王康， 譚繼可， 周緒紅， 王宇航

(1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400045； 2.重慶大學(xué) 鋼結(jié)構(gòu)工程研究中心， 重慶 400045)

面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境與能源問(wèn)題，發(fā)展可靠的清潔能源成為各個(gè)國(guó)家綠色發(fā)展計(jì)劃中不可或缺的一環(huán)。風(fēng)能作為清潔的可再生能源，得到了世界各國(guó)研究人員的廣泛關(guān)注，海洋風(fēng)能開(kāi)發(fā)更是因其得天獨(dú)厚的環(huán)境優(yōu)勢(shì)成為未來(lái)風(fēng)能行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

浮式風(fēng)機(jī)(floating offshore wind turbine，F(xiàn)OWT)是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一種結(jié)構(gòu)形式。相較于陸上風(fēng)機(jī)或者海上固定式基礎(chǔ)風(fēng)機(jī)，浮式風(fēng)機(jī)具有更廣闊的應(yīng)用前景[1]。

早在1972年美國(guó)麻省理工大學(xué)的Heronemus教授[2]就提出了浮式風(fēng)機(jī)的概念。此后的10年間，研究人員進(jìn)行了大量關(guān)于海上風(fēng)機(jī)的初步分析以及成本分析，但由于技術(shù)限制，直至20世紀(jì)八九十年代，人們也很少關(guān)注及應(yīng)用海上風(fēng)能[3]。直到20世紀(jì)90年代中期，商業(yè)風(fēng)能行業(yè)建立起來(lái)以后，浮式風(fēng)機(jī)概念才再次被科研人員所關(guān)注[4]。

浮式風(fēng)機(jī)作為一個(gè)新興的領(lǐng)域，覆蓋空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、錨泊動(dòng)力學(xué)以及控制工程等眾多學(xué)科[5]，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。作為一個(gè)新興的研究方向，科研人員如何在眾多的主題、內(nèi)容和方法中充分了解浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和演進(jìn)趨勢(shì)成為學(xué)界較為關(guān)心的問(wèn)題。本文基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)理論，運(yùn)用CiteSpace信息可視化軟件，分別對(duì)1999—2019年WoS數(shù)據(jù)庫(kù)以及知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行整理和分析，探析國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)、演進(jìn)趨勢(shì)，為浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域后續(xù)發(fā)展提供研究方向與思路。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

CiteSpace軟件是由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美教授開(kāi)發(fā)的一款信息可視化軟件[6-7]，通過(guò)共引分析理論和尋徑算法等，對(duì)用戶(hù)指定領(lǐng)域的文獻(xiàn)(集合)進(jìn)行分析，軟件集文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科于一身，通過(guò)可視化圖譜對(duì)學(xué)科研究熱點(diǎn)、學(xué)科演化、發(fā)展進(jìn)程等進(jìn)行分析與探討[8]。

本文通過(guò)定量與定性分析相結(jié)合的研究方法，對(duì)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞、頻次、引文關(guān)系、科研團(tuán)隊(duì)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制出研究熱點(diǎn)圖、演進(jìn)趨勢(shì)圖以及國(guó)際期刊源圖，討論浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)與演進(jìn)趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源分別為Web of Science(WoS)核心數(shù)據(jù)庫(kù)與中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)核心數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間為2020年5月5日。檢索方式采用主題檢索，檢索時(shí)間范圍為1999—2019年。同時(shí)由于國(guó)內(nèi)外學(xué)科分類(lèi)差異問(wèn)題，在保障所選文獻(xiàn)貼近本文目標(biāo)領(lǐng)域的情況下，選取貼近該領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)科進(jìn)行文獻(xiàn)篩選。并且在選取文獻(xiàn)時(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)題目和摘要，篩除部分無(wú)效文獻(xiàn)，包括征稿通知、期刊聲明、會(huì)議新聞以及部分不相關(guān)文獻(xiàn)等。最終選取了WoS核心庫(kù)的664篇相關(guān)文獻(xiàn)以及CNKI核心庫(kù)的174篇相關(guān)文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)來(lái)源表見(jiàn)表 1。

