臨近七一，中國(guó)華能集團(tuán)盛東如東海上風(fēng)電工程現(xiàn)場(chǎng)異常忙碌。由中國(guó)華能、中國(guó)海裝聯(lián)合研制的國(guó)產(chǎn)化5兆瓦大容量海上風(fēng)電機(jī)組上正在緊鑼密鼓開(kāi)展調(diào)試工作。
這臺(tái)海上“巨無(wú)霸”實(shí)現(xiàn)了機(jī)組一級(jí)部件國(guó)產(chǎn)化率100%、整機(jī)國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)95%，代表了目前我國(guó)大容量海上風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化最高水平，以海上風(fēng)電機(jī)組核心關(guān)鍵裝備國(guó)產(chǎn)化的重大突破，為建黨百年華誕獻(xiàn)禮。
01、搶抓創(chuàng)新發(fā)展新機(jī)遇
“海上風(fēng)電發(fā)展形勢(shì)喜人，十年快速發(fā)展，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，也面臨著不少挑戰(zhàn)，現(xiàn)在要以問(wèn)題為導(dǎo)向，抓住機(jī)遇，走出一條自主創(chuàng)新之路。”華能清潔能源技術(shù)研究院黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)李衛(wèi)東說(shuō)。
我國(guó)海上風(fēng)電增長(zhǎng)迅速，海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量2020年底已成為全球第二，預(yù)計(jì)今年底可達(dá)世界第一。對(duì)我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上的運(yùn)營(yíng)單位、科研單位、生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，這是難得一見(jiàn)的機(jī)遇，驅(qū)動(dòng)著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的所有參與者，包括業(yè)主、科研院所、主機(jī)廠商、部件廠商聯(lián)合起來(lái)，將每一項(xiàng)技術(shù)挖掘到極致。同時(shí)，對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)的掌握越來(lái)越得到重視，關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化嘗試也逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
02、取得技術(shù)攻關(guān)新突破
中國(guó)華能集團(tuán)作為中國(guó)最大的海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)商之一，持續(xù)開(kāi)展大量工作，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長(zhǎng)”作用，組建創(chuàng)新聯(lián)合體，站在產(chǎn)業(yè)鏈整體角度思考中國(guó)海上風(fēng)電的未來(lái)發(fā)展。通過(guò)詳細(xì)的評(píng)估與論證，大型海上風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化將是我國(guó)未來(lái)海上風(fēng)電發(fā)展的重要抓手之一，也是國(guó)家能源安全的重要保障。
為此，華能集團(tuán)設(shè)立了國(guó)產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組研制項(xiàng)目，集中行業(yè)內(nèi)優(yōu)勢(shì)技術(shù)力量，發(fā)揮組織功能，形成整體效應(yīng)，集中突破海上風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)。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，并在華能江蘇盛東如東海上風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用示范。機(jī)組研制過(guò)程中得到了華能江蘇公司、西安熱工研究院的大力支持與華能浙江公司的協(xié)助。
國(guó)產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組正趕上2021年交付高峰期，從上游部件供應(yīng)商，再到下游的機(jī)組總裝、海上吊裝，每個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)一不承受著巨大的壓力?！半S著交付高峰期的來(lái)臨，我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化已到了勢(shì)在必行的地步，必須借此風(fēng)口迎難而上，才能為海上風(fēng)電的持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展注入充沛動(dòng)力?！表?xiàng)目技術(shù)攻關(guān)組組長(zhǎng)、華能清能院黨委委員、副院長(zhǎng)郭小江說(shuō)。
項(xiàng)目組堅(jiān)持“兩手抓，兩手硬”，一手抓質(zhì)量，一手抓進(jìn)度，確保技術(shù)不過(guò)關(guān)不放行，同時(shí)加班加點(diǎn)搶抓時(shí)間節(jié)點(diǎn)?！皬臋C(jī)組整體方案設(shè)計(jì)機(jī)組成功下線，項(xiàng)目組每周召開(kāi)督導(dǎo)會(huì)，督導(dǎo)項(xiàng)目進(jìn)展，從未中斷?！比A能清能院副所長(zhǎng)唐巍說(shuō)。
