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深远海成海上风电发展新方向

中投网2023-07-14 09:28来源:互联网

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  片海域是三峡集团平潭海上风电场,其中一台巨型风机比周围其他风机更大,格外引人注目。这是全球首台商业化示范应用风电机组,容量达到16兆瓦,是目前全球已建成的单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的风电机组。

  16兆瓦海上风电机组采用四桩导管架风机基础,轮毂中心高度达到152米,相当于52层楼高;机舱和发电机组合体重达385吨,相当于190辆越野车的重量;叶片长达123米,单只叶片重量为54吨,叶轮扫风面积约为5万平方米,相当于7个标准足球场的大小。

  由于体型巨大,安装这样的16兆瓦海上风电机组对施工船舶要求非常高。项目施工方从广东沿海调来了三峡集团专门投资建造的全球首艘2000吨级第四代海上风电安装平台——“白鹤滩”号。

  与普通施工船不同,“白鹤滩”号是目前国内起吊能力最强、作业水深最深、可变载荷最大的自升自航式一体化风电安装平台。当平台装载着风电设备来到目标海域时,“白鹤滩”号可以停留在海面上,将四条“大长腿”缓慢插入海底,穿过淤泥直达硬顶层,然后通过马达发力将平台升至海面上方,从而可以在平台上直接进行风电设备的操作和安装,极大地降低了海上风电设备的安装难度。

  “工程海域海床表面淤泥类地层厚度大、承载力低,风机机组结构尺寸大、重量重,大型吊装次数达10次以上,适合本海域吊装大容量风机的安装船资源数量有限,‘白鹤滩’号是最适合的。”三峡物资招标公司“白鹤滩”号技术负责人王怀刚表示。

  下一步,已完成吊装的16兆瓦风电机组将进入并网前的调试和试验阶段,预计在7月上旬开始发电。根据该海域多年的测风数据计算,仅这一台机组每年可输出超过6600万千瓦时的清洁电能,能够满足3.6万户三口之家一年的生活用电,同时节约标煤约2.2万吨,减少二氧化碳排放约5.4万吨。

  值得一提的是,该机组的核心关键部件全部实现了国产化。三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示:“该机组建成投产后将成为全球已投产的最大海上风电机组。它的意义不仅在于单机发电能力的提升,更体现在对党的二十大报告中关于‘着力提升产业链供应链韧性和安全水平’‘加快实现高水平科技自立自强’等重大部署的具体践行,在前瞻布局和集智攻关中引领中国海上风电实现了巨大的跨越。”

  相比陆上风电,我国海上风能资源更加丰富,可以显著节约土地成本,并且更靠近中东部的用电负荷中心,便于输电和消纳,有利于产业的可持续发展。近年来,海上风电成为沿海各省重点发展的清洁 类型。

  由于海上施工的难度较大,海上风电的整体造价远高于陆上风电,因此推动机组的大型化成为降低海上风电成本的重要途径。这次吊装的16兆瓦海上风机仅用了6年时间,就将机组单机容量增大了3倍。业内人士预计,在“十五五”期间,海上风机的单机容量将达到20兆瓦甚至30兆瓦。

  “大兆瓦机组可以有效减少同等装机规模的风机数量,节约海域使用面积,是当前海上风电降本增效的重要途径。”三峡集团福建公司总经理曾建平表示,16兆瓦海上风电机组的安装落地将有效降低海上风电项目的度电成本,提高项目的收益率。

  随着容量的增大,研发和制造的难度也相应增加。在16兆瓦机组的开发过程中,面临着许多挑战。三峡集团福建公司副总经理刘建平介绍说,16兆瓦海上风电机组攻克了超长柔性叶片、大型主轴轴承、超大容量发电机小型化等一系列关键技术难题,提高了机组运行状态监测的数字化水平,能够智能调整运行模式以应对台风等恶劣天气,确保风机的安全和高效发电。

  为了确保大型国产主轴承的热处理符合工艺要求,研发人员不惧高温,深入热处理车间跟踪轴承的处理过程,并建立了多种跟踪机制,时刻关注轴承的加工进展,掌握相关检测过程和结果。他们反复校核计算挡边高度,成功进行了一次性的轴承装配,使得轴承的尺寸精度和旋转精度达到了较高的P5级水平,为主轴承的国产化积累了宝贵经验。

  三峡集团福建公司执行董事雷增卷表示,16兆瓦海上风电机组的成功吊装和应用,不仅促进了我国海上风电施工效率的提升和用电成本的降低,还实现了我国海上风电产业链核心技术的突破以及海上风电装备制造的产业化和国产化,对进一步促进我国海上风电产业的可持续发展具有重要推动作用。

  随着近海风资源的开发逐渐趋于饱和,加之用海限制,深远海成为海上风电发展的新方向。截至2022年底,我国海上风电累计装机容量超过30吉瓦,已招标待建和未招标项目容量超过70吉瓦,主要集中在近海海域。全国范围内共规划了41个海上风电集群,预计总容量达到290吉瓦,是近海容量的3倍。

  远景集团高级副总裁田庆军认为,中国的海上风电正迎来新的拐点,无论是单机容量、风轮直径、基础形式、输电模式还是开发规模,都与近海风电有着明显的不同。漂浮式和柔性直流送电技术的大规模应用仍需要技术进步和经验积累。

  田庆军表示,大兆瓦和深远海对海上风机的可靠性要求更高,需要产业链的各个环节持续努力。整机制造商应加强基础研究,通过技术创新解决成本、性能和质量方面的挑战;开发商应充分考虑风电场全生命周期的可靠性,给予技术创新更多的验证时间。

  作为海上风电产业链的长龙企业,三峡集团表示,将致力于海上风电迈向深远海规模化发展,聚焦深远海风电友好送出和漂浮式风电的关键技术研究、大容量海上风电机组的理论和关键技术研究,以及海上风电资源评估和勘察设计的关键技术研究。他们将研制出面向国家重大需求的核心设备和系统,解决海上风电领域的基础理论和前沿技术问题,全面提升海上风电行业的技术升级和创新能力。

  经济性也决定了海上风电产业的未来。从2022年开始,新增的海上风电和光热项目不再享受中央财政补贴,导致海上风电新增装机规模大幅下降。

  客观来看,我国海上风电与全面实现平价上网还存在一定差距。目前,我国海上风电的造价在每千瓦1.3万元至1.8万元之间,部分项目甚至高达每千瓦2万元。同时,海上风电的运维成本远高于陆上风电。在这种情况下,一些海上风电项目目前尚难以实现平价上网。

  中国可再生 学会风能专业委员会秘书长秦海岩表示,目前我国海上风电仍需要各省提供一系列的支持措施,包括补贴在内。他建议,海上风电应保持合理的开发节奏。一方面,任何创新成果在大规模应用之前都需要充分验证,以降低风险。另一方面,海上风电技术正处于快速迭代的阶段,使用现有技术盲目地大规模推进,不仅成本高、风险大,也无法最大程度地利用风能资源。在“十四五”时期,海上风电发展的主基调仍然应该是稳妥,不应盲目追求规模和速度。真正的高速发展期应该是在“十五五”时期及以后。

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