表1 數(shù)據(jù)來(lái)源Table 1 Data source

2 研究熱點(diǎn)分析

CiteSpace軟件中選取“Keyword”模塊進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析。關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖通過(guò)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系(即同一篇文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系)以及出現(xiàn)頻率，能夠直觀地反映浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域重要的研究熱點(diǎn)。

知識(shí)圖譜中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)的大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，節(jié)點(diǎn)間的連線(xiàn)表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系，連線(xiàn)的粗細(xì)代表了共現(xiàn)關(guān)系的強(qiáng)度，連線(xiàn)的顏色代表共現(xiàn)關(guān)系的時(shí)間。

2.1 國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)

根據(jù)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源繪制出國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜，即關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖，如圖 1所示。圖中共有220個(gè)節(jié)點(diǎn)以及404段連線(xiàn)。篩除部分中文詞義相同以及相近的關(guān)鍵詞，篩除中心度為0的關(guān)鍵詞，按照關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次以及中心度高低，得到國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域排名前15的關(guān)鍵詞，見(jiàn)表2。

圖1 國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜Fig.1 Mapping knowledge domains of domestic research focuses in FOWT

表2 國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)高頻詞Table 2 High-frequency words of domestic research focuses in FOWT

結(jié)合國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜以及高頻關(guān)鍵詞表可以看出：部分關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率較高，例如浮式風(fēng)機(jī)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、Spar平臺(tái)等，同時(shí)這幾個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)相較于其他節(jié)點(diǎn)要大得多，頻次更高。說(shuō)明了國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)研究熱點(diǎn)比較廣泛，但除了節(jié)點(diǎn)較大的幾個(gè)方向，其余節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有形成大規(guī)模研究趨勢(shì)。

概括國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1)浮式風(fēng)機(jī)的概念：研究早期，通常會(huì)對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行概念研究，圖中包括這樣幾個(gè)關(guān)鍵詞“浮式風(fēng)機(jī)”、“浮式風(fēng)力機(jī)”、“漂浮式風(fēng)力機(jī)”、“海上浮式風(fēng)力機(jī)”、“海上漂浮式風(fēng)力機(jī)”等。這種詞義相同的關(guān)鍵詞多次出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)研究領(lǐng)域各個(gè)時(shí)期不同的表述方式。熱點(diǎn)圖中連線(xiàn)的顏色代表了該關(guān)鍵詞共現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通過(guò)顏色的區(qū)分能掌握浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域中心關(guān)鍵詞的表述變化趨勢(shì)。可以看到“海上漂浮式風(fēng)力機(jī)”、“海上浮式風(fēng)力機(jī)”等是2010—2013年左右早期國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域中的名稱(chēng)，“漂浮式風(fēng)力機(jī)”、“浮式風(fēng)機(jī)”是2010—2017年左右常用的名稱(chēng)，而“浮式風(fēng)機(jī)”從2012年起一直沿用至今。

2)浮式風(fēng)機(jī)的類(lèi)型：隨著浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)理論的引入與研究，浮式風(fēng)機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上衍生出了許多可供研究的方向，主要包括Spar平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)等。因此在未來(lái)一段時(shí)間里，浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式分析還將作為研究的一大熱點(diǎn)[9]。

3)浮式風(fēng)機(jī)的研究方法與內(nèi)容：①?gòu)母哳l詞中可以看出，“數(shù)值仿真”和“模型試驗(yàn)”是國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究的主要手段；②圖中可以看出國(guó)內(nèi)研究者較常用的一些數(shù)值模擬平臺(tái)：FAST、AQWA、SESAM、Open FOAM等；③“動(dòng)力響應(yīng)”、“水動(dòng)力”、“氣動(dòng)載荷”等主題是國(guó)內(nèi)研究者較為關(guān)注的研究熱點(diǎn)?；谶@些方向的發(fā)展，“勢(shì)流理論”、“動(dòng)量葉素理論”等理論也是國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域較為關(guān)注的理論研究方向。

