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海上风电的“慢思维”与“快功力”

   日期:2021-04-19     来源:《风能》    浏览:591    评论:0    
经过十余年探索,我国海上风电初步形成了较为完整的产业体系,基本具备规模化开发的条件,对我国,特别是沿海地区能源结构调整和经济社会转型升级具有重大意义。然而,完整不意味着完善。我国海上风电开发起步晚,行业缺乏足够的经验,风电机组缺少长时间的运行验证。同时,专业安装船、运维船等配套设备的设计和建造,以及安装、运维技术人才培养都落后于产业发展的步伐。这些都是海上风电进入平价时代,走向规模化发展必须迈过的门槛。

为实现海上风电的持续发展,产业链上、下游企业需做好长期奋斗的准备。中国海装对此洞若观火,形成了自身独有的发展节奏,用“慢思维”与“快功力”引领行业行稳致远。

十年磨一剑,利刃出击


中国海装的海上风电业务可以追溯至2008 年。据中国海装工程技术公司副总经理刘城回忆,2008 年9 月,中国海装正式启动海上风电业务布局,随后成立了科技部批准的“国家海上风力发电工程技术研究中心”,经过大量试验和调研,于2011 年8 月完成了5MW 机组的整体设计。2012 年7 月,首台H128-5MW 样机下线。2017 年10 月,该机组在华能如东八仙角海上风电项目实现批量运行。这样看来,面对全球海上风电的“加急时代”,虽然该公司起步较早,但发展却似乎并未占得先机。然而事实真的如此吗?
早期,我国海上风电发展并不明朗,产业链尚未成形,较欧洲部分国家有较大差距,未经长期验证的机型贸然进行批量装机会带来极大的风险。对风险的权衡,让中国海装有意放慢了发展的步调。

“可靠性是设计出来的,也是验证Offshore Wind Power 海上风电出来的,而时间是最好的试金石。”刘城表示,“在设计阶段,即使机组整体通过了各方面的可靠性试验,包括满载试验、寿命试验以及一些恶劣环境模拟试验,如盐雾、腐蚀、高低温试验等,安装后在基础运行阶段也会暴露一些问题。”

通过样机的长时间运行,不仅验证了结构设计的可靠性、关键零部件的质量等,也让中国海装能够不断优化机型,为此后的机组小批量商业化投运奠定基础。

慎重则必成。中国海装海上风电机组的研发严格遵循“样机验证―小批量―规模化”这一过程,如此“十年磨一剑”得到的机组质量自然能得到保障。据了解,由中国海装研发的5MW系列机组自2012 年装机以来,至今已稳定运行8 年有余。H171-5MW 机组还创造了海上三类风能资源区年利用小时达到3900+ 小时的纪录。

2019 年,该公司推出基于5MW成熟平台研发的6MW 级海上机组。该款机型继承了5MW 机型的所有优点,机舱采用全密封结构和独立内/ 外循环冷却的整体抗恶劣环境技术,布局紧凑、重量轻;齿轮箱和发电机的二次冷却系统采用与机舱隔离的自然风冷,可靠性高,自耗电低;变桨则采用高压集成式控制系统,能大幅降低变桨控制系统故障率,极大提高机组的适应性,可进一步有效降低度电成本,实现3000+ 的年利用小时数。

该公司最新推出的8MW 以及10MW 机型已获得设计认证, 计划于2021 年安装样机。据刘城介绍,H210-10MW 机组匹配了目前国内最长碳纤维叶片,在捕获更多风能的同时,降低叶片载荷,减轻叶片重量,实现机组功率和叶片最优匹配。齿轮箱和发电机易拆卸集成式设计,结构紧凑,可靠性高,平均成本低,利刃出击海上风电后补贴时代。

中国海装背靠的中国船舶集团拥有丰富的海洋装备研发历史,深厚的积淀使该公司的海上风电机组研发拥有同国际一流企业同台竞技的水平。

海上风电机组与船舶在运行原理上存在诸多相通之处,由此,中国船舶集团内部高度互信的供应链体系为中国海装的技术创新提供了条件。联合集团内部的相关院所和关键零部件供应商,中国海装提出了风电机组系统匹配与参数优化设计方法,并创建风电机组研究开发平台,建立了风电机组设计的理论和技术体系。依托于此,中国海装海上机组的正向设计能力、与供应链协同设计能力、设计管理能力及设计验证能力在内的综合系统集成能力得到快速提升。

与此同时,“技术同源”的特征使得中国海装能够充分借助集团的供应链资源。以H171-5MW 海上机组为例,刘城细数了其关键零部件的来源:叶片来自中国船舶集团第七二五研究所,齿轮箱来自重庆齿轮箱有限责任公司,发电机来自中国船舶集团884厂,电气控制系统来自重庆前卫科技集团……

在此过程中,中国海装还将集团的军工理念渗透到机组研制的每一个环节中,严苛、完善的军工产品生产标准使机组达到制造工艺的高度一致性和稳定性,“可靠”成为中国海装风电机组的底色。

