6月30日,中船科技子公司中船海裝自主研制的18兆瓦中速集成海上風(fēng)電機組,經(jīng)過(guò)一年多的全面測試驗證,在遼寧營(yíng)口華能仙人島熱電廠(chǎng)成功完成吊裝,標志著(zhù)創(chuàng )造風(fēng)輪直徑260米、單機功率18兆瓦“兩個(gè)全球第一”紀錄的風(fēng)電機組即將投入商業(yè)化應用。
應運而生 創(chuàng )造“兩個(gè)全球第一”
“當年我在福建工作的時(shí)候,中國還沒(méi)有海上風(fēng)電。曾幾何時(shí)啊!” 2024年4月22日,習近平總書(shū)記在參觀(guān)重慶科技創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果展示上,聽(tīng)聞研制的18兆瓦海上風(fēng)電機組整機國產(chǎn)化率99%,他如是感慨道。
開(kāi)展海上風(fēng)電技術(shù)研究是我國實(shí)現能源安全、建設海洋強國等國家戰略需求的重要手段。大功率海上風(fēng)電機組的研發(fā)和應用,不僅有助于提升我國在全球風(fēng)電領(lǐng)域的競爭力和影響力,還有助于推動(dòng)我國海洋經(jīng)濟的可持續發(fā)展。藍色經(jīng)濟踏浪而來(lái),中船海裝乘風(fēng)而起,向海進(jìn)擊,大展身手。
2023年1月,由中船海裝自主研制的H260-18MW海上風(fēng)電機組在山東東營(yíng)成功下線(xiàn)。該機組一誕生便創(chuàng )造了風(fēng)輪直徑260米、單機功率18兆瓦“兩個(gè)全球第一”紀錄。使國內海上風(fēng)電機組容量從13兆瓦躍升到18兆瓦,成為全球風(fēng)輪直徑最大和單機功率最大機組。并相繼入選國家能源局2023年度能源行業(yè)十大科技創(chuàng )新成果、中央企業(yè)科技創(chuàng )新成果產(chǎn)品手冊(2023)和2023年度重慶市十大科技進(jìn)展。
自主創(chuàng )新 攻克關(guān)鍵核心技術(shù)
回望10余年前,中國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)剛剛起步。對國外技術(shù)和零部件的依賴(lài),嚴重制約了我國海上風(fēng)電的發(fā)展。到如今中國風(fēng)電大兆瓦勢頭越來(lái)越迅猛,打破國外壟斷,自主品牌產(chǎn)品推陳出新,進(jìn)入了風(fēng)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“無(wú)人區”。
關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器,一定要牢牢掌握在自己手里。中船海裝以“高效率、高功率密度、高可靠、智能化”為設計理念,聯(lián)合中國船舶集團風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈單位和多家科研院所、優(yōu)勢企業(yè)協(xié)同創(chuàng )新,從整機及并網(wǎng)需求分解轉化為對葉片、發(fā)電機、變流器、直流升壓、基礎支撐和控制系統的正向設計。
在18兆瓦風(fēng)電機組研制過(guò)程中,中船海裝先后攻克了復雜環(huán)境下126米超長(cháng)柔性葉片翼型氣動(dòng)設計技術(shù)、高功率密度發(fā)電并網(wǎng)系統高效協(xié)同控制技術(shù)、大功率海上風(fēng)電機組單機及場(chǎng)群智能控制技術(shù)、基于數字孿生的大型海上風(fēng)電機組全生命周期智能運維技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現機組整機國產(chǎn)化率高于99%,成功解決了我國大功率海上風(fēng)電機組安全高效運行的共性技術(shù)難題。