2.2 國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)

對(duì)國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域數(shù)據(jù)源進(jìn)行研究熱點(diǎn)分析，繪制出國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)圖譜,如圖2所示。

圖2 國(guó)際浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜Fig.2 Mapping knowledge domains of international knowledge base in FOWT

從圖2中可以看出，以“floating wind turbine”為中心的其他關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)包括“dynamic response”、“simulation”、“wave”等?？梢园l(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)大致相同，同樣包括浮式風(fēng)機(jī)的概念、浮式風(fēng)機(jī)的類(lèi)型以及浮式風(fēng)機(jī)的研究?jī)?nèi)容3個(gè)方面。

表3 國(guó)際浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)高頻詞Table 3 High-frequency words of international research focuses in FOWT

對(duì)比國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖及高頻詞表，國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)有以下異同點(diǎn)：1)主要研究熱點(diǎn)都是“動(dòng)力響應(yīng)”、“數(shù)值模擬”以及 “模型試驗(yàn)”；2)幾種常用浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式都是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，包括“張力腿平臺(tái)”、“Spar”等。因此在進(jìn)行浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究時(shí)，結(jié)構(gòu)形式依然作為研究?jī)?nèi)容的基本載體，并且在此基礎(chǔ)上衍生出的多個(gè)子課題，包括“垂蕩板”、“系泊系統(tǒng)”等也將作為研究的熱點(diǎn)；3)浮式風(fēng)機(jī)在使用周期壽命中，主要受到兩方面荷載的作用，一個(gè)是“水動(dòng)力”，一個(gè)是“氣動(dòng)力”。國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)都集中于這2點(diǎn)，以及多荷載耦合動(dòng)力分析；4)整體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的研究重點(diǎn)偏向于單個(gè)結(jié)構(gòu)方向，但是從關(guān)鍵詞“optimization”、“performance”、“renewable energy”、“farm”等可以看出國(guó)際上研究熱點(diǎn)會(huì)更加偏向產(chǎn)業(yè)化。

3 演進(jìn)趨勢(shì)分析

3.1 國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域演進(jìn)趨勢(shì)

CiteSpace中“Time-Zoom”模塊能夠?qū)﹃P(guān)鍵詞共現(xiàn)圖進(jìn)行時(shí)序分析，關(guān)鍵詞時(shí)序圖展示了浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的演進(jìn)趨勢(shì)，能夠直觀地感受學(xué)科發(fā)展的歷程，對(duì)把握行業(yè)發(fā)展有重要作用。

根據(jù)檢索出來(lái)的文獻(xiàn)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)，繪制出國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域關(guān)鍵詞突現(xiàn)時(shí)序圖, 如圖 3所示。總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程是階梯上升的，從概念的提出到結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展再到理論研究，可以劃分為基礎(chǔ)理論、結(jié)構(gòu)形式、理論深入3個(gè)階段。

圖3 國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)時(shí)序圖Fig.3 Sequence diagram of domestic emerged terms in FOWT

第1階段：2010—2012年。2010年國(guó)內(nèi)首次提出浮式風(fēng)機(jī)的概念。受到國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)的影響，彼時(shí)浮式風(fēng)機(jī)按照一般結(jié)構(gòu)的研究路徑進(jìn)行定性分析，開(kāi)始階段主要是從結(jié)構(gòu)特性、結(jié)構(gòu)特征運(yùn)動(dòng)、研究方法3個(gè)方面入手。這一階段主要是將浮式風(fēng)機(jī)的概念引進(jìn)國(guó)內(nèi)，開(kāi)啟國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究序幕。

與此同時(shí)，2010年，為推動(dòng)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)與發(fā)展，國(guó)家發(fā)布了許多行業(yè)指導(dǎo)政策，包括《2010 年能源工作總體要求和任務(wù)》、《海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理暫行辦法》、《風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)》以及《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》等，這些政策的發(fā)布促進(jìn)了國(guó)內(nèi)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的研究。

