6月29日，在江蘇省如東縣海岸線約30公里的海面上，隨著最后一臺(tái)風(fēng)機(jī)葉輪與機(jī)艙輪轂精準(zhǔn)對(duì)接，華能盛東如東H3海上風(fēng)電項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱盛東如東項(xiàng)目)80臺(tái)5兆瓦風(fēng)電機(jī)組全部安裝完成。

華能江蘇清潔能源分公司(以下簡(jiǎn)稱華能江蘇清能分公司)如東海上項(xiàng)目經(jīng)理馬強(qiáng)介紹，這標(biāo)志著華能如東海上風(fēng)電場(chǎng)全部完成建設(shè)，總裝機(jī)容量達(dá)70萬(wàn)千瓦，規(guī)模為目前國(guó)內(nèi)最大，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為17.5億千瓦時(shí)，每年可減少二氧化碳排放超146萬(wàn)噸。

其中一臺(tái)5兆瓦風(fēng)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)一級(jí)部件100%國(guó)產(chǎn)，所有元器件級(jí)零件國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)95%。

預(yù)計(jì)7月底全部發(fā)電并網(wǎng)

據(jù)悉，華能如東海上風(fēng)電是目前國(guó)內(nèi)集中連片開(kāi)發(fā)，規(guī)模最大、國(guó)產(chǎn)化程度最高的海上風(fēng)電場(chǎng)，首期工程已經(jīng)于2017年9月建設(shè)完成。

此次完成建設(shè)的盛東如東項(xiàng)目，是華能如東海上風(fēng)電項(xiàng)目的二期工程，于2019年3月開(kāi)工建設(shè)，安裝80臺(tái)發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為40萬(wàn)千瓦。

“目前已經(jīng)有46臺(tái)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，計(jì)劃今年7月底全容量并網(wǎng)。”馬強(qiáng)說(shuō)，盛東如東項(xiàng)目建成投運(yùn)后，年上網(wǎng)電量為10.28億千瓦時(shí)，可滿足約50萬(wàn)戶家庭年用電量，與同等規(guī)模燃煤電廠相比，每年節(jié)約標(biāo)煤約28萬(wàn)噸、節(jié)約淡水約111萬(wàn)立方米、減排二氧化碳約77萬(wàn)噸，節(jié)能減排效益顯著。

華能江蘇清能分公司負(fù)責(zé)科技的相關(guān)人士介紹，此次建成的盛東如東項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)第一個(gè)批量化、規(guī)模化應(yīng)用5兆瓦級(jí)國(guó)產(chǎn)機(jī)組的海上風(fēng)電場(chǎng)，也是目前國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)化程度最高的海上風(fēng)電場(chǎng)，其安裝的HZ-171-5兆瓦機(jī)組實(shí)現(xiàn)一級(jí)部件100%國(guó)產(chǎn)，所有元器件級(jí)零件國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)95%。“它的建成投運(yùn)對(duì)于助力碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，打破國(guó)外的技術(shù)壟斷和封鎖，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化和海上風(fēng)電平價(jià)化具有重要意義。”

葉片、主軸承等核心關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化

據(jù)介紹，在盛東如東項(xiàng)目中，華能集團(tuán)依托華能清潔能源技術(shù)研究院(以下簡(jiǎn)稱“華能清能院”)，聯(lián)合中國(guó)海裝等多家技術(shù)單位共同開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化機(jī)組研制生產(chǎn)工作，并在一臺(tái)5兆瓦大容量海上風(fēng)電機(jī)組上，實(shí)現(xiàn)了大型海上風(fēng)電機(jī)組葉片、主軸承、齒輪箱軸承、主控PLC、變流器IGBT等一系列核心關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化。

葉片，是風(fēng)電機(jī)組的重要部件，如同風(fēng)電機(jī)組的心臟，是風(fēng)電機(jī)組發(fā)電的動(dòng)力來(lái)源。在HZ-171-5兆瓦機(jī)組中，葉片的主梁碳纖維進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化替代。

“國(guó)產(chǎn)化機(jī)組所配備的WB171葉片長(zhǎng)達(dá)83.6米，在5兆瓦這個(gè)級(jí)別上是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)，研制難度可想而知。”華能集團(tuán)科技部專責(zé)葉昭良說(shuō)。

“項(xiàng)目組第一次采用國(guó)產(chǎn)的碳纖維織物材料，碳布的編織方式與國(guó)外不同，編織方式不僅影響碳布的性能，還可能影響真空灌注的效果，對(duì)我們現(xiàn)有的工藝路線是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。”洛陽(yáng)雙瑞風(fēng)電葉片公司副總經(jīng)理馮威說(shuō)，項(xiàng)目組深入研究方案，葉片制造中應(yīng)用了自動(dòng)化鋪設(shè)技術(shù)，減少了碳布鋪設(shè)中的人為操作失誤影響，降低了鋪層褶皺和灌注缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，精確控制編織工藝，針對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維的特性，定制化開(kāi)發(fā)工藝手段，降低了纖維磨損，使纖維排布更加均勻，更好地保證了材料性能。

