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海上風電的“慢思維”與“快功力”

2021-04-19 15:13:59 《風能》

經(jīng)過十余年探索,我國海上風電初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系,基本具備規(guī)模化開發(fā)的條件,對我國,特別是沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型升級具有重大意義。然而,完整不意味著完善。我國海上風電開發(fā)起步晚,行業(yè)缺乏足夠的經(jīng)驗,風電機組缺少長時間的運行驗證。同時,專業(yè)安裝船、運維船等配套設(shè)備的設(shè)計和建造,以及安裝、運維技術(shù)人才培養(yǎng)都落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。這些都是海上風電進入平價時代,走向規(guī)?;l(fā)展必須邁過的門檻。

為實現(xiàn)海上風電的持續(xù)發(fā)展,產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)需做好長期奮斗的準備。中國海裝對此洞若觀火,形成了自身獨有的發(fā)展節(jié)奏,用“慢思維”與“快功力”引領(lǐng)行業(yè)行穩(wěn)致遠。

十年磨一劍,利刃出擊

中國海裝的海上風電業(yè)務(wù)可以追溯至2008 年。據(jù)中國海裝工程技術(shù)公司副總經(jīng)理劉城回憶,2008 年9 月,中國海裝正式啟動海上風電業(yè)務(wù)布局,隨后成立了科技部批準的“國家海上風力發(fā)電工程技術(shù)研究中心”,經(jīng)過大量試驗和調(diào)研,于2011 年8 月完成了5MW 機組的整體設(shè)計。2012 年7 月,首臺H128-5MW 樣機下線。2017 年10 月,該機組在華能如東八仙角海上風電項目實現(xiàn)批量運行。這樣看來,面對全球海上風電的“加急時代”,雖然該公司起步較早,但發(fā)展卻似乎并未占得先機。然而事實真的如此嗎?

早期,我國海上風電發(fā)展并不明朗,產(chǎn)業(yè)鏈尚未成形,較歐洲部分國家有較大差距,未經(jīng)長期驗證的機型貿(mào)然進行批量裝機會帶來極大的風險。對風險的權(quán)衡,讓中國海裝有意放慢了發(fā)展的步調(diào)。

“可靠性是設(shè)計出來的,也是驗證Offshore Wind Power 海上風電出來的,而時間是最好的試金石。”劉城表示,“在設(shè)計階段,即使機組整體通過了各方面的可靠性試驗,包括滿載試驗、壽命試驗以及一些惡劣環(huán)境模擬試驗,如鹽霧、腐蝕、高低溫試驗等,安裝后在基礎(chǔ)運行階段也會暴露一些問題。”

通過樣機的長時間運行,不僅驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性、關(guān)鍵零部件的質(zhì)量等,也讓中國海裝能夠不斷優(yōu)化機型,為此后的機組小批量商業(yè)化投運奠定基礎(chǔ)。

慎重則必成。中國海裝海上風電機組的研發(fā)嚴格遵循“樣機驗證―小批量―規(guī)模化”這一過程,如此“十年磨一劍”得到的機組質(zhì)量自然能得到保障。據(jù)了解,由中國海裝研發(fā)的5MW系列機組自2012 年裝機以來,至今已穩(wěn)定運行8 年有余。H171-5MW 機組還創(chuàng)造了海上三類風能資源區(qū)年利用小時達到3900+ 小時的紀錄。

2019 年,該公司推出基于5MW成熟平臺研發(fā)的6MW 級海上機組。該款機型繼承了5MW 機型的所有優(yōu)點,機艙采用全密封結(jié)構(gòu)和獨立內(nèi)/ 外循環(huán)冷卻的整體抗惡劣環(huán)境技術(shù),布局緊湊、重量輕;齒輪箱和發(fā)電機的二次冷卻系統(tǒng)采用與機艙隔離的自然風冷,可靠性高,自耗電低;變槳則采用高壓集成式控制系統(tǒng),能大幅降低變槳控制系統(tǒng)故障率,極大提高機組的適應(yīng)性,可進一步有效降低度電成本,實現(xiàn)3000+ 的年利用小時數(shù)。

該公司最新推出的8MW 以及10MW 機型已獲得設(shè)計認證, 計劃于2021 年安裝樣機。據(jù)劉城介紹,H210-10MW 機組匹配了目前國內(nèi)最長碳纖維葉片,在捕獲更多風能的同時,降低葉片載荷,減輕葉片重量,實現(xiàn)機組功率和葉片最優(yōu)匹配。齒輪箱和發(fā)電機易拆卸集成式設(shè)計,結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高,平均成本低,利刃出擊海上風電后補貼時代。