2010—2012年這一階段，浮式風(fēng)機(jī)主要圍繞基本理論進(jìn)行研究，包括“氣動(dòng)性能”、“模型試驗(yàn)”、“系泊系統(tǒng)”等。這一階段主要運(yùn)用其他學(xué)科現(xiàn)有理論，如“船舶工程”、“風(fēng)工程”等學(xué)科的基礎(chǔ)理論對(duì)浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行研究。例如，張亮等[10]從多個(gè)角度對(duì)比了國(guó)內(nèi)外不同結(jié)構(gòu)形式的浮式風(fēng)機(jī)在模型試驗(yàn)方面的異同點(diǎn)，給出了適合于我國(guó)浮式風(fēng)機(jī)試驗(yàn)研究的技術(shù)路線(xiàn)。葉小嶸等[11]利用動(dòng)量葉素理論與動(dòng)態(tài)失速修正對(duì)浮式平臺(tái)與風(fēng)輪葉片進(jìn)行氣動(dòng)響應(yīng)研究。

第2階段：2013—2016年。這一階段浮式風(fēng)機(jī)主要圍繞結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，包括“Spar”、“張力腿平臺(tái)”、“半潛型浮式基礎(chǔ)”。理論研究主要圍繞這幾種結(jié)構(gòu)形式的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，例如“動(dòng)態(tài)響應(yīng)”、“參數(shù)分析”、“數(shù)值模擬”、“水動(dòng)力”等。此階段研究重點(diǎn)集中于浮式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式上。

2014年國(guó)家能源局發(fā)布《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)方案(2014—2016)的通知》。通知中指出列入全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)方案(2014—2016)項(xiàng)目共44個(gè)，總?cè)萘? 053萬(wàn)千瓦。同時(shí)，通知中指出“為健全海上風(fēng)電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范，指導(dǎo)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)，委托能源行業(yè)風(fēng)電標(biāo)委會(huì)風(fēng)電規(guī)劃設(shè)計(jì)分標(biāo)委牽頭，研究制定《海上風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《海上風(fēng)電場(chǎng)交流海底電纜選型敷設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》、《海上升壓站變電站設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》、《海上風(fēng)電場(chǎng)工程施工安裝技術(shù)規(guī)程》和《海上風(fēng)電場(chǎng)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范?！边@一時(shí)期為規(guī)范海上風(fēng)電行業(yè)，在由小規(guī)模試驗(yàn)場(chǎng)到爆發(fā)式增長(zhǎng)前，亟需制定一系列國(guó)家規(guī)范。

因此國(guó)內(nèi)有許多學(xué)者對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了多維度的研究。例如，唐友剛等[12-14]針對(duì)5 MW海上半潛式浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)研究，分別對(duì)半潛式浮式基礎(chǔ)整體強(qiáng)度、水動(dòng)力性能以及極端海況下運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。衛(wèi)濤等[15]對(duì)張力腿浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了張力腿浮式風(fēng)機(jī)整體模態(tài)，得到該結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性。張亮等[16]采用頻域分析的方法研究Spar式風(fēng)力機(jī)在不同參數(shù)影響下的水動(dòng)力性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于浮式風(fēng)機(jī)幾種基礎(chǔ)形式的研究進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。

第3階段：2017年—2019年。2016年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家工信部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了關(guān)于《中國(guó)制造——2025能源裝備實(shí)施方案》的通知，目的是為推動(dòng)我國(guó)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域規(guī)范化、精細(xì)化、深入化發(fā)展。自2017年起，浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究重心開(kāi)始導(dǎo)向理論的研究及規(guī)范的完善上。這一階段國(guó)內(nèi)科研人員把目光轉(zhuǎn)移到理論的研究上[17]，與此同時(shí)，這一階段還出現(xiàn)了眾多計(jì)算浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值仿真平臺(tái)，這些軟件的開(kāi)發(fā)也推動(dòng)了浮式風(fēng)機(jī)理論研究的深度與廣度。

3.2 國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域演進(jìn)趨勢(shì)

