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海上風(fēng)電的“慢思維”與“快功力”

光伏們發(fā)布時(shí)間:2021-04-19 14:12:09

經(jīng)過(guò)十余年探索,我國(guó)海上風(fēng)電初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系,基本具備規(guī)?;_(kāi)發(fā)的條件,對(duì)我國(guó),特別是沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重大意義。然而,完整不意味著完善。我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)起步晚,行業(yè)缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn),風(fēng)電機(jī)組缺少長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證。同時(shí),專業(yè)安裝船、運(yùn)維船等配套設(shè)備的設(shè)計(jì)和建造,以及安裝、運(yùn)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(fēng)電進(jìn)入平價(jià)時(shí)代,走向規(guī)?;l(fā)展必須邁過(guò)的門檻。

為實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的持續(xù)發(fā)展,產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)需做好長(zhǎng)期奮斗的準(zhǔn)備。中國(guó)海裝對(duì)此洞若觀火,形成了自身獨(dú)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(yuǎn)。

十年磨一劍,利刃出擊

中國(guó)海裝的海上風(fēng)電業(yè)務(wù)可以追溯至2008 年。據(jù)中國(guó)海裝工程技術(shù)公司副總經(jīng)理劉城回憶,2008 年9 月,中國(guó)海裝正式啟動(dòng)海上風(fēng)電業(yè)務(wù)布局,隨后成立了科技部批準(zhǔn)的“國(guó)家海上風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)研究中心”,經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)和調(diào)研,于2011 年8 月完成了5MW 機(jī)組的整體設(shè)計(jì)。2012 年7 月,首臺(tái)H128-5MW 樣機(jī)下線。2017 年10 月,該機(jī)組在華能如東八仙角海上風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)批量運(yùn)行。這樣看來(lái),面對(duì)全球海上風(fēng)電的“加急時(shí)代”,雖然該公司起步較早,但發(fā)展卻似乎并未占得先機(jī)。然而事實(shí)真的如此嗎?

早期,我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展并不明朗,產(chǎn)業(yè)鏈尚未成形,較歐洲部分國(guó)家有較大差距,未經(jīng)長(zhǎng)期驗(yàn)證的機(jī)型貿(mào)然進(jìn)行批量裝機(jī)會(huì)帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)衡,讓中國(guó)海裝有意放慢了發(fā)展的步調(diào)。

“可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的,也是驗(yàn)證Offshore Wind Power 海上風(fēng)電出來(lái)的,而時(shí)間是最好的試金石?!眲⒊潜硎?,“在設(shè)計(jì)階段,即使機(jī)組整體通過(guò)了各方面的可靠性試驗(yàn),包括滿載試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)以及一些惡劣環(huán)境模擬試驗(yàn),如鹽霧、腐蝕、高低溫試驗(yàn)等,安裝后在基礎(chǔ)運(yùn)行階段也會(huì)暴露一些問(wèn)題?!?/p>

通過(guò)樣機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,不僅驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性、關(guān)鍵零部件的質(zhì)量等,也讓中國(guó)海裝能夠不斷優(yōu)化機(jī)型,為此后的機(jī)組小批量商業(yè)化投運(yùn)奠定基礎(chǔ)。

慎重則必成。中國(guó)海裝海上風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)嚴(yán)格遵循“樣機(jī)驗(yàn)證―小批量―規(guī)模化”這一過(guò)程,如此“十年磨一劍”得到的機(jī)組質(zhì)量自然能得到保障。據(jù)了解,由中國(guó)海裝研發(fā)的5MW系列機(jī)組自2012 年裝機(jī)以來(lái),至今已穩(wěn)定運(yùn)行8 年有余。H171-5MW 機(jī)組還創(chuàng)造了海上三類風(fēng)能資源區(qū)年利用小時(shí)達(dá)到3900+ 小時(shí)的紀(jì)錄。

2019 年,該公司推出基于5MW成熟平臺(tái)研發(fā)的6MW 級(jí)海上機(jī)組。該款機(jī)型繼承了5MW 機(jī)型的所有優(yōu)點(diǎn),機(jī)艙采用全密封結(jié)構(gòu)和獨(dú)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(jī)的二次冷卻系統(tǒng)采用與機(jī)艙隔離的自然風(fēng)冷,可靠性高,自耗電低;變槳?jiǎng)t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(jī)組的適應(yīng)性,可進(jìn)一步有效降低度電成本,實(shí)現(xiàn)3000+ 的年利用小時(shí)數(shù)。