中國海裝背靠的中國船舶集團擁有豐富的海洋裝備研發(fā)歷史,深厚的積淀使該公司的海上風電機組研發(fā)擁有同國際一流企業(yè)同臺競技的水平。

海上風電機組與船舶在運行原理上存在諸多相通之處,由此,中國船舶集團內(nèi)部高度互信的供應(yīng)鏈體系為中國海裝的技術(shù)創(chuàng)新提供了條件。聯(lián)合集團內(nèi)部的相關(guān)院所和關(guān)鍵零部件供應(yīng)商,中國海裝提出了風電機組系統(tǒng)匹配與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法,并創(chuàng)建風電機組研究開發(fā)平臺,建立了風電機組設(shè)計的理論和技術(shù)體系。依托于此,中國海裝海上機組的正向設(shè)計能力、與供應(yīng)鏈協(xié)同設(shè)計能力、設(shè)計管理能力及設(shè)計驗證能力在內(nèi)的綜合系統(tǒng)集成能力得到快速提升。

與此同時,“技術(shù)同源”的特征使得中國海裝能夠充分借助集團的供應(yīng)鏈資源。以H171-5MW 海上機組為例,劉城細數(shù)了其關(guān)鍵零部件的來源:葉片來自中國船舶集團第七二五研究所,齒輪箱來自重慶齒輪箱有限責任公司,發(fā)電機來自中國船舶集團884廠,電氣控制系統(tǒng)來自重慶前衛(wèi)科技集團……

在此過程中,中國海裝還將集團的軍工理念滲透到機組研制的每一個環(huán)節(jié)中,嚴苛、完善的軍工產(chǎn)品生產(chǎn)標準使機組達到制造工藝的高度一致性和穩(wěn)定性,“可靠”成為中國海裝風電機組的底色。

快馬更加鞭,多措并舉

“慢思維”背后是對技術(shù)認真、謹慎和科學的打磨,而“快功力”則表現(xiàn)在對產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)的效率提升上。隨著海上風電產(chǎn)業(yè)走向規(guī)?;l(fā)展,產(chǎn)業(yè)鏈不匹配的問題逐漸凸顯,設(shè)計、研發(fā)、安裝、運維等多個環(huán)節(jié)亟待理順。劉城認為,各方應(yīng)合力做好基礎(chǔ)性工作,打造堅強產(chǎn)業(yè)鏈,支撐行業(yè)走向平價上網(wǎng)。中國海裝一直在為此展開布局。

精細化的前期規(guī)劃設(shè)計是確保風電項目高效運營的基礎(chǔ)。在風能資源評估方面,該公司與國家氣候中心合作, 自主開發(fā)了LiGa 大數(shù)據(jù)平臺,探索更加快速化、精準化的風電場規(guī)劃和方案設(shè)計,從而實現(xiàn)更高的效益。

由于海上施工條件復雜,但相應(yīng)的船機設(shè)備配套跟不上,海上風電的建設(shè)安裝成本一直居高不下,成為產(chǎn)業(yè)走向平價的一大阻礙。中國海裝通過發(fā)揮集團優(yōu)勢在積極探索解決之道。

2020 年3 月,由中船海工自主投資、中船重工設(shè)計研究中心有限公司設(shè)計、大船集團山船重工承建的自升式海上風電安裝平臺“中船海工101”在山海關(guān)順利下水。據(jù)悉,該平臺船配置一臺起重能力為1000 噸的繞樁式主吊機,一臺起重能力為350 噸的繞樁式輔吊機,單樁作業(yè)支持能力為6000 噸,可搭載3 套7MW 風電機組部件或4 套5MW 風電機組部件,具備5MW 和7MW 海上風電機組的安裝能力。