根據(jù)數(shù)據(jù)源整理分析，繪制國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域關(guān)鍵詞時(shí)序圖，如圖 4所示。

圖4 WoS數(shù)據(jù)庫(kù)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)時(shí)序圖Fig.4 Sequence diagram of international emerged terms in FOWT

對(duì)比國(guó)內(nèi)關(guān)鍵詞時(shí)序圖可以看出，國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域演進(jìn)趨勢(shì)也主要分為3個(gè)階段：

第1階段：2009—2013年。2007年，歐洲海上風(fēng)電發(fā)展政策研討會(huì)上提出到2020年將可再生能源在一次能源消費(fèi)中的占比提高到20%[18]。2008年，英國(guó)Blue H公司建造了世界上首臺(tái)小型海上浮式風(fēng)機(jī)樣機(jī)，額定功率為80 kW[19]。此后歐洲各國(guó)及北美建立了大量海上風(fēng)電場(chǎng)[18]，國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)研究開(kāi)始進(jìn)入科研人員的視野中。

與國(guó)內(nèi)發(fā)展進(jìn)程相似，2009—2013年，國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)研究熱點(diǎn)集中于浮式風(fēng)機(jī)概念以及理論和工具的引入。例如，Roddier等[20]運(yùn)用了船舶動(dòng)力學(xué)等已有理論對(duì)一種浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行了可行性研究。Jonkman等[21]提出了一種用于浮式風(fēng)力耦合動(dòng)力響應(yīng)建模的綜合仿真工具，并通過(guò)模型對(duì)該工具進(jìn)行了驗(yàn)證。

第2階段：2014—2016年。國(guó)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)開(kāi)始著眼于浮式風(fēng)機(jī)的受力分析以及結(jié)構(gòu)形式。突現(xiàn)的研究熱點(diǎn)有“dynamic response”、“TLP”、“computation fluid dynamic”。例如，Goupee等[22]分別建立了張力腿、半潛式、單柱式3種平臺(tái)的模型試驗(yàn)，分析3種浮式風(fēng)機(jī)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的耦合特性。

第3階段：2017—2019年。這一階段突現(xiàn)“blade”、“mooring line”、“mooring system”等主題，國(guó)際上學(xué)者對(duì)于浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的研究開(kāi)始著眼于浮式基礎(chǔ)理論上的深入研究，包括系泊系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)葉片等。隨著浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域向深海以及極端海洋環(huán)境的發(fā)展，極端工況、結(jié)構(gòu)疲勞的研究也成為研究熱點(diǎn)。例如，Kang等[23]采用關(guān)聯(lián)FMEA方式對(duì)浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并使用某風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)浮式風(fēng)機(jī)安全性與可靠性提供設(shè)計(jì)建議。Hsu等[24]針對(duì)浮式風(fēng)機(jī)系泊系統(tǒng)可能會(huì)受到極強(qiáng)風(fēng)浪偶然荷載的作用，提出一種新的概率模型為系泊索極值設(shè)計(jì)提供參考。

對(duì)比國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域演進(jìn)趨勢(shì)圖，可以看出，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)程是大致同步的。一個(gè)學(xué)科的發(fā)展一般遵循四階段理論：第1階段即是學(xué)科的提出；第2階段是引入新的方法和工具對(duì)該主題進(jìn)行研究；第3階段是對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)散，突現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)方面研究；第4階段進(jìn)入衰減階段[25]。通過(guò)上述研究熱點(diǎn)時(shí)序圖的分析，浮式風(fēng)機(jī)作為一個(gè)新興領(lǐng)域，目前處于第2階段末期至第3階段初期，科研前景非常廣闊。

4 科研合作分析

科研合作是指科研人員共同完成科研任務(wù)為實(shí)現(xiàn)同一科研目標(biāo)進(jìn)行科研合作和科研產(chǎn)出的活動(dòng)[26]。在CiteSpace中選擇Author選項(xiàng)進(jìn)行微觀合作可視化分析，繪制科研合作關(guān)系知識(shí)圖譜能夠直觀看出在浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域最具影響力的科研團(tuán)隊(duì)，了解各科研團(tuán)隊(duì)間合作關(guān)系。

