(高清版)GBT 42331-2023 潮流能发电装置技术成熟度评估导则

潮流能发电装置技术成熟度评估导则2023-03-17发布I前言 2规范性引用文件 13术语和定义 4一般原则 15等级界定 26评估维度 27等级条件 48阶段评估 59评估步骤 6附录A(资料性)技术分解结构示例 8附录B(资料性)技术成熟度评估报告 附录C(资料性)技术成熟度等级标志性验证科目示例 参考文献 ⅢGB/T42331—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本文件起草单位：国家海洋技术中心、哈尔滨工程大学。潮流能发电装置技术成熟度评估是在我国大力推进潮流能资源开发和示范工程建设的背景下，基于潮流能行业发展和技术创新的需求，充分运用技术成熟度理论，结合潮流能发电装置研发和管理方面的经验总结出来的一套评估方法和流程，用以规范装置研发程序，树立阶段评估意识，防范新技术研发的风险，促进潮流能产业化及工程化应用。1潮流能发电装置技术成熟度评估导则1范围本文件确定了潮流能发电装置技术成熟度的等级，描述了评估维度、等级条件、阶段评估和评估步骤。本文件适用于潮流能发电装置研发各阶段的技术成熟度评估工作。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T25389.2—2018风力发电机组永磁同步发电机第2部分：试验方法CB/T3958—2004船舶钢焊缝磁粉检测、渗透检测工艺和质量分级JB/T10194—20003术语和定义风力发电机组风轮叶片下列术语和定义适用于本文件。潮流能发电装置tidalcurrentenergygenerator从潮流中捕获能量并将其转换成电能的装置。用于评估潮流能发电装置技术成熟度等级的某个重要方面。由叶片等部件组成的将水能转换成机械能的转动件。技术成熟度等级technologyreadinesslevels;TRL用于衡量技术成熟程度的尺度。4一般原则潮流能发电装置技术成熟度评估宜遵循以下原则。a)适时性原则：结合潮流能发电技术在研发各个阶段的特点和要求，组织开展阶段评估工作，以避免转阶段带来的风险。b)客观性原则：依据技术成熟度等级条件制定的评估准则，充分反映潮流能发电技术的产生、发展与应用情况，减少主观因素的影响。2c)科学性原则：技术成熟度评估准则，方法和步骤要科学合理，规范实用，能够反映潮流能发电装置的真实技术状态。5等级界定潮流能发电装置技术成熟度等级分为9级，每个等级的界定见表1。表1潮流能发电装置技术成熟度等级界定技术成熟度等级等级界定1完成潮流能发电装置技术的概念验证2完成基本结构、基本功能/性能分析及验证3完成一定比例尺模型在实验室环境下的验证4完成原理样机在模拟测试环境下的验证5完成试验样机在高逼真测试环境下的验证6完成工程样机在陆上测试环境及海上典型测试环境下的验证7完成全比例实型机在海上典型测试环境下的验证8最终装置通过实海况验证9装置以其最终的产品形式通过经济性验证6评估维度6.1综述评估维度代表可获取的工程技术信息的多个方面，具有可扩展性，可根据实际情况进行扩展。潮流能发电装置的技术成熟度等级宜基于以下3个评估维度信息进行评估：a)设计；b)制造；c)验证。6.2设计维度潮流能发电装置的设计除了要求技术的设计功能、性能外，还宜考虑形态特征，不同比例缩尺的模型应根据最终装置的容量确定模型的比例缩尺并进行尺度效应分析。a)一定比例尺模型宜选用1:100～1:25比例缩尺；b)原理样机宜选用1:25～1:10比例缩尺；c)试验样机宜选用1:10～1:2比例缩尺；d)工程样机宜选用1:2～1:1比例缩尺；e)全比例实型机；f)最终装置。注：尺度效应是指由于装置的模型与最终装置之间不能完全满足相似条件而产生载荷特性差异的现象。36.3制造维度潮流能发电装置的制造应考虑材料选取、工艺质量控制等内容。a)材料选取满足装置运行的力学性能要求、腐蚀性能要求及防海生物附着要求等。