快马更加鞭,多措并举


“慢思维”背后是对技术认真、谨慎和科学的打磨,而“快功力”则表现在对产业各个环节的效率提升上。随着海上风电产业走向规模化发展,产业链不匹配的问题逐渐凸显,设计、研发、安装、运维等多个环节亟待理顺。刘城认为,各方应合力做好基础性工作,打造坚强产业链,支撑行业走向平价上网。中国海装一直在为此展开布局。
精细化的前期规划设计是确保风电项目高效运营的基础。在风能资源评估方面,该公司与国家气候中心合作, 自主开发了LiGa 大数据平台,探索更加快速化、精准化的风电场规划和方案设计,从而实现更高的效益。

由于海上施工条件复杂,但相应的船机设备配套跟不上,海上风电的建设安装成本一直居高不下,成为产业走向平价的一大阻碍。中国海装通过发挥集团优势在积极探索解决之道。

2020 年3 月,由中船海工自主投资、中船重工设计研究中心有限公司设计、大船集团山船重工承建的自升式海上风电安装平台“中船海工101”在山海关顺利下水。据悉,该平台船配置一台起重能力为1000 吨的绕桩式主吊机,一台起重能力为350 吨的绕桩式辅吊机,单桩作业支持能力为6000 吨,可搭载3 套7MW 风电机组部件或4 套5MW 风电机组部件,具备5MW 和7MW 海上风电机组的安装能力。
一旦投运,运维就成为决定风电场运行表现的关键所在。中国海装抽调陆上风电工程的精英骨干重点培养,于2016 年成立了海上运维中心,主要负责海上风电机组出厂后的运输、吊装和运维等工作。中心通过大量的测试、技改,积累了大量的海上风电运维数据,掌握了海上运维的关键点,以LiGa 大数据平台为基础形成包含大数据平台、智能排程系统、调度管理系统三大系统的智能运维系统。一方面,可以实现对安装、运维过程中机组实时状态的监测和工作计划的安排;另一方面,能够对风电场运行情况进行智能预警诊断,实现预防性运维,并通过诊断模型给出故障诊断结果和解决方案等。

有业内人士表示,在海上风电产业大规模发展之际,亟需加快人员培训体系建设和相关标准的制定,通过周密的人才培训计划结合智能运维系统,实现人员的合理安排是提升运维效率、确保安全的核心。

在中国海装,所有人员执行运维工作都需经过严格的培训,并持证上岗。海上风电运维人员必须取得海员的“四小证”以及登高证、电工证等。同时,还需要参加基础知识系统培训、车间实体培训、轮岗训练等,每个阶段都会有严格的考核制度,全部通过方能正式上岗作业。

运维船作为海上风电场运行和维护的重要工具,目前在国内以改装船为主,航速低,装载能力弱。专业运维船成为海上风电走向规模化发展的硬性需求。中国海装敏锐地捕捉到了这点,并联合集团力量开展研制。

刘城透露,目前集团内部已完成立项,正在进行运维船的前期招标启动工作,计划在2021 年年底,国内第一艘专业双体铝合金运维船将投入使用。结合公司对直升机运维的探索,中国海装将形成更加立体、科学的运维方案,推动产业朝着更加专业、更高效的方向发展。

此外,中国海装率先提出“海上风电运维枢纽中心”整体解决方案。据介绍,枢纽中心是海上风电运维的交汇点,供区域性海上风电场共享使用,是交通运输、风电运维等船舶中转、换乘、换装与集散的场所,也是各种运输方式衔接和联运的主要基地,从物资保障、生活保障、人员培训等方面为海上运维提供强有力的保障。同时,集约化的管理方式能有效降低运维成本。

聚焦最前沿,拔新领异


随着能源转型进程的加速,开发深远海资源将成为海上风电发展的必然趋势。生态系统理念在深远海海上风电项目开发中具有特殊的意义。刘城表示,以漂浮式海上风电场为中心,成熟应用后可与光伏和潮汐能发电、储能装置作为能源供应基础,形成分布式多能互补,打造能源自给自足、休闲娱乐一体化的智慧浮岛群,用于海上风电制氢、海洋监测站、深海养殖、海水淡化、供水系统、生活用电、敏感负载等,推动我国海洋探索走向深远海。
目前来看,一如十年前独具慧眼将发展重点定位在海上风电时的果断,中国海装而今正聚焦深远海,加紧储备前沿技术。

2019 年,该公司申报的“海上浮式风电装备研制”项目成功获得工信部立项,该项目拟通过开展海上漂浮式风电装备总体设计、系泊系统设计、制造与调试等关键共性技术研究,完成大功率海上漂浮式风电装备研制,并实现海上漂浮式风电装备的工程示范应用。预计将于2021 年年底安装第一台漂浮式机组。

走向深远海,海上风电将进入全新的领域,面对更多未知的挑战。但无论如何,凭“快功力”加速创新,以“慢思维”谨慎论证,我国海上风电未来将一片坦途,中国海装也将兼程前进,引领海上风电的高质量发展。 
 

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