圖 5為CNKI核心數(shù)據(jù)庫(kù)中浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域科研人員合作關(guān)系圖，其中發(fā)文量與中心度均較大的是上海理工大學(xué)李春、丁勤衛(wèi)科研團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)在流固耦合與浮式平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)方面做出了許多貢獻(xiàn)[27-28]。

圖5 國(guó)內(nèi)科研合作關(guān)系Fig.5 Domestic research cooperation

圖 6為WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域科研人員合作關(guān)系圖，可以看出國(guó)際浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域各科研團(tuán)隊(duì)相互之間有著不同程度的聯(lián)系，科研人員間合作較為緊密。其中發(fā)文量與中心度最大的科研團(tuán)隊(duì)是挪威科技大學(xué)(NTNU)MOAN Torgeir與GAO Zhen科研團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)在Spar結(jié)構(gòu)形式方面做了大量工作，對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了深入研究[29]，同時(shí)提出了一種簡(jiǎn)化的浮式風(fēng)機(jī)在風(fēng)浪荷載作用下動(dòng)力響應(yīng)分析方法[30]。此外上海交通大學(xué)HU ZHIQIANG團(tuán)隊(duì)也對(duì)Spar平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)與數(shù)值仿真研究[31-32]。

圖6 國(guó)際科研合作關(guān)系Fig.6 International research partnerships

5 國(guó)際期刊源可視化分析

5.1 知識(shí)流分析

雙圖疊加(Dual-Map)模塊是顯示浮式風(fēng)機(jī)研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)分布、被引軌跡、知識(shí)流動(dòng)等信息的可視化分析模塊，主要使用了Blondel算法形成期刊簇[33]。下面對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行雙圖疊加分析，如圖 7所示。

圖7 WoS數(shù)據(jù)庫(kù)浮式風(fēng)機(jī)雙圖疊加Fig.7 Dual-map overlay of FOWT based on WoS database

雙圖疊加分析由左右2部分組成。左側(cè)是被引文獻(xiàn)發(fā)文的主要學(xué)科分布。右側(cè)為被引文獻(xiàn)的期刊分布，代表該領(lǐng)域研究中主要引用的學(xué)科分類(lèi)。因此，左側(cè)是浮式風(fēng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，右側(cè)為浮式風(fēng)機(jī)的研究基礎(chǔ)。橢圓形中心表示特定期刊的主題區(qū)域，左邊橢圓形的橫軸表示作者的數(shù)量，縱軸表示發(fā)表的數(shù)量。右側(cè)橢圓橫軸為被引作者數(shù)量，縱軸為期刊被引次數(shù)，左右兩側(cè)的期刊鏈接反映了左右期刊之間的引用關(guān)系。

通過(guò)CiteSpace內(nèi)置Z-Score算法對(duì)引文連接關(guān)系進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使兩側(cè)期刊之間的引文關(guān)系更加清晰明了，最終得到3條主要的引文軌跡：

①M(fèi)athematics, Systems, Mathematica→Mathematical, Mathematics, Mechanics;

②Mathematics, Systems, Mathematica→Earth, Geology, Geophysics;

③Mathematics, Systems, Mathematica→Environmental, Toxicology, Nutrition。

浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域主要以“數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)”；“地球?qū)W、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)”；“環(huán)境、毒理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)”這3門(mén)學(xué)科為研究基礎(chǔ)(圖7右側(cè))。這表明浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域近年來(lái)引用了這3個(gè)學(xué)科的一些期刊，呈現(xiàn)出跨學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)。除此之外，應(yīng)用領(lǐng)域中“獸醫(yī)學(xué)、動(dòng)物學(xué)、科學(xué)”文獻(xiàn)量呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這表明越來(lái)越多的研究人員[34-35]開(kāi)始思考海上浮式風(fēng)機(jī)對(duì)于環(huán)境生態(tài)的影響。

