(高清版)GBT 42331-2023 潮流能發(fā)電裝置技術成熟度評估導則

潮流能發(fā)電裝置技術成熟度評估導則2023-03-17發(fā)布I前言 2規(guī)范性引用文件 13術語和定義 4一般原則 15等級界定 26評估維度 27等級條件 48階段評估 59評估步驟 6附錄A(資料性)技術分解結構示例 8附錄B(資料性)技術成熟度評估報告 附錄C(資料性)技術成熟度等級標志性驗證科目示例 參考文獻 ⅢGB/T42331—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國海洋標準化技術委員會(SAC/TC283)歸口。本文件起草單位：國家海洋技術中心、哈爾濱工程大學。潮流能發(fā)電裝置技術成熟度評估是在我國大力推進潮流能資源開發(fā)和示范工程建設的背景下，基于潮流能行業(yè)發(fā)展和技術創(chuàng)新的需求，充分運用技術成熟度理論，結合潮流能發(fā)電裝置研發(fā)和管理方面的經驗總結出來的一套評估方法和流程，用以規(guī)范裝置研發(fā)程序，樹立階段評估意識，防范新技術研發(fā)的風險，促進潮流能產業(yè)化及工程化應用。1潮流能發(fā)電裝置技術成熟度評估導則1范圍本文件確定了潮流能發(fā)電裝置技術成熟度的等級，描述了評估維度、等級條件、階段評估和評估步驟。本文件適用于潮流能發(fā)電裝置研發(fā)各階段的技術成熟度評估工作。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T25389.2—2018風力發(fā)電機組永磁同步發(fā)電機第2部分：試驗方法CB/T3958—2004船舶鋼焊縫磁粉檢測、滲透檢測工藝和質量分級JB/T10194—20003術語和定義風力發(fā)電機組風輪葉片下列術語和定義適用于本文件。潮流能發(fā)電裝置tidalcurrentenergygenerator從潮流中捕獲能量并將其轉換成電能的裝置。用于評估潮流能發(fā)電裝置技術成熟度等級的某個重要方面。由葉片等部件組成的將水能轉換成機械能的轉動件。技術成熟度等級technologyreadinesslevels;TRL用于衡量技術成熟程度的尺度。4一般原則潮流能發(fā)電裝置技術成熟度評估宜遵循以下原則。a)適時性原則：結合潮流能發(fā)電技術在研發(fā)各個階段的特點和要求，組織開展階段評估工作，以避免轉階段帶來的風險。b)客觀性原則：依據技術成熟度等級條件制定的評估準則，充分反映潮流能發(fā)電技術的產生、發(fā)展與應用情況，減少主觀因素的影響。2c)科學性原則：技術成熟度評估準則，方法和步驟要科學合理，規(guī)范實用，能夠反映潮流能發(fā)電裝置的真實技術狀態(tài)。5等級界定潮流能發(fā)電裝置技術成熟度等級分為9級，每個等級的界定見表1。表1潮流能發(fā)電裝置技術成熟度等級界定技術成熟度等級等級界定1完成潮流能發(fā)電裝置技術的概念驗證2完成基本結構、基本功能/性能分析及驗證3完成一定比例尺模型在實驗室環(huán)境下的驗證4完成原理樣機在模擬測試環(huán)境下的驗證5完成試驗樣機在高逼真測試環(huán)境下的驗證6完成工程樣機在陸上測試環(huán)境及海上典型測試環(huán)境下的驗證7完成全比例實型機在海上典型測試環(huán)境下的驗證8最終裝置通過實海況驗證9裝置以其最終的產品形式通過經濟性驗證6評估維度6.1綜述評估維度代表可獲取的工程技術信息的多個方面，具有可擴展性，可根據實際情況進行擴展。潮流能發(fā)電裝置的技術成熟度等級宜基于以下3個評估維度信息進行評估：a)設計；b)制造；c)驗證。