16兆瓦海上風(fēng)電機組的123米試驗葉片正在裝船發(fā)運至葉片試驗臺。李靖 攝
風(fēng)機裝備制造基地電氣班組正在裝配偏航驅(qū)動并敷設(shè)線纜。
風(fēng)機裝備制造基地工作人員正在裝配風(fēng)機機械傳動鏈。
【資料圖】
三峽集團興化灣一期項目建設(shè)的全球首個國際化大功率樣機試驗風(fēng)場。（福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園 供圖）
祖國的東南沿海，臺灣海峽海風(fēng)勁掠。這讓福建成為中國海上風(fēng)電資源最豐富的地區(qū)之一。
正因此，福清興化灣，一排排海上風(fēng)機立于海天之間，成為一道亮麗的風(fēng)景線。
海上超級大風(fēng)機——16兆瓦海上風(fēng)電機組，也是在這里開啟了它的新征程。
全球單機容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕……2022年11月23日下線時，這一海上超級大風(fēng)機創(chuàng)造了新的世界紀錄。前不久，它與國產(chǎn)大飛機C919、我國第三艘航空母艦福建艦等，一起當(dāng)選“2022年度央企十大國之重器”。
這個海上超級大風(fēng)機是如何誕生的，有何與眾不同？記者帶您走進興化灣畔的福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園一探究竟。
葉輪直徑252米，掃風(fēng)面積相當(dāng)于7個標準足球場
單機每年輸出電能可滿足3.6萬戶三口之家一年用電
鋼管樁、導(dǎo)管架等備料已完成，基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)及塔筒正在制造廠內(nèi)如火如荼地生產(chǎn)著……繼2022年11月23日16兆瓦海上風(fēng)電機組在福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園下線后，其基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)也迎來新的進展。
不久之后，這個海上超級大風(fēng)機將在我國東南海域“安家”，御風(fēng)而行、化風(fēng)為寶。
據(jù)介紹，這個海上超級大風(fēng)機名為“GWH252-16MW”，由中國長江三峽集團有限公司與新疆金風(fēng)科技股份有限公司聯(lián)合研制?！?6MW”是指單機容量為16兆瓦，“252”則代表的是葉輪直徑為252米。葉輪掃風(fēng)面積約5萬平方米，相當(dāng)于7個標準足球場的面積。在滿發(fā)風(fēng)速下，每轉(zhuǎn)動一圈可發(fā)34.2度電，單臺機組每年可輸出超過6600萬度清潔電能，能滿足3.6萬戶三口之家一年的正常用電，相當(dāng)于減少燃煤消耗2.2萬噸，減少二氧化碳排放5.4萬噸。
“16兆瓦機組的成功下線，樹立了全球海上風(fēng)電裝備發(fā)展的新標桿，標志著我國風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從‘跟跑’到‘并跑’再到‘領(lǐng)跑’的歷史性跨越。”三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示。
就在同一個產(chǎn)業(yè)園區(qū)，16兆瓦海上風(fēng)電機組下線之時，距離上一個世界紀錄——當(dāng)時全球葉輪直徑最大、亞太地區(qū)單機容量最大的13.6兆瓦風(fēng)電機組誕生，僅過了一個月。
“經(jīng)過層層仿真實驗，分析實驗結(jié)果，數(shù)據(jù)指標合格，機組才能成功下線，而從2022年2月立項到16兆瓦海上風(fēng)電機組下線只用了9個月時間?！苯痫L(fēng)科技股份有限公司產(chǎn)品與解決方案中心海上產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理李鵬不禁感嘆。
在福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園，記者翻開產(chǎn)業(yè)園的產(chǎn)品日志，不禁心潮澎湃：2019年9月，我國自主研發(fā)的8兆瓦、10兆瓦機組相繼下線，歷史性地將我國海上風(fēng)機容量提升至“兩位數(shù)”時代；2022年2月，13兆瓦機組下線，創(chuàng)下當(dāng)時亞洲地區(qū)單機容量最大、葉輪直徑最大風(fēng)電機組紀錄；同年10月，13.6兆瓦機組下線，再次刷新這一紀錄；一個月后，16兆瓦機組實現(xiàn)全球風(fēng)電裝備新突破……
這片熱土持續(xù)刷新著我國海上風(fēng)電發(fā)展新紀錄。而7年前，這里還是一片荒蕪的海灘。