5.2 研究載體分析

期刊共被引分析顯示了國(guó)際研究中引用相關(guān)期刊的研究期刊，說(shuō)明這些期刊的研究成果被國(guó)際研究認(rèn)可與采納，以及這些期刊所包含的理論將匯入到國(guó)標(biāo)相關(guān)領(lǐng)域的研究中。

在 CiteSpace中選取“Cited Journal”進(jìn)行文獻(xiàn)共被引分析，圖 8顯示了對(duì)浮式風(fēng)機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)期刊的共被引分析結(jié)果，表 4表示為被引頻次以及中心度排名前10的國(guó)際期刊。

圖8 WoS數(shù)據(jù)庫(kù)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域期刊共被引Fig.8 Co-cited analysis of journals connected to FOWT based on WoS database

從表 4可以看出，“WIND ENERGY”、“RENEW ENERG”以及“OCEAN ENG”是國(guó)際浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域被引頻率前3名的期刊。“WIND ENERGY”、“WIND ENG”、“J RENEW SUSTAIN ENER”是中心度前3名的期刊。對(duì)比期刊頻次與中心度排名，可以發(fā)現(xiàn)被引頻率以及中心度不成正相關(guān)，即使被引頻率高，也不一定表明該期刊影響力大。不過(guò)從被引率和中心度排名上看，“WIND ENERGY”都是本領(lǐng)域排名第1的期刊。

表4 被引頻次及中心度排名前10的期刊Table 4 Top 10 journals in citation frequency and centrality

6 結(jié)論

1)在研究熱點(diǎn)方面，國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞較為接近，包括荷載作用、動(dòng)力響應(yīng)、結(jié)構(gòu)形式(半潛式、張力腿式、Spar等)、附屬結(jié)構(gòu)(風(fēng)葉、垂蕩板、系泊系統(tǒng)等)以及穩(wěn)定性、耐久性等研究熱點(diǎn)。

2)在演進(jìn)趨勢(shì)方面，雖然浮式風(fēng)機(jī)概念起源于國(guó)外，但由于早期技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化原因，未產(chǎn)生大規(guī)模研究。開(kāi)始階段借助其他學(xué)科已有理論方法、研究工具對(duì)浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行初步探究，隨后在此基礎(chǔ)上發(fā)展出各種結(jié)構(gòu)形式，開(kāi)展了各結(jié)構(gòu)形式的穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)研究及對(duì)比分析，現(xiàn)階段科研人員開(kāi)始對(duì)新結(jié)構(gòu)形式包括對(duì)原有結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)以及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研討，同時(shí)開(kāi)始著手對(duì)現(xiàn)有理論和工具的適應(yīng)性改良。目前國(guó)內(nèi)外浮式風(fēng)機(jī)發(fā)展進(jìn)程已同步化。

3)國(guó)內(nèi)科研合作關(guān)系呈現(xiàn)各團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)際科研合作關(guān)系中各團(tuán)隊(duì)具有較強(qiáng)的聯(lián)系。在國(guó)外期刊源方面，目前浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域呈現(xiàn)出較強(qiáng)的跨學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域發(fā)文量呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)。

針對(duì)以上結(jié)論，為推動(dòng)我國(guó)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域發(fā)展給出相關(guān)建議：

1)作為新興研究方向，浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域本身自帶多學(xué)科交叉的屬性，在研究過(guò)程中不僅需要結(jié)合已有學(xué)科理論，還需要對(duì)該學(xué)科做出理論改進(jìn)與創(chuàng)新；

2)未來(lái)浮式風(fēng)機(jī)領(lǐng)域發(fā)展將會(huì)向新理論、交叉學(xué)科以及新形式3個(gè)方面發(fā)展；

3)通過(guò)前期小型風(fēng)電場(chǎng)的試驗(yàn)，現(xiàn)階段浮式風(fēng)機(jī)將向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，研究方向應(yīng)以產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新為主，結(jié)合國(guó)家政策，完善行業(yè)規(guī)范，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在技術(shù)支撐下逐步提高可再生能源利用率。