6.2設計維度潮流能發(fā)電裝置的設計除了要求技術的設計功能、性能外，還宜考慮形態(tài)特征，不同比例縮尺的模型應根據最終裝置的容量確定模型的比例縮尺并進行尺度效應分析。a)一定比例尺模型宜選用1:100～1:25比例縮尺；b)原理樣機宜選用1:25～1:10比例縮尺；c)試驗樣機宜選用1:10～1:2比例縮尺；d)工程樣機宜選用1:2～1:1比例縮尺；e)全比例實型機；f)最終裝置。注：尺度效應是指由于裝置的模型與最終裝置之間不能完全滿足相似條件而產生載荷特性差異的現(xiàn)象。36.3制造維度潮流能發(fā)電裝置的制造應考慮材料選取、工藝質量控制等內容。a)材料選取滿足裝置運行的力學性能要求、腐蝕性能要求及防海生物附著要求等。b)工藝質量控制包括關鍵或者重要部件、主體結構、功能模塊(通用機械、電氣控制系統(tǒng))和整機●關鍵或重要部件的工藝質量控制，例如葉輪的葉片，應按JB/T10194—2000中12.5的要求通過相關檢測；●主體結構的工藝質量控制，重點考慮主體結構的穩(wěn)定性、水密性和完整性，針對構件尺寸、焊接質量、重要焊接規(guī)格等應通過相關檢測，并符合CB/T3958—2004中附錄A、附錄B的要求；●通用機械的工藝質量控制，包括基礎與支撐結構、系泊系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等按照批準圖紙、圖表、說明書等工藝技術文件制造、安裝，并通過相應的強度、水密及效用試驗等檢測；●電氣控制系統(tǒng)的工藝質量控制，包括發(fā)電機、控制系統(tǒng)等按照批準圖紙、圖表、說明書等工藝技術文件制造、布置安裝并通過相關檢測。例如發(fā)電機的檢測應符合GB/T25389.2—●整機組裝完成后，整機質量應通過相應的密性試驗或其他代替試驗的檢測。注：關鍵或重要部件是指對潮流能發(fā)電裝置的功能、性能、可靠性等產生重要影響的部件，例如裝置的能量捕獲部6.4驗證維度潮流能發(fā)電裝置在何種環(huán)境中測試驗證代表著此項技術的應用級別，測試內容可根據具體裝置研發(fā)情況進行調整，具體的測試驗證環(huán)境和主要驗證內容如下。a)實驗室環(huán)境：針對技術概念的關鍵功能或特征、關鍵技術參數開展數值模擬。適用于一定比例尺模型測試，驗證模型的主要功能、性能，例如葉輪模型的功率曲線、流體動力載荷特性等。b)模擬測試環(huán)境：模擬最終裝置實際布放海域的浪、流、偏轉性、不對稱性等關鍵要素的環(huán)境，例如水槽測試環(huán)境。適用于原理樣機測試，模擬測試環(huán)境宜考慮對阻塞效應修正。c)高逼真測試環(huán)境：模擬最終裝置主要運行需求的測試環(huán)境，例如三維水池測試環(huán)境、湖面拖曳測試環(huán)境或海上試驗場等。適用于試驗樣機的測試，完成主要功能模塊的性能驗證，例如驗證葉輪在不同流速下的輸出功率。高逼真測試環(huán)境宜考慮對阻塞效應修正。d)陸上測試環(huán)境：包括功能模塊的單項功能測試和陸上聯(lián)調測試，如下：●功能模塊的單項功能測試：發(fā)電機模塊、控制系統(tǒng)模塊、電能轉換模塊等完成檢驗；●陸上聯(lián)調測試：適用工程樣機下海前對驅動裝置、葉輪、發(fā)電機組、電能轉換模塊等的聯(lián)軸盤車測試和通風測試等。