這臺18兆瓦風(fēng)電機組采用集成式設計,結構更緊湊,空間利用率更高,對比傳統半直驅傳動(dòng)鏈路線(xiàn),其功率密度提升10%。在滿(mǎn)發(fā)風(fēng)速下,機組每轉動(dòng)一圈可發(fā)44度電,一臺機組每年輸出約7400萬(wàn)度清潔電能,可滿(mǎn)足4萬(wàn)戶(hù)家庭用電需求,相當于每年可節約標煤約2.5萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放約6萬(wàn)噸。
安裝該機組不僅可以減少機位點(diǎn)數量,節約用海面積,還可以降低基礎和施工成本,進(jìn)而減少項目一次性投資成本,具有顯著(zhù)經(jīng)濟和社會(huì )效益。
新質(zhì)生產(chǎn) 測試驗證保穩定
海上風(fēng)電在日常運行中,要直面強烈的海風(fēng)、腐蝕等惡劣環(huán)境,對機組的安全性、可靠性、穩定性提出了嚴苛的要求,特別機組大型化、平價(jià)化趨勢下,對機組及關(guān)鍵零部件的要求也越來(lái)越高。
為此,中船海裝高度重視機組的測試驗證,劍指提升風(fēng)電整機及機電傳動(dòng)系統質(zhì)量、降低風(fēng)電機組安全隱患,傾力打造了海上風(fēng)電機電傳動(dòng)系統研發(fā)試驗平臺,布置了包括功率、振動(dòng)、轉速、溫度、噪聲在內的數百個(gè)傳感測量點(diǎn),全力滿(mǎn)足海上風(fēng)電大型化、輕量化、集成化等新技術(shù)應用前的測試驗證需求。
這臺18兆瓦風(fēng)電機組從原材料、零部件再到系統、整機,所有環(huán)節都經(jīng)過(guò)了全面的測試驗證。包括126米葉片靜力測試、抗疲勞測試、雷擊測試等綜合性能測試,發(fā)電機永磁轉子動(dòng)平衡試驗、單機試驗與聯(lián)調試驗,齒輪箱流量、溫度、壓力、效率、均載、振動(dòng)、噪聲、超負荷等綜合性能測試,極限環(huán)境適應性試驗、極端工況邊界試驗等,通過(guò)近一年半的“全面體檢”,實(shí)現機組各環(huán)節的優(yōu)化提升,為機組商業(yè)化運用后的安全穩定運行提供了堅實(shí)保障。
破風(fēng)而立 藍色經(jīng)濟顯活力
這臺18兆瓦風(fēng)電機組,光主機就400多噸,特別126米葉片的安裝就像一場(chǎng)高空穿針引線(xiàn),需要在近150米的高空,將170多顆螺栓精準插入輪轂對應的孔內,過(guò)程中因為海風(fēng)的影響葉片還會(huì )晃動(dòng),稍不注意就會(huì )受損,吊裝難度可想而知。
針對風(fēng)電部件的龐大和脆弱性,中船海裝吊裝前經(jīng)過(guò)了反復討論,不斷優(yōu)化施工工藝和流程,采用4000噸級主吊和多臺副吊協(xié)同,通過(guò)水平單葉片吊裝方案和超高工況下互補模式進(jìn)行吊裝,避免了吊裝過(guò)程中的損傷風(fēng)險,保障安全的同時(shí)提高施工效率。
目前,18兆瓦風(fēng)電機組屹立于三面環(huán)海、余暉灑金的仙人島,成為島上一大壯觀(guān)“風(fēng)景”。把機組安裝在華能仙人島熱電廠(chǎng),除了便于進(jìn)一步測試驗證,還能將風(fēng)電等新能源和傳統能源相結合,形成風(fēng)電、光伏、火電等一體的發(fā)電格局,進(jìn)一步改善當地能源結構,促進(jìn)綠色低碳,提高能源利用效率和企業(yè)盈利能力。
面向未來(lái),中船海裝將堅持自主創(chuàng )新,沿著(zhù)“大型化、輕量化、一體化、國產(chǎn)化、智能化”研發(fā)路線(xiàn),不斷突破海上風(fēng)電機組設計、制造和施工極限,進(jìn)一步降本增效。同時(shí),加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同,積極配合中船科技打造海上風(fēng)電+海洋牧場(chǎng)+海洋文旅為一體的藍色海洋經(jīng)濟帶,不斷提升海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的整體競爭力,切實(shí)用海上風(fēng)電的“含綠量”提升海洋經(jīng)濟的“含金量”。