b)工艺质量控制包括关键或者重要部件、主体结构、功能模块(通用机械、电气控制系统)和整机●关键或重要部件的工艺质量控制，例如叶轮的叶片，应按JB/T10194—2000中12.5的要求通过相关检测；●主体结构的工艺质量控制，重点考虑主体结构的稳定性、水密性和完整性，针对构件尺寸、焊接质量、重要焊接规格等应通过相关检测，并符合CB/T3958—2004中附录A、附录B的要求；●通用机械的工艺质量控制，包括基础与支撑结构、系泊系统、传动系统等按照批准图纸、图表、说明书等工艺技术文件制造、安装，并通过相应的强度、水密及效用试验等检测；●电气控制系统的工艺质量控制，包括发电机、控制系统等按照批准图纸、图表、说明书等工艺技术文件制造、布置安装并通过相关检测。例如发电机的检测应符合GB/T25389.2—●整机组装完成后，整机质量应通过相应的密性试验或其他代替试验的检测。注：关键或重要部件是指对潮流能发电装置的功能、性能、可靠性等产生重要影响的部件，例如装置的能量捕获部6.4验证维度潮流能发电装置在何种环境中测试验证代表着此项技术的应用级别，测试内容可根据具体装置研发情况进行调整，具体的测试验证环境和主要验证内容如下。a)实验室环境：针对技术概念的关键功能或特征、关键技术参数开展数值模拟。适用于一定比例尺模型测试，验证模型的主要功能、性能，例如叶轮模型的功率曲线、流体动力载荷特性等。b)模拟测试环境：模拟最终装置实际布放海域的浪、流、偏转性、不对称性等关键要素的环境，例如水槽测试环境。适用于原理样机测试，模拟测试环境宜考虑对阻塞效应修正。c)高逼真测试环境：模拟最终装置主要运行需求的测试环境，例如三维水池测试环境、湖面拖曳测试环境或海上试验场等。适用于试验样机的测试，完成主要功能模块的性能验证，例如验证叶轮在不同流速下的输出功率。高逼真测试环境宜考虑对阻塞效应修正。d)陆上测试环境：包括功能模块的单项功能测试和陆上联调测试，如下：●功能模块的单项功能测试：发电机模块、控制系统模块、电能转换模块等完成检验；●陆上联调测试：适用工程样机下海前对驱动装置、叶轮、发电机组、电能转换模块等的联轴盘车测试和通风测试等。e)海上典型测试环境：满足最终装置主要运行需求的测试环境，例如海上试验场，适用于工程样机及全比例实型机测试，完成连续稳定运行的验证及主要功能模块测试，如下：●全比例实型机在海上典型测试环境中连续稳定运行测试，时间3个～6个月；●叶轮的性能测试，叶轮在不同流速下的输出功率，验证性能与设计值是否相符；●发电机的性能测试，主要包括机组输出功率的测试，得到功率曲线和能量转换效率；●控制系统功能测试，验证最优效率控制的实现；●结构强度测试，验证结构的海况适应性。f)实海况：最终装置实际布放海域，应对实际布放海域开展环境资料调查，例如风、浪、流等历史资料、海底地质勘察、海域水深测量等，确定装置布放海域的基本要求和装置布放朝向等。4注：阻塞效应是指装置在水槽或水池等场地的试验过程中，受池壁、池底或筒壁限制的流体中与其在无限流体运动中，由于流场的不同而引起的载荷特性差异。7等级条件根据信息采集过程中得到的评估维度信息，结合技术成熟度等级定义，将评估维度信息分别映射到技术成熟度各等级中以确定等级条件，见表2。等级条件可根据具体装置的研发状况进行调整。表2基于维度信息的技术成熟度等级条件技术成熟度等级等级条件评估维度类型1明确潮流能发电技术的基本原理设计验证潮流能发电技术应用的可行性设计2确定装置的具体能量利用形式和运行控制方式设计完成基本功能、性能分析设计完成数值模拟仿真，验证潮流能发电技术功能、性能验证3完成一定比例尺模型的设计设计针对关键试验部件，提出加工制造要求设计提出关键生产工艺，并在实验室对关键生产工艺进行分析制造完成一定比例尺模型的加工制造制造完成一定比例尺模型实验室环境试验，验证模型的主要功能验证4完成实海况的环境资料调查，(见6.4f)]设计完成原理样机的设计设计完成水动力性能分析确定叶轮主要参数。