e)海上典型測試環(huán)境：滿足最終裝置主要運行需求的測試環(huán)境，例如海上試驗場，適用于工程樣機及全比例實型機測試，完成連續(xù)穩(wěn)定運行的驗證及主要功能模塊測試，如下：●全比例實型機在海上典型測試環(huán)境中連續(xù)穩(wěn)定運行測試，時間3個～6個月；●葉輪的性能測試，葉輪在不同流速下的輸出功率，驗證性能與設計值是否相符；●發(fā)電機的性能測試，主要包括機組輸出功率的測試，得到功率曲線和能量轉換效率；●控制系統(tǒng)功能測試，驗證最優(yōu)效率控制的實現(xiàn)；●結構強度測試，驗證結構的海況適應性。f)實海況：最終裝置實際布放海域，應對實際布放海域開展環(huán)境資料調查，例如風、浪、流等歷史資料、海底地質勘察、海域水深測量等，確定裝置布放海域的基本要求和裝置布放朝向等。4注：阻塞效應是指裝置在水槽或水池等場地的試驗過程中，受池壁、池底或筒壁限制的流體中與其在無限流體運動中，由于流場的不同而引起的載荷特性差異。7等級條件根據信息采集過程中得到的評估維度信息，結合技術成熟度等級定義，將評估維度信息分別映射到技術成熟度各等級中以確定等級條件，見表2。等級條件可根據具體裝置的研發(fā)狀況進行調整。表2基于維度信息的技術成熟度等級條件技術成熟度等級等級條件評估維度類型1明確潮流能發(fā)電技術的基本原理設計驗證潮流能發(fā)電技術應用的可行性設計2確定裝置的具體能量利用形式和運行控制方式設計完成基本功能、性能分析設計完成數值模擬仿真，驗證潮流能發(fā)電技術功能、性能驗證3完成一定比例尺模型的設計設計針對關鍵試驗部件，提出加工制造要求設計提出關鍵生產工藝，并在實驗室對關鍵生產工藝進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實驗室環(huán)境試驗，驗證模型的主要功能驗證4完成實海況的環(huán)境資料調查，(見6.4f)]設計完成原理樣機的設計設計完成水動力性能分析確定葉輪主要參數。例如葉片翼型設計、葉輪直徑、葉片數、葉片控制方法、葉輪效率、不同流速下出力、轉速等設計完成葉輪總體方案設計，包括構型設計、結構性能分析、機械傳動等設計完成發(fā)電機設計，例如發(fā)電機機型的選型分析、防腐技術、冗余設計等設計初步完成其他輔助設計，包括可靠性設計、可維修性設計、環(huán)境適應性設計等設計完成關鍵或者重要零部件的試制和檢測，工藝質量控制(見6.3b)]制造確定原理樣機試制的工藝規(guī)程，完成原理樣機的加工制造制造完成原理樣機的水動力性能、載荷特性、結構性能、發(fā)電性能等方面的模擬測試環(huán)境驗證驗證5完成試驗樣機的設計設計完成發(fā)電機組控制系統(tǒng)設計，例如控制技術設計、實時智能調節(jié)技術等設計完成電能轉換系統(tǒng)設計，例如雙向電能變換、存儲技術監(jiān)控系統(tǒng)設計等設計完成基礎與支撐結構、系泊系統(tǒng)設計，例如結構設計、結構防護設計及防腐設計等設計完成大部分功能模塊的試制，工藝質量控制(見6.3b)]制造完成試驗樣機的加工裝配，主要指標滿足總體要求制造完成試驗樣機的高逼真測試環(huán)境驗證，主要指標滿足設計要求，(見6.4c)]驗證完成各功能模塊的單項陸上測試驗證，(見6.4d)]驗證5表2基于維度信息的技術成熟度等級條件(續(xù))技術成熟度等級等級條件評估維度類型6完成工程樣機的設計設計完成可靠性設計，例如開展失效模式影響和危害性分析、危險和可操作性分析、故障報告分析和糾正措施系統(tǒng)等設計完成可維修設計，例如設置裝置內部預留檢修空間等設計完成環(huán)境適應性設計，例如裝置強度設計、密封性設計、防腐設計等設計完成材料的選取，(見6.3a)]設計完成主體結構、主要功能模塊(通用機械、電氣控制系統(tǒng))和整機等的工藝質量控制制造完成工程樣機的加工裝配，主要指標滿足總體要求制造完成工程樣機的陸上聯(lián