十年砥礪，風雨兼程，如今，這樣一組數(shù)據(jù)讓海上風電人備受鼓舞：截至2021年底，我國海上風電裝機已達2639萬千瓦、占全球總量的54%，規(guī)模躍居世界第一，而國產(chǎn)風電設備的市場占有率也超過了95%，正成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
作為海上風電“利器”，以“三峽引領號”漂浮式風電機組、江蘇如東柔性直流輸電工程等為代表的關鍵技術與裝備，見證了中國海上風電從弱到強的成長歷程，為探索利用深遠海域風能資源、拓展海上風電發(fā)展空間作出了應有貢獻。
矢志創(chuàng)新 漂浮式風電“穩(wěn)扎穩(wěn)打”
三峽陽江海上風電項目
盡管已過去一年，三峽集團上海勘測設計研究院總工程師林毅峰仍清楚地記得那個激動人心的時刻——2021年7月13日，中國首臺具有自主知識產(chǎn)權的漂浮式海上風電機組“三峽引領號”在廣東陽江海域順利安裝，標志著中國漂浮式海上風電機組邁出萬里長征第一步。
“為了那一刻，我們拼了七年！”林毅峰難掩激動，感慨萬分。
漂浮式海上風電機組的先進之處在于特殊設計的漂浮式底座。臺風來襲時，重型錨塊通過鐵鎖將底座主動下潛到40多米深的海底中，只將發(fā)電機部分露在海面上，以此來保證機組在強臺風環(huán)境下的安全運行。
說起來簡單，可這如同機組站在“鋼絲”上發(fā)電，如何保證風機抵抗17級臺風？很長一段時間內(nèi)，因為沒有任何成熟經(jīng)驗，加之國外設計標準的“水土不服”，核心技術一直難以突破。
“我國漂浮式風電機組起步晚，各項技術可以說是‘一窮二白’。”林毅峰坦言，項目工程海域臺風頻發(fā)、環(huán)境惡劣，為了走向深遠海，他們必須進行技術攻關。
“關鍵核心技術要不來、買不來、討不來，”林毅峰感觸頗深，“只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能真正實現(xiàn)自立自強。”
2015年起，林毅峰開始帶領團隊進行多項漂浮式海上風電技術研究。在沒有設計規(guī)范、設計程序，也沒有設計經(jīng)驗的條件下，一支平均年齡不到33歲的年輕團隊，毅然踏上了自主研發(fā)漂浮式海上風電裝備的艱辛征程，開始了一段勇闖“無人區(qū)”之旅。
回憶起當初的情景，林毅峰記憶猶新：“沒有技術，沒有指導，幾乎是從零開始，一路上摸爬滾打，常常是剛從一個坑爬出來又掉進另一個坑。”
沒有人能說清其中到底經(jīng)歷了多少失敗。可每位科研人員心里只憋著一股子勁兒：再苦再累，也得啃下漂浮式海上風電的“硬骨頭”！
“未來，我們可以借鑒‘三峽引領號’的技術成果，研發(fā)制造大量更加先進的漂浮式風電機組。”林毅峰自豪地說，經(jīng)過升級優(yōu)化，漂浮式風電機組可以部署在風力更強大的遠海發(fā)電，不僅能極大緩解近海海域風能發(fā)展空間緊張的局面，還將為保障能源安全作出重要貢獻。
量身定做 國產(chǎn)化系統(tǒng)一樣出色
“自主創(chuàng)新，是實現(xiàn)高水平科技自立自強的重要條件。”三峽集團所屬三峽建工集團技術中心相關負責人王宇庭說。
海上風電整機機組，一般是由風電葉片、發(fā)電電機、支撐塔架、控制系統(tǒng)等構件組成。
三峽陽江海上風電項目
龐大的復雜機組，如何系統(tǒng)成體？又如何保證能被送到遠海之后高效運行？控制系統(tǒng)及核心控制器硬件顯得尤為重要。
“它就好比人的大腦，是整個風電系統(tǒng)的指揮中樞，對風力發(fā)電機組平穩(wěn)可靠運行、高效利用風能至關重要。”王宇庭說。
內(nèi)蒙古輝騰錫勒風場，是亞洲最大的風力發(fā)電場，分布著各種樣式的大兆瓦風機。
“從‘實驗對象’角度來看，這里風機類型眾多，是一體化控制系統(tǒng)從陸地走向深海絕佳的實驗平臺。”王宇庭表示。