例如叶片翼型设计、叶轮直径、叶片数、叶片控制方法、叶轮效率、不同流速下出力、转速等设计完成叶轮总体方案设计，包括构型设计、结构性能分析、机械传动等设计完成发电机设计，例如发电机机型的选型分析、防腐技术、冗余设计等设计初步完成其他辅助设计，包括可靠性设计、可维修性设计、环境适应性设计等设计完成关键或者重要零部件的试制和检测，工艺质量控制(见6.3b)]制造确定原理样机试制的工艺规程，完成原理样机的加工制造制造完成原理样机的水动力性能、载荷特性、结构性能、发电性能等方面的模拟测试环境验证验证5完成试验样机的设计设计完成发电机组控制系统设计，例如控制技术设计、实时智能调节技术等设计完成电能转换系统设计，例如双向电能变换、存储技术监控系统设计等设计完成基础与支撑结构、系泊系统设计，例如结构设计、结构防护设计及防腐设计等设计完成大部分功能模块的试制，工艺质量控制(见6.3b)]制造完成试验样机的加工装配，主要指标满足总体要求制造完成试验样机的高逼真测试环境验证，主要指标满足设计要求，(见6.4c)]验证完成各功能模块的单项陆上测试验证，(见6.4d)]验证5表2基于维度信息的技术成熟度等级条件(续)技术成熟度等级等级条件评估维度类型6完成工程样机的设计设计完成可靠性设计，例如开展失效模式影响和危害性分析、危险和可操作性分析、故障报告分析和纠正措施系统等设计完成可维修设计，例如设置装置内部预留检修空间等设计完成环境适应性设计，例如装置强度设计、密封性设计、防腐设计等设计完成材料的选取，(见6.3a)]设计完成主体结构、主要功能模块(通用机械、电气控制系统)和整机等的工艺质量控制制造完成工程样机的加工装配，主要指标满足总体要求制造完成工程样机的陆上联调试验，(见6.4d)]制造开展工程样机海上典型测试环境的测试，(见6.4e)]验证7全比例实型机、关键或重要部件、功能模块的功能、性能和结构特性达到实际产品的要求设计设计固化，完成全部设计图纸设计编制全比例实型机海上测试大纲设计完成海上安装以及电缆铺设等施工技术方案、工艺和作业方式的研究设计制造工艺稳定、工艺文件完整制造关键材料和器件质量可靠、稳定，已经具备小批量生产条件制造全比例实型机完成海上典型测试环境验证，[见6.4e]]验证8最终装置在外形、配合和功能方面与真实系统使用的状态一致设计根据海上测试运行情况，完善可靠性、可维修及环境适应性方案，例如增加冗余设计方案、现场维修方案，环境适应性提升方案等设计材料和器件都有稳定的供货渠道制造生产工艺达到可生产水平，具备批量生产条件制造最终装置完全安装部署在实海况下运行，验证最终装置的输出功率、能量转换效率和海上生存的能力验证验证9最终装置通过示范运行得到验证并投入商业化运营，验证经济性指标验证注：叶片是指叶轮转轮上能够将水流能量转换成机械能的翼型部件。8阶段评估上测试阶段”“示范运行阶段”和“商业化运营阶段”6个阶段。根据实际需要，在装置研发的转阶段节点宜开展技术成熟度评估工作，阶段评估宜考虑阶段完成的工作内容、评估要点及评估支撑信息，见表3。6表3阶段评估表研制阶段工作内容评估要点评估支撑信息对应技术成熟度等级概念论证阶段完成技术成熟度1级~3级的相关工作，见表2一定比例尺模型达到实验室验证要求论证报告、可行性报告、研究报告、技术报告、仿比例尺模型等3方案设计阶段完成技术成熟度4级的相关工作，见表2原理样机达到模拟测试环境验证要求研究报告、技术报告、试验报告、设计方案、功能模块的检测报告、原理样机技术文档、原理样机、质量体系等4工程研制阶段完成技术成熟度5、6的相关工作，见表2主要功能模块达到出厂检验要求，整机实现联调功能，工程样机开展海上典型环境测试研究报告、技术报告、试验报告、设计说明书、设计图纸、生产工艺文件、试验样机、工程样机等6海上测试阶段完成技术成熟度7级的相关工作，见表2主要功能模块性能达到设计指标要求，结构达到海上典型测试环境环境适应性要求固化的设计说明书、设计图纸、生产工艺文件、试验报告、全比例实型机等7示范运行阶段完成技术成熟度8级的相关工作，见表2最终装置的功率曲线、输出功率、能量转换效率、可靠性、可维修性、环境适应性指标达到设计要求。稳定运行时间达到3个～6个月产品说明书，海上测试报告、最终装置等8商业化运营阶段完成技术成熟度9级的相关工作，见表2产品达到相关经济性要求产品用户手册9注1:功率曲线是指捕获的电功率与流速之间关系的曲线图。