)調試驗，(見6.4d)]制造開展工程樣機海上典型測試環(huán)境的測試，(見6.4e)]驗證7全比例實型機、關鍵或重要部件、功能模塊的功能、性能和結構特性達到實際產品的要求設計設計固化，完成全部設計圖紙設計編制全比例實型機海上測試大綱設計完成海上安裝以及電纜鋪設等施工技術方案、工藝和作業(yè)方式的研究設計制造工藝穩(wěn)定、工藝文件完整制造關鍵材料和器件質量可靠、穩(wěn)定，已經具備小批量生產條件制造全比例實型機完成海上典型測試環(huán)境驗證，[見6.4e]]驗證8最終裝置在外形、配合和功能方面與真實系統(tǒng)使用的狀態(tài)一致設計根據海上測試運行情況，完善可靠性、可維修及環(huán)境適應性方案，例如增加冗余設計方案、現(xiàn)場維修方案，環(huán)境適應性提升方案等設計材料和器件都有穩(wěn)定的供貨渠道制造生產工藝達到可生產水平，具備批量生產條件制造最終裝置完全安裝部署在實海況下運行，驗證最終裝置的輸出功率、能量轉換效率和海上生存的能力驗證驗證9最終裝置通過示范運行得到驗證并投入商業(yè)化運營，驗證經濟性指標驗證注：葉片是指葉輪轉輪上能夠將水流能量轉換成機械能的翼型部件。8階段評估上測試階段”“示范運行階段”和“商業(yè)化運營階段”6個階段。根據實際需要，在裝置研發(fā)的轉階段節(jié)點宜開展技術成熟度評估工作，階段評估宜考慮階段完成的工作內容、評估要點及評估支撐信息，見表3。6表3階段評估表研制階段工作內容評估要點評估支撐信息對應技術成熟度等級概念論證階段完成技術成熟度1級~3級的相關工作，見表2一定比例尺模型達到實驗室驗證要求論證報告、可行性報告、研究報告、技術報告、仿比例尺模型等3方案設計階段完成技術成熟度4級的相關工作，見表2原理樣機達到模擬測試環(huán)境驗證要求研究報告、技術報告、試驗報告、設計方案、功能模塊的檢測報告、原理樣機技術文檔、原理樣機、質量體系等4工程研制階段完成技術成熟度5、6的相關工作，見表2主要功能模塊達到出廠檢驗要求，整機實現(xiàn)聯(lián)調功能，工程樣機開展海上典型環(huán)境測試研究報告、技術報告、試驗報告、設計說明書、設計圖紙、生產工藝文件、試驗樣機、工程樣機等6海上測試階段完成技術成熟度7級的相關工作，見表2主要功能模塊性能達到設計指標要求，結構達到海上典型測試環(huán)境環(huán)境適應性要求固化的設計說明書、設計圖紙、生產工藝文件、試驗報告、全比例實型機等7示范運行階段完成技術成熟度8級的相關工作，見表2最終裝置的功率曲線、輸出功率、能量轉換效率、可靠性、可維修性、環(huán)境適應性指標達到設計要求。穩(wěn)定運行時間達到3個～6個月產品說明書，海上測試報告、最終裝置等8商業(yè)化運營階段完成技術成熟度9級的相關工作，見表2產品達到相關經濟性要求產品用戶手冊9注1:功率曲線是指捕獲的電功率與流速之間關系的曲線圖。注2:能量轉換效率是指裝置的輸出電功率與潮流能的輸入功率之比。9評估步驟9.1制定評估計劃評估計劃內容包括：確定評估工作人員，工作進度安排、任務分工及交付成果等。9.2確定關鍵技術9.2.1技術分解結構通過分析裝置的主要功能組成，確定系統(tǒng)、分系統(tǒng)和部件的相關技術以及技術間的層級關系，構建技術分解結構的分解層次，潮流能發(fā)電裝置的技術分解結構示例見附錄A。79.2.2關鍵技術確定原則確定關鍵技術時，應遵循以下原則：a)優(yōu)先選擇高層級技術，對技術分解結構中有從屬關系的關鍵技術，優(yōu)先選擇層級較高的關鍵技術；b)注意整體性，選定的關鍵技術準確合理，覆蓋潮流能發(fā)電研發(fā)項目的主要技術風險。