記者了解到，福建沿海地區(qū)年平均風(fēng)速超過9米/秒，海上風(fēng)電可利用小時數(shù)達3500小時至4000小時。得天獨厚的風(fēng)能資源，帶動海上風(fēng)電裝備制造業(yè)發(fā)展。2015年6月，三峽集團與福建省政府簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，大膽邁出“化風(fēng)為寶”的探索步伐。
從千畝海灘到一座集技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、檢測認證、建設(shè)安裝、運行維護為一體的世界級海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群……福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園為我國大容量海上風(fēng)機創(chuàng)新提供了載體和平臺。
“好的風(fēng)資源就要用好的機組?！比龒{集團福建能投公司執(zhí)行董事、黨委書記雷增卷表示，2017年前，國內(nèi)主流海上風(fēng)電機組單機容量還停留在5兆瓦以下。三峽集團在興化灣一期項目建設(shè)了全球首個國際化大功率樣機試驗風(fēng)場，選取國內(nèi)外8家知名風(fēng)機廠商生產(chǎn)的14臺5兆瓦及以上的風(fēng)電機組同臺競技，遴選出最先進的海上風(fēng)電裝備廠商落戶產(chǎn)業(yè)園。
這一場競技，讓福建從此與大功率海上風(fēng)電機組結(jié)緣。福清興化灣，也因此被譽為海上風(fēng)機的“奧林匹克”賽場。
如今，福清興化灣藍天碧海下，59臺風(fēng)機在海風(fēng)呼嘯中轉(zhuǎn)動巨大葉片。其中，在福建研發(fā)生產(chǎn)的10兆瓦海上風(fēng)電機組，已經(jīng)在興化灣、長樂等海上風(fēng)電場批量投運達31臺，成為我國唯一批量投入商業(yè)運行的10兆瓦級海上風(fēng)電機組。
攻克超長柔性葉片等一系列技術(shù)難題
機組核心關(guān)鍵部件全面實現(xiàn)國產(chǎn)化
記者了解到，開發(fā)15兆瓦及以上海上風(fēng)電機組整機設(shè)計集成技術(shù)、先進測試技術(shù)與測試平臺，開展12~15兆瓦級超大型海上風(fēng)電機組工程示范，被列入國家能源局、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》。
為什么要建造大功率風(fēng)機？
業(yè)內(nèi)人士表示，未來海上風(fēng)電發(fā)展大型化是一個重要趨勢，機組容量不斷增大可以顯著提升發(fā)電量，同等裝機規(guī)模下可提高施工打樁、運輸、吊裝效率，減少海底電纜等材料的使用量，極大地降低成本，節(jié)約點位集約用海，使得我國海上風(fēng)電也能做到更經(jīng)濟、更便宜，這對于海上風(fēng)電平價上網(wǎng)，走向深遠海域意義重大。
不過，風(fēng)機的大型化，不是在以前的基礎(chǔ)上簡單地延伸和放大?！霸诩夹g(shù)跳變期要有積累的過程，比如說2至3年的時間，通過底層技術(shù)創(chuàng)新的積累，通過仿真能力、實驗?zāi)芰Φ姆e累，才能跨到下一個臺階。”金風(fēng)科技總裁曹志剛認為，這個過程并不是簡單的功率提升，風(fēng)機結(jié)構(gòu)及材料、葉輪直徑、塔架高度以及度電成本等，都需要技術(shù)創(chuàng)新作支撐。
不僅如此，海上風(fēng)電技術(shù)難度遠高于陸上風(fēng)電，單就發(fā)電機組而言，就面臨功率容量從小到大、葉輪直徑從短變長、離岸距離從近到遠的蝶變升級挑戰(zhàn)。在這個過程中，機組要能有效承受復(fù)雜海況下風(fēng)載、浪載、鹽霧等一系列考驗，機組的定制化、大型化和智慧化制造顯得尤為重要。
正因此，16兆瓦超大容量海上風(fēng)機在研發(fā)時，不斷攻克產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、部件試制、仿真及臺架測試、總裝配等環(huán)節(jié)的諸多技術(shù)難題，最終實現(xiàn)超長柔性葉片、大型主軸軸承國產(chǎn)化、超大容量發(fā)電機小型化等一系列關(guān)鍵技術(shù)突破。
除了大，國產(chǎn)化率高也是這個海上超級大風(fēng)機的特點之一?！霸擄L(fēng)電機組核心關(guān)鍵部件已全面實現(xiàn)國產(chǎn)化。”金風(fēng)科技有關(guān)負責(zé)人說。
——突破“卡脖子”的關(guān)鍵零部件，采用高質(zhì)量等級的電渣重熔鋼來提高可靠性，針對大尺寸滾子軸承進行保持架動態(tài)仿真和強度校核，確保保持架設(shè)計合理性……風(fēng)機主軸軸承實現(xiàn)國產(chǎn)化。
——開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高升力、高升阻比及低粗糙敏感性的高性能翼型，采用流固耦合仿真方法開展氣彈分析……實現(xiàn)葉片被動降載及高顫振穩(wěn)定性設(shè)計，超長風(fēng)電葉片國產(chǎn)化。