注2:能量转换效率是指装置的输出电功率与潮流能的输入功率之比。9评估步骤9.1制定评估计划评估计划内容包括：确定评估工作人员，工作进度安排、任务分工及交付成果等。9.2确定关键技术9.2.1技术分解结构通过分析装置的主要功能组成，确定系统、分系统和部件的相关技术以及技术间的层级关系，构建技术分解结构的分解层次，潮流能发电装置的技术分解结构示例见附录A。79.2.2关键技术确定原则确定关键技术时，应遵循以下原则：a)优先选择高层级技术，对技术分解结构中有从属关系的关键技术，优先选择层级较高的关键技术；b)注意整体性，选定的关键技术准确合理，覆盖潮流能发电研发项目的主要技术风险。9.2.3关键技术要求关键技术满足以下要求：a)对潮流能发电装置的功能性能、研制进度或全生命周期费用有重大影响，或对科技自主创新和整体水平提高有重大带动作用；b)属于新技术，或是原有基础上改进较大的技术，或应用条件和环境变化较大的已有技术。9.2.4编写技术清单根据技术分解结构和关键技术应满足的要求，结合技术成熟度评估的目标和要求，提出技术清单(见附录B.3.2)。9.2.5确定关键技术组织专家组对提交的关键技术清单报告及其相关数据进行评审确定关键技术。9.3编写评估准则根据潮流能发电装置技术成熟度等级条件，结合具体的技术分解结构、技术特点及应用要求提出评估准则建议，并作为项目的技术成熟度参考准则。必要时可围绕评估指标要求、验证环境、考核方式等对等级条件内容进行细化。组织专家组对参考评估准则进行评审，形成最终的技术成熟度评估准则(见附录B.4),并作为评估技术成熟度等级的依据。9.4评定技术成熟度等级实施技术成熟度等级评定主要包括以下工作：a)按9.2的要求确定潮流能发电装置的关键技术；b)收集整理潮流能发电装置的评估支撑信息资料，包括方案、参数及验证结果等，其中技术成熟度等级标志性验证科目示例见附录C;c)组织专家组，根据关键技术清单、评估等级条件、评估准则和自评结果，进行技术质询和集中评议，给出技术成熟度等级结论。9.5撰写评估报告评估报告主要包括以下几方面内容：装置研制目标、评估实施情况、关键技术信息、评估准则、关键技术成熟度评估及综合评估结论等，具体内容见附录B。8(资料性)技术分解结构示例A.1技术分解结构通用框架表A.1给出了潮流能发电装置技术分解结构通用框架。表A.1潮流能发电装置技术分解结构通用框架分级层次分解结构名称备注1总体技术概念研究技术总体综合设计技术2叶轮及发电机组设计技术叶轮结构设计技术发电机设计技术传动设计技术3基础与支撑结构设计技术4发电机机组电能变换、检测及控制技术电能变换系统设计技术检测及控制系统设计技术5防腐、防漏、防生物附着技术A.2技术分解结构示例图传动设计技术总体技术叶轮及发电机组设计技术发电机机组电能变换、检测及控制技术概念研究技术总体综合设计技术结构设计技术机设计技术技术电能变换系统设计附着技术术平台设计技术效率最优控制兼容性技术总体性能技术可靠性环境适应技术结构设计技术结构防护技术材料技术结构工艺配置技术结构防护技术材料技术结构设计技术密封技木轴系技术励磁方式选择建造工艺发电机组输出技术输出术技术检测技术最优控制技术实时智能图A.1潮流能发电装置技术分解结构(资料性)技术成熟度评估报告B.1概况B.1.1装置研制目标描述研制任务来源，主要技术指标、应用背景等。B.1.2总体进展情况描述目前取得的主要成果及达到的技术指标要求，简要介绍设计、制造和试验完成情况。B.2评估实施情况简要描述评估背景、目的和范围。B.3关键技术信息B.3.1技术分解结构以列表或者框图给出技术分解结构，并标注选取的关键技术。B.3.2关键技术清单制进展情况以及成为关键技术的入选理由。B.3.3关键技术研发信息B.3.3.1技术描述描述系统及分系统对于各个关键技术的相关任务要求，该技术与系统其他部件的关系，预期装置的技术指标等。描述完成的设计内容(可按技术成熟度等级条件内容),说明当前达到的技术状态。B.3.3.3制造维度描述完成的制造方面的内容，例如关键工艺可行性和稳定性、材料保障情况等，并说明信息来源或依据。B.