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国内最大海上风电场全部建成 核心关键部件国产化攻关未来可期
发布时间:2022-06-27 06:01:27 来源:im电竞app官网 作者:im电竞平台官网

  6月29日,在江苏省如东县海岸线公里的海面上,随着最后一台风机叶轮与机舱轮毂精准对接,华能盛东如东H3海上风电项目(以下简称盛东如东项目)80台5兆瓦风电机组全部安装完成。

  华能江苏清洁能源分公司(以下简称华能江苏清能分公司)如东海上项目经理马强介绍,这标志着华能如东海上风电场全部完成建设,总装机容量达70万千瓦,规模为目前国内最大,预计年发电量为17.5亿千瓦时,每年可减少二氧化碳排放超146万吨。

  其中一台5兆瓦风电机组,实现一级部件100%国产,所有元器件级零件国产化率超过95%。

  据悉,华能如东海上风电是目前国内集中连片开发,规模最大、国产化程度最高的海上风电场,首期工程已经于2017年9月建设完成。

  此次完成建设的盛东如东项目,是华能如东海上风电项目的二期工程,于2019年3月开工建设,安装80台发电机组,总装机容量为40万千瓦。

  “目前已经有46台发电机组并网发电,计划今年7月底全容量并网。”马强说,盛东如东项目建成投运后,年上网电量为10.28亿千瓦时,可满足约50万户家庭年用电量,与同等规模燃煤电厂相比,每年节约标煤约28万吨、节约淡水约111万立方米、减排二氧化碳约77万吨,节能减排效益显著。

  华能江苏清能分公司负责科技的相关人士介绍,此次建成的盛东如东项目是国内第一个批量化、规模化应用5兆瓦级国产机组的海上风电场,也是目前国内国产化程度最高的海上风电场,其安装的HZ-171-5兆瓦机组实现一级部件100%国产,所有元器件级零件国产化率超过95%。“它的建成投运对于助力碳中和、碳达峰目标实现,打破国外的技术垄断和封锁,实现海上风电全产业链国产化和海上风电平价化具有重要意义。”

  据介绍,在盛东如东项目中,华能集团依托华能清洁能源技术研究院(以下简称“华能清能院”),联合中国海装等多家技术单位共同开展国产化机组研制生产工作,并在一台5兆瓦大容量海上风电机组上,实现了大型海上风电机组叶片、主轴承、齿轮箱轴承、主控PLC、变流器IGBT等一系列核心关键部件国产化。

  叶片,是风电机组的重要部件,如同风电机组的心脏,是风电机组发电的动力来源。在HZ-171-5兆瓦机组中,叶片的主梁碳纤维进行了国产化制造。

  “国产化机组所配备的WB171叶片长达83.6米,在5兆瓦这个级别上是国内最长,研制难度可想而知。”华能集团科技部专责叶昭良说。

  “项目组第一次采用国产的碳纤维织物材料,碳布的编织方式与国外不同,编织方式不仅影响碳布的性能,还可能影响真空灌注的效果,对我们现有的工艺路线是严峻的考验。”洛阳双瑞风电叶片公司副总经理冯威说,项目组深入研究方案,叶片制造中应用了自动化铺设技术,减少了碳布铺设中的人为操作失误影响,降低了铺层褶皱和灌注缺陷的风险。同时,精确控制编织工艺,针对国产碳纤维的特性,定制化开发工艺手段,降低了纤维磨损,使纤维排布更加均匀,更好地保证了材料性能。

  主轴承,国产化风电机组的另一个核心部件,它如同风电机组的关节,将叶片所产生的动力传递至发电机,对风电机组的可靠发电至关重要。此前,大兆瓦风电机组主轴承均为国外厂家所垄断,制约了大兆瓦海上风电机组的快速发展。

  “这次制造的主轴承外径达到3200毫米,数国产风电主轴承之最,设计制造难度高。”中国海装工程师肖长远说。

  “之前从来没有生产过这么大型的风电机组主轴承,这对我们的设计、加工、热处理能力以及材料性能都是极大的考验。”洛阳新强联研发部长胡占圈说,项目组联合相关单位,共同推进现有轴承钢材的改进,最终,轴承材料的淬透性及低温性能有明显提升,成为风电机组主轴承国产化的有力支撑。

  自2006年实施《中华人民共和国可再生能源法》以来,我国风电产业发展迅猛,而碳达峰碳中和目标的提出,将加速海上风电产业的发展。

  国家能源局数据显示,我国海上风电建设成效显著。截至2021年4月底,我国海上风电并网容量达到1042万千瓦。今年1-4月份,我国海上风电发电量为99.4亿千瓦时,占全国发电量的0.39%。据行业统计,我国海上风电年平均利用小时数约2500小时,比陆上风电年平均利用小时数高出约500小时。

  “未来海上风电将是我国发展风电的主力,特别是50米以上水深的深远海海上风电有广阔空间。”东南大学能源与环境学院教授、博导、火电机组振动国家工程研究中心主任邓艾东认为,相较于陆上风电和煤电,海上风电建设有几大优势。

  “一是海上风资源稳定,风量充足。二是大海广阔无垠,海上风场的建设不占用陆地资源,建设规模可以做得比较大。三是海上风电在生产电能过程中不产生废物废气和二氧化碳,是清洁能源,既不影响空气质量也能可持续发展。四是我国沿海地区经济发达,用电需求量大,海上风场距离海岸线公里以内,便于及时将电输送到岸上的用电负荷中心就地消纳,不需要长距离电能输送,且沿海地区电力传输基础设施较好,传输成本较低。”邓艾东说。

  近年来,邓艾东团队也与中国海装和中国华能集团进行产学研合作,攻克大型海上风电机组传动系统安全稳定运行问题。他介绍,目前,江苏的海上风电场已经实现规模化发展,一方面得益于江苏的工业发达,电力需求大;二是江苏沿海的水深较浅,基础施工难度及成本相对较小。

  “目前,我国行业龙头企业、科研院所,纷纷就风电机组的核心技术联合攻关,有的部件例如风电机组传动系统的齿轮箱全球领先,市场占有率40%。但也要看到,叶片的设计和风电机组的控制系统等软硬件的研发能力,还需要提高。”邓艾东直言不讳。

  他介绍,叶片是决定风电机组性能好坏的最重要的部件,目前世界上叶片设计能力最强的公司多在欧美,进入10兆瓦级的风电机组建设规模后,风轮直径将超过200米,我国的风电机组叶片设计能力还亟待提高。

  “同时,风电机组的控制系统作为机组安全、高效运行的指挥中枢,涉及复杂的控制策略和复杂工况的应变能力,目前也亟需攻关。”此外,他表示,海上风电多采用大直径轴承,主轴承相当于风电机组的关节,特别是对于5兆瓦以上功率的风电机组来说,主轴承的载荷很大,在长时间的工作后,主轴承的稳定性、抗疲劳性和故障率是机组稳定工作的重要因素之一,目前国内几大轴承供应商也在攻关风电机组的主轴承,未来可期。(华能江苏清能分公司供图)

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