項(xiàng)目組緊盯既定目標(biāo)，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，從基礎(chǔ)的技術(shù)細(xì)節(jié)抓起，為機(jī)組國(guó)產(chǎn)化方案細(xì)細(xì)把脈，排除每一個(gè)潛在的隱患。同時(shí)緊鑼密鼓地推進(jìn)研制進(jìn)度，每出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題直接落實(shí)至相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人，迅速制定對(duì)策，集中力量解決，將時(shí)間成本壓至最低。各個(gè)參研單位工作人員，以強(qiáng)烈的責(zé)任使命擔(dān)當(dāng)，保證了研制進(jìn)展的順利推進(jìn)。
03、推進(jìn)關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化
攻關(guān)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難關(guān)，突破了大型海上風(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，應(yīng)用了華能自主研發(fā)的主控系統(tǒng)、機(jī)組-塔架-基礎(chǔ)整體化設(shè)計(jì)、數(shù)字智能感知檢測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)，取得了機(jī)組關(guān)鍵核心部件全部國(guó)產(chǎn)化的驕人成績(jī)。
——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。葉片從非國(guó)產(chǎn)到國(guó)產(chǎn)，對(duì)主梁碳纖維進(jìn)行了完全國(guó)產(chǎn)化替代，實(shí)屬不易。適用于高交變載荷的葉片碳纖材料國(guó)產(chǎn)化技術(shù)缺乏借鑒和參考，經(jīng)歷從無(wú)到有的過(guò)程，已經(jīng)熟悉的技術(shù)路線發(fā)生重大變化，科技人員只能從頭做起。“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?！比A能集團(tuán)科技部專責(zé)葉昭良說(shuō)。
“尤其是第一次采用國(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)?！甭尻?yáng)雙瑞風(fēng)電葉片公司副總經(jīng)理馮威說(shuō)。
為此，項(xiàng)目組深入研究方案，全力革新已有的技術(shù)路線，大膽采取新型工藝。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，更好的保證了材料性能。
——主軸承，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,為國(guó)產(chǎn)風(fēng)電主軸承之最，設(shè)計(jì)制造難度高?！敝袊?guó)海裝工程師肖長(zhǎng)遠(yuǎn)說(shuō)?！爸皬膩?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)?！甭尻?yáng)新強(qiáng)聯(lián)研發(fā)部長(zhǎng)胡占圈說(shuō)。為此，項(xiàng)目組聯(lián)合相關(guān)單位，共同推進(jìn)了現(xiàn)有軸承鋼材的改進(jìn)工作，查基礎(chǔ)資料、核化學(xué)成分、演合成模式，研發(fā)人員通過(guò)不知多少次的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終，軸承材料的淬透性及低溫性能有明顯提升，成為了風(fēng)電機(jī)組主軸承國(guó)產(chǎn)化的有力支撐。
——主控，如同風(fēng)電機(jī)組的大腦，直接關(guān)系著國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電能力與運(yùn)行情況。然而，風(fēng)電機(jī)組主控PLC硬件目前仍受制于國(guó)外廠家。本次風(fēng)電機(jī)組突破了國(guó)產(chǎn)化PLC技術(shù)，關(guān)鍵核心芯片完全采用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，控制系統(tǒng)也由華能新銳公司自主研發(fā)。
“實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)難，國(guó)產(chǎn)PLC的開(kāi)發(fā)需要從頭開(kāi)展大量的開(kāi)發(fā)和測(cè)試工作?！比A能新銳公司黨支部書(shū)記、總經(jīng)理褚孝國(guó)說(shuō)?！帮L(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，是我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。”中國(guó)海裝研究院副院長(zhǎng)楊微說(shuō)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合相關(guān)研制單位，以滿足首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用為目標(biāo)，全力推進(jìn)了主控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，提升了主控系統(tǒng)的信息安全。同時(shí)，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種工程預(yù)案以保障達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。做好冗余保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)，最大限度地保障安全。