該公司最新推出的8MW 以及10MW 機(jī)型已獲得設(shè)計(jì)認(rèn)證, 計(jì)劃于2021 年安裝樣機(jī)。據(jù)劉城介紹,H210-10MW 機(jī)組匹配了目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)碳纖維葉片,在捕獲更多風(fēng)能的同時(shí),降低葉片載荷,減輕葉片重量,實(shí)現(xiàn)機(jī)組功率和葉片最優(yōu)匹配。齒輪箱和發(fā)電機(jī)易拆卸集成式設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高,平均成本低,利刃出擊海上風(fēng)電后補(bǔ)貼時(shí)代。

中國(guó)海裝背靠的中國(guó)船舶集團(tuán)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(fēng)電機(jī)組研發(fā)擁有同國(guó)際一流企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技的水平。

海上風(fēng)電機(jī)組與船舶在運(yùn)行原理上存在諸多相通之處,由此,中國(guó)船舶集團(tuán)內(nèi)部高度互信的供應(yīng)鏈體系為中國(guó)海裝的技術(shù)創(chuàng)新提供了條件。聯(lián)合集團(tuán)內(nèi)部的相關(guān)院所和關(guān)鍵零部件供應(yīng)商,中國(guó)海裝提出了風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)匹配與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并創(chuàng)建風(fēng)電機(jī)組研究開(kāi)發(fā)平臺(tái),建立了風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)體系。依托于此,中國(guó)海裝海上機(jī)組的正向設(shè)計(jì)能力、與供應(yīng)鏈協(xié)同設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)管理能力及設(shè)計(jì)驗(yàn)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(shí),“技術(shù)同源”的特征使得中國(guó)海裝能夠充分借助集團(tuán)的供應(yīng)鏈資源。以H171-5MW 海上機(jī)組為例,劉城細(xì)數(shù)了其關(guān)鍵零部件的來(lái)源:葉片來(lái)自中國(guó)船舶集團(tuán)第七二五研究所,齒輪箱來(lái)自重慶齒輪箱有限責(zé)任公司,發(fā)電機(jī)來(lái)自中國(guó)船舶集團(tuán)884廠,電氣控制系統(tǒng)來(lái)自重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)……

在此過(guò)程中,中國(guó)海裝還將集團(tuán)的軍工理念滲透到機(jī)組研制的每一個(gè)環(huán)節(jié)中,嚴(yán)苛、完善的軍工產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)使機(jī)組達(dá)到制造工藝的高度一致性和穩(wěn)定性,“可靠”成為中國(guó)海裝風(fēng)電機(jī)組的底色。

快馬更加鞭,多措并舉

“慢思維”背后是對(duì)技術(shù)認(rèn)真、謹(jǐn)慎和科學(xué)的打磨,而“快功力”則表現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的效率提升上。隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走向規(guī)?;l(fā)展,產(chǎn)業(yè)鏈不匹配的問(wèn)題逐漸凸顯,設(shè)計(jì)、研發(fā)、安裝、運(yùn)維等多個(gè)環(huán)節(jié)亟待理順。劉城認(rèn)為,各方應(yīng)合力做好基礎(chǔ)性工作,打造堅(jiān)強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈,支撐行業(yè)走向平價(jià)上網(wǎng)。中國(guó)海裝一直在為此展開(kāi)布局。

精細(xì)化的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)是確保風(fēng)電項(xiàng)目高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。在風(fēng)能資源評(píng)估方面,該公司與國(guó)家氣候中心合作, 自主開(kāi)發(fā)了LiGa 大數(shù)據(jù)平臺(tái),探索更加快速化、精準(zhǔn)化的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃和方案設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)更高的效益。

由于海上施工條件復(fù)雜,但相應(yīng)的船機(jī)設(shè)備配套跟不上,海上風(fēng)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(jià)的一大阻礙。中國(guó)海裝通過(guò)發(fā)揮集團(tuán)優(yōu)勢(shì)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(jì)研究中心有限公司設(shè)計(jì)、大船集團(tuán)山船重工承建的自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)“中船海工101”在山海關(guān)順利下水。據(jù)悉,該平臺(tái)船配置一臺(tái)起重能力為1000 噸的繞樁式主吊機(jī),一臺(tái)起重能力為350 噸的繞樁式輔吊機(jī),單樁作業(yè)支持能力為6000 噸,可搭載3 套7MW 風(fēng)電機(jī)組部件或4 套5MW 風(fēng)電機(jī)組部件,具備5MW 和7MW 海上風(fēng)電機(jī)組的安裝能力。