9.2.3關鍵技術要求關鍵技術滿足以下要求：a)對潮流能發(fā)電裝置的功能性能、研制進度或全生命周期費用有重大影響，或對科技自主創(chuàng)新和整體水平提高有重大帶動作用；b)屬于新技術，或是原有基礎上改進較大的技術，或應用條件和環(huán)境變化較大的已有技術。9.2.4編寫技術清單根據技術分解結構和關鍵技術應滿足的要求，結合技術成熟度評估的目標和要求，提出技術清單(見附錄B.3.2)。9.2.5確定關鍵技術組織專家組對提交的關鍵技術清單報告及其相關數據進行評審確定關鍵技術。9.3編寫評估準則根據潮流能發(fā)電裝置技術成熟度等級條件，結合具體的技術分解結構、技術特點及應用要求提出評估準則建議，并作為項目的技術成熟度參考準則。必要時可圍繞評估指標要求、驗證環(huán)境、考核方式等對等級條件內容進行細化。組織專家組對參考評估準則進行評審，形成最終的技術成熟度評估準則(見附錄B.4),并作為評估技術成熟度等級的依據。9.4評定技術成熟度等級實施技術成熟度等級評定主要包括以下工作：a)按9.2的要求確定潮流能發(fā)電裝置的關鍵技術；b)收集整理潮流能發(fā)電裝置的評估支撐信息資料，包括方案、參數及驗證結果等，其中技術成熟度等級標志性驗證科目示例見附錄C;c)組織專家組，根據關鍵技術清單、評估等級條件、評估準則和自評結果，進行技術質詢和集中評議，給出技術成熟度等級結論。9.5撰寫評估報告評估報告主要包括以下幾方面內容：裝置研制目標、評估實施情況、關鍵技術信息、評估準則、關鍵技術成熟度評估及綜合評估結論等，具體內容見附錄B。8(資料性)技術分解結構示例A.1技術分解結構通用框架表A.1給出了潮流能發(fā)電裝置技術分解結構通用框架。表A.1潮流能發(fā)電裝置技術分解結構通用框架分級層次分解結構名稱備注1總體技術概念研究技術總體綜合設計技術2葉輪及發(fā)電機組設計技術葉輪結構設計技術發(fā)電機設計技術傳動設計技術3基礎與支撐結構設計技術4發(fā)電機機組電能變換、檢測及控制技術電能變換系統(tǒng)設計技術檢測及控制系統(tǒng)設計技術5防腐、防漏、防生物附著技術A.2技術分解結構示例圖傳動設計技術總體技術葉輪及發(fā)電機組設計技術發(fā)電機機組電能變換、檢測及控制技術概念研究技術總體綜合設計技術結構設計技術機設計技術技術電能變換系統(tǒng)設計附著技術術平臺設計技術效率最優(yōu)控制兼容性技術總體性能技術可靠性環(huán)境適應技術結構設計技術結構防護技術材料技術結構工藝配置技術結構防護技術材料技術結構設計技術密封技木軸系技術勵磁方式選擇建造工藝發(fā)電機組輸出技術輸出術技術檢測技術最優(yōu)控制技術實時智能圖A.1潮流能發(fā)電裝置技術分解結構(資料性)技術成熟度評估報告B.1概況B.1.1裝置研制目標描述研制任務來源，主要技術指標、應用背景等。B.1.2總體進展情況描述目前取得的主要成果及達到的技術指標要求，簡要介紹設計、制造和試驗完成情況。B.2評估實施情況簡要描述評估背景、目的和范圍。B.3關鍵技術信息B.3.1技術分解結構以列表或者框圖給出技術分解結構，并標注選取的關鍵技術。B.3.2關鍵技術清單制進展情況以及成為關鍵技術的入選理由。B.3.3關鍵技術研發(fā)信息B.3.3.1技術描述描述系統(tǒng)及分系統(tǒng)對于各個關鍵技術的相關任務要求，該技術與系統(tǒng)其他部件的關系，預期裝置的技術指標等。描述完成的設計內容(可按技術成熟度等級條件內容),說明當前達到的技術狀態(tài)。B.3.3.3制造維度描述完成的制造方面的內容，例如關鍵工藝可行性和穩(wěn)定性、材料保障情況等，并說明信息來源或依據。B.