主軸承，國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)組的另一個(gè)核心部件，它如同風(fēng)電機(jī)組的關(guān)節(jié)，將葉片所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞至發(fā)電機(jī)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的可靠發(fā)電至關(guān)重要。此前，大兆瓦風(fēng)電機(jī)組主軸承均為國(guó)外廠家所壟斷，制約了大兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組的快速發(fā)展。

“這次制造的主軸承外徑達(dá)到3200毫米,數(shù)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電主軸承之最，設(shè)計(jì)制造難度高。”中國(guó)海裝工程師肖長(zhǎng)遠(yuǎn)說(shuō)。

“之前從來(lái)沒(méi)有生產(chǎn)過(guò)這么大型的風(fēng)電機(jī)組主軸承，這對(duì)我們的設(shè)計(jì)、加工、熱處理能力以及材料性能都是極大的考驗(yàn)。”洛陽(yáng)新強(qiáng)聯(lián)研發(fā)部長(zhǎng)胡占圈說(shuō)，項(xiàng)目組聯(lián)合相關(guān)單位，共同推進(jìn)現(xiàn)有軸承鋼材的改進(jìn)，最終，軸承材料的淬透性及低溫性能有明顯提升，成為風(fēng)電機(jī)組主軸承國(guó)產(chǎn)化的有力支撐。

50米以上水深的深遠(yuǎn)海是海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的“藍(lán)海”

自2006年實(shí)施《中華人民共和國(guó)可再生能源法》以來(lái)，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，而碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，將加速海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)成效顯著。截至2021年4月底，我國(guó)海上風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)到1042萬(wàn)千瓦。今年1-4月份，我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)電量為99.4億千瓦時(shí)，占全國(guó)發(fā)電量的0.39%。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)海上風(fēng)電年平均利用小時(shí)數(shù)約2500小時(shí)，比陸上風(fēng)電年平均利用小時(shí)數(shù)高出約500小時(shí)。

“未來(lái)海上風(fēng)電將是我國(guó)發(fā)展風(fēng)電的主力，特別是50米以上水深的深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電有廣闊空間。”東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院教授、博導(dǎo)、火電機(jī)組振動(dòng)國(guó)家工程研究中心主任鄧艾東認(rèn)為，相較于陸上風(fēng)電和煤電，海上風(fēng)電建設(shè)有幾大優(yōu)勢(shì)。

“一是海上風(fēng)資源穩(wěn)定，風(fēng)量充足。二是大海廣闊無(wú)垠，海上風(fēng)場(chǎng)的建設(shè)不占用陸地資源，建設(shè)規(guī)?？梢宰龅帽容^大。三是海上風(fēng)電在生產(chǎn)電能過(guò)程中不產(chǎn)生廢物廢氣和二氧化碳，是清潔能源，既不影響空氣質(zhì)量也能可持續(xù)發(fā)展。四是我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電需求量大，海上風(fēng)場(chǎng)距離海岸線一般在20公里以內(nèi)，便于及時(shí)將電輸送到岸上的用電負(fù)荷中心就地消納，不需要長(zhǎng)距離電能輸送，且沿海地區(qū)電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施較好，傳輸成本較低。”鄧艾東說(shuō)。

近年來(lái)，鄧艾東團(tuán)隊(duì)也與中國(guó)海裝和中國(guó)華能集團(tuán)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，攻克大型海上風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題。他介紹，目前，江蘇的海上風(fēng)電場(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，一方面得益于江蘇的工業(yè)發(fā)達(dá)，電力需求大;二是江蘇沿海的水深較淺，基礎(chǔ)施工難度及成本相對(duì)較小。

“目前，我國(guó)行業(yè)龍頭企業(yè)、科研院所，紛紛就風(fēng)電機(jī)組的核心技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，有的部件例如風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪箱全球領(lǐng)先，市場(chǎng)占有率40%。但也要看到，葉片的設(shè)計(jì)和風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)等軟硬件的研發(fā)能力，還需要提高。”鄧艾東直言不諱。

他介紹，葉片是決定風(fēng)電機(jī)組性能好壞的最重要的部件，目前世界上葉片設(shè)計(jì)能力最強(qiáng)的公司多在歐美，進(jìn)入10兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)組建設(shè)規(guī)模后，風(fēng)輪直徑將超過(guò)200米，我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)能力還亟待提高。

“同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)作為機(jī)組安全、高效運(yùn)行的指揮中樞，涉及復(fù)雜的控制策略和復(fù)雜工況的應(yīng)變能力，目前也亟需攻關(guān)。”此外，他表示，海上風(fēng)電多采用大直徑軸承，主軸承相當(dāng)于風(fēng)電機(jī)組的關(guān)節(jié)，特別是對(duì)于5兆瓦以上功率的風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，主軸承的載荷很大，在長(zhǎng)時(shí)間的工作后，主軸承的穩(wěn)定性、抗疲勞性和故障率是機(jī)組穩(wěn)定工作的重要因素之一，目前國(guó)內(nèi)幾大軸承供應(yīng)商也在攻關(guān)風(fēng)電機(jī)組的主軸承，未來(lái)可期。