2021年以前，風場上風機上的控制系統(tǒng)及多數(shù)核心控制器硬件多為國外引進，不少技術問題一直難以突破。王宇庭堅信國產(chǎn)風機一體化控制系統(tǒng)一樣可以。為此，他和他的團隊對風場各項條件進行深入的專業(yè)分析和數(shù)據(jù)調(diào)研，并根據(jù)風電機組特點及技術發(fā)展方向，對控制系統(tǒng)核心控制器硬件及軟、硬件系統(tǒng)進行技術攻關。
最終，國產(chǎn)控制系統(tǒng)在內(nèi)蒙古輝騰錫勒風場5兆瓦風力發(fā)電機組上成功投運，并通過專業(yè)技術鑒定，部分指標優(yōu)于國際通用標準，可用率甚至達到了100%，有力保障了風電行業(yè)系統(tǒng)安全。
2021年，為促進輝騰錫勒風場成果的應用轉化，三峽集團同步啟動了第一期深化研究項目，根據(jù)發(fā)電行業(yè)的不同情況，持續(xù)打造控制系統(tǒng)的引領優(yōu)勢：針對浙江運達風電陸上5MW風電機組，對主控系統(tǒng)進行方案設計和功能測試；針對白鶴灘百萬千瓦水電站，對水輪機調(diào)速系統(tǒng)進行國產(chǎn)化示范應用……
“量身定做，非常實用！”王宇庭說，目前各轉換項目順利應用。
如今，通過“陸上風電大規(guī)模應用，海上風電小規(guī)模示范”的路徑，三峽集團已同步啟動第二期深化研究項目，并逐并步向水電和環(huán)保領域推廣應用，通過打造基于國產(chǎn)關鍵IP核和自主可控軟件的通用基礎核心平臺，大幅提升能源行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設水平。
填補空白 遠海輸電“柔直”破局
2021年7月，三峽如東海上換流站準備進行安裝
2021年12月25日，三峽江蘇如東海上風電柔性直流輸電工程全面投運，總裝機容量110萬千瓦，年均上網(wǎng)發(fā)電量將達24億千瓦時，可滿足約100萬戶家庭一年的正常用電需求。
這個百萬千瓦級巨型能源站，也代表著中國海上風電柔性直流輸電技術實現(xiàn)“零”的突破。
當時，中國深遠海海上風電示范工程正開工建設，但大規(guī)模開發(fā)和遠距離輸電難題一直難以突破，海上換流站、高壓直流海底電纜、遠距離輸電等多項技術瓶頸和核心指標均處于起步階段。最終，在經(jīng)過如東柔性直流輸電工程集合運用后，國內(nèi)行業(yè)的多項空白被“填補”。
“必須掌握核心技術，同時不斷創(chuàng)新，海上風電才能擁有未來。”三峽集團機電技術中心副主任楊張斌表示。
經(jīng)過多年的探索與開發(fā)，一個接一個組件技術難題相繼被攻克，海上風電柔性直流技術“國產(chǎn)化”進程不斷加快：換流閥、聯(lián)接變壓器、柔性直流控制保護系統(tǒng)等關鍵設備規(guī)模化應用，國產(chǎn)化比例達84%；長達108千米，能耐受840千伏的疊加雷電沖擊，目前國內(nèi)最長、電壓等級最高的±400千伏柔性直流輸電電纜成功研制；長89米、寬84米、高約44米、重2.2萬噸，亞洲首座海上換流站平臺的示范應用......
三峽如東陸上換流站 攝影：湯偉
如今，柔性直流輸電工程成為中國海上風電高端裝備的又一張“金名片”。
“海上風電離不開創(chuàng)新支撐，唯有創(chuàng)新才能立于不敗之地。”楊張斌說，海上風電發(fā)展是國家能源安全的重要保障，而向海爭風更是離不開科技創(chuàng)新的支撐發(fā)展。
“下一步，我們將集聚優(yōu)勢創(chuàng)新力量，加強示范引領。”楊張斌表示。未來，三峽集團還將推動漂浮式遠海風電技術、集群式海上風電智能運行控制檢修等技術研發(fā)應用，為持續(xù)推動新能源高質(zhì)量發(fā)展貢獻三峽力量。
