特写

从跟跑、并跑到领跑!中国海上风电如何实现弯道超车

见道网 2022-08-12 16:09
  • 2022年初,中国13MW抗台风型海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园下线,标志着中国海上风电技术走在了世界的前列
  • 从2007年到2022年,中国海上风机单机容量从1.5兆瓦跃升到下半年的15MW以上
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这些年来,国内从2007年1.5MW的风机起步,到2009年东海大桥3MW的风机,再到三峡响水海上风电场批量单机4MW机组,到如今福建三峡海上风电产业园孵化的13MW大风机,一路走来,中国同欧美国家,从最开始的跟跑,到慢慢地并跑,不久的将来,我们相信一定可以生产出15MW以上的风机,我们要实现所有海上风电人的梦想,我们要领跑。——中国三峡新能源集团副总经理、党委委员吕鹏远。

向海争风,与大海博弈

洋流的冲击、海水的腐蚀、台风的肆虐、远距离的输送等等,这些都是海上风电人需要攻克的难题。

吕鹏远表示,海上风电最大的难关就是与大海博弈,我们海上风电人就是赶海人,我们需要有乘长风,破万里浪的精神,为中国海上风电事业贡献力量,为实现“碳中和 碳达峰”目标披荆斩棘。

2022年初,由我国自主研制拥有完全自主知识产权的13MW抗台风型海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园顺利下线,这是当前我国下线的亚洲地区单机容量最大,叶轮直径最大的风电机组,可以抵御17级以上的超强台风,适用于我国98%的海域。

13MW海上风电机组下线是我国大机型的又一个重要的里程碑,也标志着我们海上风电技术走在了世界的前列。

吕鹏远介绍,这台风机从基础到轮毂的高度有130米,相当于40多层楼,叶轮直径相当于三个福建舰航空母舰并排的宽度,转一圈发电量达24度,满发一年的发电量约5,000万度,可以供中国2.5万个三口之家一年的用电量。与火电相比,其满发一年可以节约我们的燃煤1.5万吨,二氧化碳减排达到3.8万吨。

从2007年到2022年,15年的时间,中国海上风机单机容量从1.5兆瓦跃升到下半年的15MW以上,15年我们的风机的单机容量翻了10倍。每年以一个兆瓦的速度在增加。

吕鹏远表示,这说起来容易,但做起来其实非常难,有时可能容量增加一点点,在设计制造上难度却是数量级的增加。这都是设计人员、建设人员、制造人员等,全体风电人戮力同心,共同努力,有时候不眠不休才能取得这样一个成果。

打破垄断,同国外竞赛

为推动我国大型海上风机机组的创新,三峡在福建兴化湾建设了一个大机型的试验风场,一共有14台机组,几乎涵盖国内外所有主流海上风大主机厂家产品,通过这些产品同台竞技,相互比较,推动我国国产海上风电大机型的技术发展和创新。

福建兴化湾样机实验风电场

运行至今,我们应该可以很负责任地说,我们国内的同类型的风机,我们的可利用率,我们的发电效率不比国外的风机差,甚至我们有的厂家比它更好。吕鹏远如此说到。

吕鹏远感概道,从无到有,从小到大,从弱到强,这一路走过来的话,是无比的自豪的。很多人说风机的国产化意义是成本的降低,我觉得这仅仅是一个方面,国产化决定了我国海上工业发展规模化能够做到多大,海上风电的开发能够走得多远。如果说我们还有一些核心技术掌握在外国人手里的话,海上风电这条路将走不快,走不远,也走不稳。

以海上风电打桩锤为例,以前进口一台打桩锤将近1亿元,成本非常高昂,目前,国产打桩锤设备施工效果丝毫不逊于国外,价格却比进口低很多。

在13MW海上风电机组的研制过程中,同样也遇到了“卡脖子”问题, 东方电气风电研发中心副主任赵伟回顾说,以往国际上大型风电机组都是采用液压变桨系统,但该系统被丹麦的两个厂家所垄断,在和他们沟通的过程中,价格昂贵不说,对方还表现的非常傲慢和强势,他们觉得中国大兆瓦海上风电机组必须要用他们的产品,而且还是必须用全套。

在这种不服气、不服输的精神驱动下,通过不懈的努力,不断的琢磨思考以及各方面调研,在经历了反反复复经过了几百轮的实验,终于以双驱电动变桨代替了液压变桨,成本不但只有国外的液压变桨系统的三分之一,而且运行效果非常好。

赵伟表示,此后,很多以前用液压变桨的厂家,都转向了我们电动双驱变桨,同时我们也牵头制定了国家标准,实现了关键核心技术国产化,让关键技术牢牢掌握在自己手里面,不用别人的脸色行事。

叶片方面,13兆瓦海上风电机组叶片长度达到103米,玻璃纤维在重量和韧性等方面已经不能要求,必须使用碳纤维的主梁,这是第一次使用,没有任何经验和先列,最终,通过反复的工艺实验,不断的返工和经验总结,叶片得以成功诞生,成为当时国内最长的风电叶片。