一旦投運,運維就成為決定風電場運行表現(xiàn)的關(guān)鍵所在。中國海裝抽調(diào)陸上風電工程的精英骨干重點培養(yǎng),于2016 年成立了海上運維中心,主要負責海上風電機組出廠后的運輸、吊裝和運維等工作。中心通過大量的測試、技改,積累了大量的海上風電運維數(shù)據(jù),掌握了海上運維的關(guān)鍵點,以LiGa 大數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)形成包含大數(shù)據(jù)平臺、智能排程系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)三大系統(tǒng)的智能運維系統(tǒng)。一方面,可以實現(xiàn)對安裝、運維過程中機組實時狀態(tài)的監(jiān)測和工作計劃的安排;另一方面,能夠?qū)︼L電場運行情況進行智能預(yù)警診斷,實現(xiàn)預(yù)防性運維,并通過診斷模型給出故障診斷結(jié)果和解決方案等。

有業(yè)內(nèi)人士表示,在海上風電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展之際,亟需加快人員培訓體系建設(shè)和相關(guān)標準的制定,通過周密的人才培訓計劃結(jié)合智能運維系統(tǒng),實現(xiàn)人員的合理安排是提升運維效率、確保安全的核心。

在中國海裝,所有人員執(zhí)行運維工作都需經(jīng)過嚴格的培訓,并持證上崗。海上風電運維人員必須取得海員的“四小證”以及登高證、電工證等。同時,還需要參加基礎(chǔ)知識系統(tǒng)培訓、車間實體培訓、輪崗訓練等,每個階段都會有嚴格的考核制度,全部通過方能正式上崗作業(yè)。

運維船作為海上風電場運行和維護的重要工具,目前在國內(nèi)以改裝船為主,航速低,裝載能力弱。專業(yè)運維船成為海上風電走向規(guī)?;l(fā)展的硬性需求。中國海裝敏銳地捕捉到了這點,并聯(lián)合集團力量開展研制。

劉城透露,目前集團內(nèi)部已完成立項,正在進行運維船的前期招標啟動工作,計劃在2021 年年底,國內(nèi)第一艘專業(yè)雙體鋁合金運維船將投入使用。結(jié)合公司對直升機運維的探索,中國海裝將形成更加立體、科學的運維方案,推動產(chǎn)業(yè)朝著更加專業(yè)、更高效的方向發(fā)展。

此外,中國海裝率先提出“海上風電運維樞紐中心”整體解決方案。據(jù)介紹,樞紐中心是海上風電運維的交匯點,供區(qū)域性海上風電場共享使用,是交通運輸、風電運維等船舶中轉(zhuǎn)、換乘、換裝與集散的場所,也是各種運輸方式銜接和聯(lián)運的主要基地,從物資保障、生活保障、人員培訓等方面為海上運維提供強有力的保障。同時,集約化的管理方式能有效降低運維成本。

聚焦最前沿,拔新領(lǐng)異

隨著能源轉(zhuǎn)型進程的加速,開發(fā)深遠海資源將成為海上風電發(fā)展的必然趨勢。生態(tài)系統(tǒng)理念在深遠海海上風電項目開發(fā)中具有特殊的意義。劉城表示,以漂浮式海上風電場為中心,成熟應(yīng)用后可與光伏和潮汐能發(fā)電、儲能裝置作為能源供應(yīng)基礎(chǔ),形成分布式多能互補,打造能源自給自足、休閑娛樂一體化的智慧浮島群,用于海上風電制氫、海洋監(jiān)測站、深海養(yǎng)殖、海水淡化、供水系統(tǒng)、生活用電、敏感負載等,推動我國海洋探索走向深遠海。

目前來看,一如十年前獨具慧眼將發(fā)展重點定位在海上風電時的果斷,中國海裝而今正聚焦深遠海,加緊儲備前沿技術(shù)。

2019 年,該公司申報的“海上浮式風電裝備研制”項目成功獲得工信部立項,該項目擬通過開展海上漂浮式風電裝備總體設(shè)計、系泊系統(tǒng)設(shè)計、制造與調(diào)試等關(guān)鍵共性技術(shù)研究,完成大功率海上漂浮式風電裝備研制,并實現(xiàn)海上漂浮式風電裝備的工程示范應(yīng)用。預(yù)計將于2021 年年底安裝第一臺漂浮式機組。

走向深遠海,海上風電將進入全新的領(lǐng)域,面對更多未知的挑戰(zhàn)。但無論如何,憑“快功力”加速創(chuàng)新,以“慢思維”謹慎論證,我國海上風電未來將一片坦途,中國海裝也將兼程前進,引領(lǐng)海上風電的高質(zhì)量發(fā)展。




責任編輯: 李穎

標簽:海上風電,風電產(chǎn)業(yè)