一旦投運(yùn),運(yùn)維就成為決定風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行表現(xiàn)的關(guān)鍵所在。中國(guó)海裝抽調(diào)陸上風(fēng)電工程的精英骨干重點(diǎn)培養(yǎng),于2016 年成立了海上運(yùn)維中心,主要負(fù)責(zé)海上風(fēng)電機(jī)組出廠后的運(yùn)輸、吊裝和運(yùn)維等工作。中心通過(guò)大量的測(cè)試、技改,積累了大量的海上風(fēng)電運(yùn)維數(shù)據(jù),掌握了海上運(yùn)維的關(guān)鍵點(diǎn),以LiGa 大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)形成包含大數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能排程系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)三大系統(tǒng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)。一方面,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝、運(yùn)維過(guò)程中機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和工作計(jì)劃的安排;另一方面,能夠?qū)︼L(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行智能預(yù)警診斷,實(shí)現(xiàn)預(yù)防性運(yùn)維,并通過(guò)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(fēng)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展之際,亟需加快人員培訓(xùn)體系建設(shè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,通過(guò)周密的人才培訓(xùn)計(jì)劃結(jié)合智能運(yùn)維系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人員的合理安排是提升運(yùn)維效率、確保安全的核心。

在中國(guó)海裝,所有人員執(zhí)行運(yùn)維工作都需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn),并持證上崗。海上風(fēng)電運(yùn)維人員必須取得海員的“四小證”以及登高證、電工證等。同時(shí),還需要參加基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)培訓(xùn)、車間實(shí)體培訓(xùn)、輪崗訓(xùn)練等,每個(gè)階段都會(huì)有嚴(yán)格的考核制度,全部通過(guò)方能正式上崗作業(yè)。

運(yùn)維船作為海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)的重要工具,目前在國(guó)內(nèi)以改裝船為主,航速低,裝載能力弱。專業(yè)運(yùn)維船成為海上風(fēng)電走向規(guī)?;l(fā)展的硬性需求。中國(guó)海裝敏銳地捕捉到了這點(diǎn),并聯(lián)合集團(tuán)力量開(kāi)展研制。

劉城透露,目前集團(tuán)內(nèi)部已完成立項(xiàng),正在進(jìn)行運(yùn)維船的前期招標(biāo)啟動(dòng)工作,計(jì)劃在2021 年年底,國(guó)內(nèi)第一艘專業(yè)雙體鋁合金運(yùn)維船將投入使用。結(jié)合公司對(duì)直升機(jī)運(yùn)維的探索,中國(guó)海裝將形成更加立體、科學(xué)的運(yùn)維方案,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)朝著更加專業(yè)、更高效的方向發(fā)展。

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

聚焦最前沿,拔新領(lǐng)異

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

目前來(lái)看,一如十年前獨(dú)具慧眼將發(fā)展重點(diǎn)定位在海上風(fēng)電時(shí)的果斷,中國(guó)海裝而今正聚焦深遠(yuǎn)海,加緊儲(chǔ)備前沿技術(shù)。

2019 年,該公司申報(bào)的“海上浮式風(fēng)電裝備研制”項(xiàng)目成功獲得工信部立項(xiàng),該項(xiàng)目擬通過(guò)開(kāi)展海上漂浮式風(fēng)電裝備總體設(shè)計(jì)、系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(fēng)電裝備研制,并實(shí)現(xiàn)海上漂浮式風(fēng)電裝備的工程示范應(yīng)用。預(yù)計(jì)將于2021 年年底安裝第一臺(tái)漂浮式機(jī)組。

走向深遠(yuǎn)海,海上風(fēng)電將進(jìn)入全新的領(lǐng)域,面對(duì)更多未知的挑戰(zhàn)。但無(wú)論如何,憑“快功力”加速創(chuàng)新,以“慢思維”謹(jǐn)慎論證,我國(guó)海上風(fēng)電未來(lái)將一片坦途,中國(guó)海裝也將兼程前進(jìn),引領(lǐng)海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展。

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