值得一提的是,在整个13兆瓦海上风电机组开发过程中,东方风电进行了10多项技术创新,攻克了20多项关键技术,实现了几乎所有关键部件的国产化。

勇于探索,向深远海迈进

在吕鹏远看来,未来的海上风电,不仅要实现风机的大型化,更要向深远海迈进,在漂浮式海上风电取得技术突破,实现海上风电场大规模开发。

中国“十四五”可再生能源规划指出,要开展深远海海上风电规划,推动近海规模化开发和深远海示范化开发,争取在广东、广西、福建、山东、江苏、浙江、上海等资源和建设条件好的区域,结合基地项目建设,推动一批百万千瓦级深远海海上风电示范工程开工建设。

然而海上风电建设本来就技术难度大,从近海走向深远海,难度系数更是成倍增加,我们如何通过技术创新推动风电场走向深海。

福建长乐项目

首先是输电问题,风电场离岸距离越来越远,电如何实现最少损耗的输送过来?柔性直流可以最大限度的减少损耗,但该技术应用在当时无论是国内还是国际,都没有项目先列和经验,三峡勇于探索,敢于做第一个吃螃蟹的人,通过多方协调,通力合作,最终建成了国内首个正负400千伏的柔性直流海缆输电海上风电场,三峡如东海上风电场在当时创下了多个记录,输电距离国内最长,达108公里;电压等级国内最大,正负400千伏;海上换流站世界最大,重2.2万吨。

当前,三峡如东海上风电场运行非常出乎意料的好,吕鹏远如是说道。

基础方面,传统的海上风电基础施工是直接将基座插入海底,随着从施工水域越来越深,传统施工方式成本很高,对施工船机的要求也提出了很高的要求,漂浮式海上风电机组成为迈步深远海必不可少关键技术之一。

广东阳江项目

2021年底,我国首个漂浮式海上风电平台“三峡引领号”广东阳江海上风电场成功并网发电,标志着我国在全球率先具备大容量抗台风型漂浮式海上风电机组自主研发、制造、安装及运营能力。

据了解,“三峡引领号”单机容量5.5兆瓦,每年可以输送出4000万千瓦时清洁电能,可满足11000个三口之家一年的家庭正常用电,预计每年可减少二氧化碳排放约20000吨。

吕鹏远介绍,漂浮式海上风电和传统海上风电最大的不同就是一个字“漂”,它浮于水面,浮体和海底用锚系连接固定,风机像不倒翁一样,不倒不沉,不走不破,风机目前漂浮在广东阳江海上风电场,运行状态非常好。

持续创新,让成本更低

风从海上来,电从风中生,因为运行效率高,输电距离短,不占用土地,适宜大规模开发等特点,我国沿海多省份出台的能源“十四五”规划中,都将海上风电作为未来的重要发展方向。

2022年起,海上风电国家财政补贴全面退出,平价上网已成为海上风电未来发展的必然趋势,以广东为例,以前海上风电电价是0.85元/度,平价之后,就是0.453元/度,甚至更低,我国海上风电如何在平价时代实现自力更生,走出一条让绿色能源更加普惠的道路。

吕鹏远指出,首先,要规模化开发海上风电,这样可以有效摊薄成本;广东阳江一二三四五期是中国当前第一个百万千瓦级的风电场,可以为海上风电场平价开发起到一个示范作用。

第二是坚持风电机组大型化,以一个100万千瓦的海上风电场为例,13兆瓦与10兆瓦相比,能减少23台机位,意味着少做23个基础,包括海缆、输电线路等等,相同的容量可以减少约5亿元投资;

第三是持续推动设备的国产化,随着国产化装备技术的不断升级迭代,使用成本也在不断降低。

第四就是提升施工单位、开发单位等项目参与方的管理水平;最后就是降低一些非技术性的成本。

中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩表示,到“十四五”末,风电的成本还能进一步下降 “12345”这个价格。也就是陆上风资源好的地方电做到1毛钱,风资源中等地方陆上做到2毛钱,风资源差一点地方做到3毛钱,近海全部做到4毛钱,然后远海100公里以外做到5毛钱,这是“十四五”我们预测能达到的目标。

秦海岩指出,到2025年,中国的海上风电累计装机容量,结合当前各省的规划装机目标和产业技术的发展速度来看,我们预测可以达到6000万千瓦,几乎翻了一倍,到2030年,累计装机规模可以达到1.2亿,再次实现翻倍。

为推动我国海上风电创新发展,促进产业链企业合作交流,北极星电力网、北极星风力发电网拟于2022年8月11-12日在江苏南京举办“新时代 新机遇 新征程——第二届海上风电创新发展大会”,会议将邀请职能政府部门、业主单位、企业大咖、大学院校、设计院、整机单位、施工运输企业、运维企业等产业链参与者齐聚一堂,就政策市场、前沿技术、漂浮式风电示范、工程施工优化、产业多元化发展、运维管理创新等主题进行深入研讨,共议海上风电“十四五”新征程!(转载请注明见道网www.seetao.com)见道网特写栏目编辑/赵娥、设计/张韬