——設(shè)計(jì)方法，風(fēng)機(jī)-塔架-基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，動(dòng)態(tài)反映了海上風(fēng)電機(jī)組在受到風(fēng)-浪-流-土動(dòng)態(tài)耦合作用時(shí)的整體支撐結(jié)構(gòu)受力規(guī)律。然而，由于缺少對(duì)該技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)證，缺乏對(duì)廠家和設(shè)計(jì)院的總體技術(shù)規(guī)劃和協(xié)調(diào)，一直未能充分發(fā)揮其作用。
“由業(yè)主制定一體化設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)廠和設(shè)計(jì)院協(xié)同設(shè)計(jì)的模式在行業(yè)內(nèi)還未真正實(shí)施過(guò)。此次一體化設(shè)計(jì)方法采用了華能清潔能源技術(shù)研究院自主研發(fā)的核心技術(shù)，經(jīng)過(guò)主機(jī)廠和設(shè)計(jì)院多輪迭代設(shè)計(jì)，成功的應(yīng)用在5兆瓦國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)組上，也將在未來(lái)的海上風(fēng)電項(xiàng)目中進(jìn)一步推廣?！比A能清能院海上風(fēng)電部副總工張波說(shuō)。
——監(jiān)測(cè)方法，數(shù)字智能感知監(jiān)測(cè)技術(shù)，為提高海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能和故障診斷與預(yù)警能力提供堅(jiān)實(shí)的支撐。風(fēng)電機(jī)組作為一個(gè)龐雜的機(jī)械電氣系統(tǒng)，特別是海上風(fēng)電機(jī)組還受到風(fēng)、浪、流等多重環(huán)境特征耦合的影響，其發(fā)電能力受到機(jī)組內(nèi)外部因素影響，其故障產(chǎn)生的機(jī)理復(fù)雜多樣，受限于當(dāng)前對(duì)復(fù)雜非線性信號(hào)處理能力的制約以及對(duì)故障預(yù)警與識(shí)別的準(zhǔn)確度較低。
“本次在國(guó)產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組本體葉片、變槳、輪轂、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔筒和基礎(chǔ)以及機(jī)組所處的海上水下環(huán)境新增了超過(guò)180個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用了激光雷達(dá)前饋、結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)等超過(guò)10項(xiàng)智能監(jiān)控與運(yùn)維系統(tǒng)?！比A能清能院業(yè)務(wù)經(jīng)理孫財(cái)新說(shuō)。此技術(shù)加強(qiáng)了海上風(fēng)電機(jī)組對(duì)于本體和環(huán)境的主動(dòng)感知，提升了海上風(fēng)電機(jī)組主動(dòng)控制優(yōu)化的能力。
——吊裝，海上風(fēng)電機(jī)組吊裝工作需計(jì)劃周全，安排得當(dāng)，吊裝工序環(huán)環(huán)相扣。再加上今年5月份如東海域海況、氣象復(fù)雜，大風(fēng)、大霧說(shuō)來(lái)就來(lái)，讓本來(lái)就因安裝高峰期而異常緊張的時(shí)間表更難控制。“國(guó)產(chǎn)化5兆瓦機(jī)組5月22號(hào)落駁后，現(xiàn)場(chǎng)起了大風(fēng)大浪，讓本來(lái)都已出港的船不得不回港避風(fēng)，6月4日才開(kāi)始吊裝塔筒?！比A能江蘇盛東如東項(xiàng)目部經(jīng)理助理白亮說(shuō)，“只差最后一只葉片時(shí)現(xiàn)場(chǎng)又起了大風(fēng)，進(jìn)度又被耽擱了?！?/p>
在現(xiàn)場(chǎng)條件如此惡劣的情況下，華能江蘇盛東如東項(xiàng)目部迎難而上，詳細(xì)制定了吊裝專項(xiàng)施工方案，克服了海上環(huán)境多變、作業(yè)條件艱苦、吊裝流程復(fù)雜等諸多困難，科學(xué)預(yù)測(cè)，大膽推進(jìn)，牢牢抓住部件吊裝的窗口期，經(jīng)過(guò)歷時(shí)7天的海上作業(yè)，圓滿完成此次吊裝任務(wù)，為國(guó)產(chǎn)化機(jī)組最終的并網(wǎng)發(fā)電打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
偉大事業(yè)都始于夢(mèng)想、基于創(chuàng)新、成于實(shí)干。國(guó)產(chǎn)化5兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組的成功象征著我國(guó)向能源領(lǐng)域自主創(chuàng)新高地沖鋒的又一次勝利，對(duì)海上風(fēng)電平價(jià)化發(fā)展意義重大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)必將走出一條自立自強(qiáng)的發(fā)展之路。同時(shí)，我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也將為碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)持續(xù)貢獻(xiàn)更大的智慧和力量。