——1140V三電平功率拓撲結(jié)構(gòu)，智能一體化冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)更優(yōu)電氣傳動效率，電機達到業(yè)界領(lǐng)先水平。創(chuàng)新的軸電壓抑制技術(shù)等，更能適應(yīng)海上風(fēng)電高可靠性要求。
……
據(jù)介紹，該型號風(fēng)電機組可廣泛適用于我國東南沿海、海上絲綢之路沿線國家和地區(qū)，以及歐美國家等。
整機遍布傳感器和激光雷達等
大數(shù)據(jù)實時反饋機組運行狀態(tài)
據(jù)介紹，這個海上超級大風(fēng)機還十分“智能”?！罢麢C遍布數(shù)百個傳感器，機艙上還布有激光雷達，如同‘神經(jīng)末梢’，可以實時感知風(fēng)機及周圍的溫度、濕度、風(fēng)速、震動情況等，從而實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的數(shù)字化呈現(xiàn)?！庇嘘P(guān)負責(zé)人介紹，這可以實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的實時跟蹤與監(jiān)測。
不僅如此，在臺風(fēng)等惡劣氣象條件來臨時，機組的智慧“大腦”，還可以自主調(diào)節(jié)風(fēng)機角度、功率，切換運行模式，確保風(fēng)機安全高效發(fā)電。
風(fēng)從海上來，潮起正揚帆。海上風(fēng)電資源豐富、不占用土地、不消耗水資源、適宜大規(guī)模開發(fā)……這些優(yōu)勢讓海上風(fēng)電迎來高速發(fā)展階段。未來，隨著海上風(fēng)電逐漸向深遠海域進軍，智能化超大容量機組的發(fā)電優(yōu)勢和經(jīng)濟性優(yōu)勢將進一步凸顯。
據(jù)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會統(tǒng)計，2021年我國海上風(fēng)電新增裝機容量達到1448.2萬千瓦，同比增長276.7%，新增裝機容量與累計裝機容量雙雙居全球第一。
在海上風(fēng)電裝機量位居全國前列的福建，也專門出臺“十四五”海洋強省建設(shè)專項規(guī)劃，提出拓展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，有序推進福州、寧德、莆田、漳州、平潭海上風(fēng)電開發(fā)，堅持以資源開發(fā)帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，規(guī)劃建設(shè)深遠海海上風(fēng)電基地。
如此大的市場前景，讓不少企業(yè)望“風(fēng)”而來。
福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園運營有限公司總經(jīng)理金海軍表示：“產(chǎn)業(yè)園引進了有研發(fā)能力、綜合實力強的風(fēng)電企業(yè)，通過為它們量身定做廠房，加速產(chǎn)業(yè)鏈集聚。短短幾年，產(chǎn)業(yè)園已成為我國海上風(fēng)電原創(chuàng)技術(shù)‘策源地’，形成了風(fēng)電整機、發(fā)電機、葉片、塔架、鋼結(jié)構(gòu)件等研發(fā)、生產(chǎn)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。”
這里自主研發(fā)生產(chǎn)的高水平風(fēng)機也逐漸走出國門。
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)企業(yè)的集聚和海上風(fēng)電項目的開發(fā)，也推動了海上風(fēng)電施工的科技創(chuàng)新。在海纜、吊裝設(shè)備、施工組織等方面，他們通過創(chuàng)新來提高工藝水平、降低施工成本。記者了解到，三峽集團與福船集團、中鐵大橋局等企業(yè)合作，成立中鐵福船工程公司，主要從事海上風(fēng)電安裝、維護、海洋工程施工等，其旗下“福船三峽號”等2艘海上風(fēng)電施工安裝船也在業(yè)內(nèi)“大展拳腳”。
從風(fēng)機自主研發(fā)，到產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，再到聚集起海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)……期待未來“吸風(fēng)吐電”的“海上森林”不斷發(fā)展壯大，將清潔綠電送進萬戶千家。（本報記者 陳金來 通訊員 黃林雯）
關(guān)鍵詞： 御風(fēng)而行 化風(fēng)為寶 走近海上超級大風(fēng)機
