受海况影响大,难以实现连续监测;超声波扫描技术虽有一定精度,但在复杂海洋环境下稳定性不足,且存在明显的监测滞后性。
这些技术短板使得海上风电运维长期处于"被动检修"状态,安全隐患难以及时发现和处置。
面对行业痛点,鲁东大学李康强副教授带领张裕、周小易等船舶与海洋工程专业学生组成的科研团队,在2025年5月的"挑战杯"中国青年科技创新"揭榜挂帅"擂台赛上,主动承接江苏某企业提出的海上风电桩基监测技术需求,正式启动"桩瞳"系统研发工作。
团队创新采用16维分布式应力传感阵列技术,结合振动、流速、水压等多模块传感器,构建了"四位一体"立体感知网络。
通过在鲁东大学大型波流水槽中进行数十组模拟实验,团队不断优化传感器布局与数据传输算法,最终将监测误差控制在2厘米以内,实现了对桩基全周向、多深度的同步精准连续监测。
为验证系统在真实海洋环境中的可靠性,团队深入烟台芝罘岛、东山栈桥等多个近海测试点进行实地验证。
针对海上盐雾腐蚀、风浪干扰等技术挑战,团队通过定制防护盒解决盐雾侵蚀问题,采用轻量化、模块化设计提升设备适应性,使系统能够快速安装并稳定运行。
在智能诊断方面,团队集成卡尔曼滤波、BP神经网络等先进算法,实现了从单纯"监测"向智能"诊断"的技术跨越。
系统不仅能够精准反演冲刷坑深度,还能智能评估桩基安全状态,异常数据可实现秒级推送预警,有效推动运维模式从"被动检修"向"主动防控"转变。
经过反复优化,"桩瞳"系统单套成本控制在3至5万元,相比传统监测方案大幅降低了应用门槛,为大规模产业化推广创造了有利条件。
2025年10月,团队携该系统参加湖南长沙举办的相关赛事,凭借技术先进性和显著应用价值获得一等奖,充分验证了技术方案的可行性和实用性。
当前,我国海上风电装机容量快速增长,山东半岛等沿海地区已成为海上风电密集布局区域。
"桩瞳"系统的成功研发,不仅为解决行业共性技术难题提供了有效方案,也为推动海上风电产业高质量发展注入了新的技术动力。
随着系统产业化进程的推进,预计将在更多海上风场实现规模化应用。
从实验室的波流水槽到怒涛汹涌的渤海湾,这群"90后"科研工作者用双脚丈量海岸线,以创新回应时代命题。
他们的实践印证:当青年科技人才将论文写在祖国大地上,就能在攻克"卡脖子"难题中绽放青春之光,为高质量发展注入澎湃动能。