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打造原创技术策源地——大型国产化海上风电机组有了“试验场”
发布时间:2022年05月15日


       5兆瓦风机的单桩基础已矗立于海上,其底部牢牢“抓住”水下30多米深处的海床。然而,风机叶片方案还没着落。


       叶片如同风电机组的心脏,重要性不言而喻。


       6月,中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司(以下简称华能清能院)海上风电技术部主任刘鑫在接受科技日报记者采访时,仍对2020年的那一次艰难选择记忆犹新:是选择技术成熟但价格高昂的外国进口碳纤维叶片,还是选择国产首台套碳玻叶片?


国产化设备鲜有海上试验机会


       2009年,我国风电行业开启了一次“摸着石头过河”的尝试——风机被从陆上搬至海上,准确说是潮间带。


       潮间带是指低潮位时海岸暴露出来的区域。十几年后回看,业内甚至直言,这不是严格意义上的海上风电。潮间带风机比陆上风机增加了一些冗余设计,风机所受载荷与陆上风机几乎没有差异。但潮间带试验风电场项目开启了国内海上风电开发建设的新时代。


       自20世纪90年代以来,作为单体规模大、年利用小时数高的风电发展类型,国外海上风电技术发展到今天已日趋成熟。


       发展海上风电,我国有着天然优势——海岸线长、可利用海域面积广,而且风能资源主要分布在经济发达、电网结构较强又缺乏新能源的东南沿海地区。“双碳”目标下,我国海上风电优势尽显,发展速度加快。


       华能清能院党委书记、董事长李卫东告诉记者,2020年底,我国海上风电累计装机量已达世界第二,但大容量海上风电机组仍有多种关键部件被国外厂家垄断。


       李卫东分析,这很大程度是因为,相较于陆上,海上风机运行环境更加苛刻,造价也更高:一座百万千瓦的海上风电机场耗资大约150亿元,运行过程中需要应对更加极端的气候条件、更加复杂的海洋环境。开发商因而依赖于更稳定、更高效的机型。


       “将百亿元设备放到距海岸几十公里的海上,平时看不到,设备出了问题后,如果运气不好,一两周内维修人员都可能因为天气原因过不去,经济损失会很大。”李卫东说,正因如此,之前大家更偏好国外成熟可靠的产品,不愿意使用国产化设备,从某种程度上说,国产化设备连试验的机会都没有。


合力打破海上风电机组国产化不了的“怪圈”


       为实现大型海上风电机组国产化,2020年,作为我国最大的海上风电开发商之一,中国华能集团有限公司(以下简称中国华能)牵头,联合行业相关的整机厂家、零部件厂家、设计院、科研院所以及施工企业组成海上风电补短板技术攻关团队,2021年又正式成立了更加紧密的海上风电技术创新联合体。


       “这是我国未来海上风电发展的重要抓手之一,也是国家能源安全的重要保障。我们希望站在产业链整体角度思考中国海上风电的未来。”在李卫东看来,作为产业链的“链长”,中国华能就是希望联合全产业链,打破海上风电机组国产化不了的“怪圈”。5兆瓦大容量海上风电机组正是推进大型海上风电机组国产化的第一步。中国华能依托华能清能院,联合华能江苏公司、中国海装等多家单位共同开展研发工作。


       国产化之路并非一帆风顺。刘鑫告诉记者,叶片的国产化过程中就遇到了重大技术挑战,在最开始设计风机单桩基础、塔架承载力时,考虑的是进口的成熟商业化叶片的重量,但国产化5兆瓦机组所配备的叶片长达80多米,项目组虽然革新了已有的叶片设计材料和制造技术,但与原始方案相比,新叶片的重量还是明显增加。


       增重后的风机安不安全?已经打好的桩基础能不能承载这超出的重量?一系列问题让所有人担忧,更直接关系国产化工作能不能干得下去。


       作为承担海上风电机组国产化的部门,刘鑫和团队从叶片增重问题出发,采用了华能清能院开发的一体化载荷计算方法,对整个海上风电机组的叶片、机舱、塔架和基础的运行负载做了大量缜密的计算,确认叶片增重后风电机组仍可安全运行。


       作为“链长”,中国华能鼓励产业链的其他环节主动采用自有知识产权新技术、国产化新产品,还对国产化设备“免责”,打消厂家担忧。最后,参研单位实现了大型海上风电机组叶片、主轴承、齿轮箱轴承等一系列核心关键部件国产化,取得了机组关键核心部件全部国产化的既定目标。


       “这是以问题为导向,抓住机遇走出的一条自主创新之路。”李卫东总结说。


国产化助推高质量发展

       国产化5兆瓦海上风电机组的成功,不仅迈出了解决能源领域关键问题上的坚实一步,对海上风电下一步平价化发展也意义重大。值得一提的是,中国海装即将推出单机容量更大、叶片更长的海上风电机组,将有效降低海上风电成本。


       中国华能党组成员、副总经理樊启祥告诉记者,一直以来,中国华能高度重视自主创新,为更好发挥联合体作用、高质量打造原创技术策源地,出台了专门的保障工作方案,以策源地为试点,赋予策源地所属领域优秀人才更大技术路线选择权、经费支配权和团队组建权,5兆瓦国产化大容量海上风电机组研制就是生动体现。


       今年印发的《“十四五”现代能源体系规划》提出,提升东部地区能源清洁低碳发展水平,要积极推进东南部沿海地区海上风电集群化开发。与此同时,多地也锚定“蓝海”,海上风电“高质量跃升发展”的主题逐渐明确,国产化将是助推高质量发展的重要抓手。


点评


       近年来,围绕装备国产化,国家出台了很多政策。然而,企业耗费人力、物力研发出的首台(套)重大技术装备(简称“首台套”),却常常被市场门槛卡了脖子。


       国产“首台套”四处碰壁,原因是多方面的,其中之一是不少客户虽然深谙“首台套”之于国家自主创新的重要意义,但因担忧使用国产“首台套”出问题后担责,“不敢用”的心态较为普遍。


       国产化5兆瓦海上风电机组的成功,是技术突破和市场突破双赢的结果。相关部门在提供政策支持的同时,可进一步完善“首台套”保险补偿机制,打消采购方选择“首台套”的顾虑,让这种双赢常态化。