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中国海装徐赖琳:深远海风电关键技术及创新发展方向

浏览数量: 0     作者: dagang     发布时间: 2022-08-17      来源: 北极星风力发电网

根据GWEC统计,全球海上风电商业化风电机组预计2020年单机达到9.5MW,2024左右达到15-17MW。大型化是海上风电装备发展的主流,目前我国海上风电也已走向深远海,中国海装 计划“十四五”内开展20MW级风电机组预研。这同时也面临着长叶片、高功率密度传动链、全耦合设计、浮式风电设计等关键技术突破和创新。

——中国船舶集团海装风电股份有限公司海上风场设计技术总监徐赖琳

2022年8月11日,北极星风力发电网主办的“第二届海上风电创新发展大会 ”在南京召开。大会聚焦海上风电技术降本、深海探索、自研自主、产业融合、迈向国际等主题话题,引领海上风电产业创新发展。中国船舶集团海装风电股份有限公司海上风场设计技术总监徐赖琳在大会上做了《深远海风电 关键技术及创新发展方向》主题演讲。

文字发言如下:

徐赖琳:各位同仁大家下午好!我是中国船舶集团海装风电股份有限公司的徐赖琳,下面我将和大家共同探讨深远海风电关键技术和创新发展方向。

首先我对海上风电的发展现状进行一个简单描述。从近五年的规划海上风电装机容量的走势图中可以看出,海上风电装机量基本上是呈一个指数的发展态势。特别是在去年和前年抢装潮的情况下,国内海上风电装机量陡增。图中反映出的一个结果就是,在未来海上风电如果还有一个大的抢装潮的话,那么能源设备,包括产业链的布局上是有足够的资源去支撑抢装的。

除此之外,我用“最”字来表现目前海上风电发展的一个特别的现状。首先是目前批量装机最大的单机容量,是叶轮直径是在220米的情况,匹配的单机功率是10到13MW的最大功率,这是目前今年我们海上批量供货的情况。然后在今年陆续开标的项目,很多是年底新建或者是明年建成的项目,目前市场上竞争的机组还是分为长江以北和长江以南,长江以北的低风速区域单机容量还是8.7MW,然后长江以南的区域的匹配的单机是10MW以上,最大的是在14MW的级别。福建的最低电价是突破了0.2元的价格,目前市场上主机价格都已经突破了3000元/kW,目前国内开发的风电场最远距离也是达到了100公里左右,水深也达到了50米,这只是固定式技术开发的风电场。从这个统计上来看,目前海上风电的发展已经是进入到了深远海。

那么海上风电发展到深远海,面临的一些关键的技术有哪些?我们作为主机设备厂家统计了一些情况,首先是机型的大型化。目前市场上叶轮直径无论是国内还是国外,基本上都是在直径210米以上,包括现在的256的竞争态势,以及我们在研的20MW的这样一个最大单机容量机组。从大MW大叶轮的发展态势下,我们所面临的技术难题,包括超长柔性叶片气弹稳定性及制造难题以及后面的施工和运维带来的挑战。

首先是从叶片的发展,在去年四五月份的时候,我们国内100米级的叶片是下线了,今年四五月份开始批量化的运用。这个过程用了一年之久的时间,经过了一年的测试,虽然比较漫长,但它给后面就是今年107、116米的叶轮直径叶片的批量应用打下了坚定的基础。

从102到107到116,包括120米长叶片的生产,中间有一些反复的技术难题。我这里就列出了它的一个过程,包括从叶片的设计到气动组件设计以及结构的设计,包括后面的一个流程的分析,分析完之后它的强度,包括后面的新材料和新工艺的应用,综合所有的这些反复的复杂的工作之后,才生产出这样一个长叶片,同时也攻克了大型气动组件的技术,超宽碳纤维灌浆技术等等一系列的技术难题。

其次是高功率密度传动链,如果现在单机做到了16MW或者是以后的20MW级别,按照以往补贴时代的设计理念,整个叶轮和主机的重量就会很重(主机可能会达到600吨),对施工和成本的压力都是不能够适合于平价的因素。所以目前的高功率密度传动链已经是第二代,应用于我们目前10MW的风电机组之上。在我们第三代的全集成的高密度传动链,中速永磁发电机传动链的话未来是运用到我们16MW的风电机组。

然后是全耦合的设计,目前我们针对固定式基础做的一个设计——一体化仿真,我在这里提的是针对海上漂浮式的一个设计,目前漂浮式平台在国内已经有了两台样机。它的设计理念也要参考着我们目前陆上的固定式的设计理念,就是说无论是你生产主机,浮动平台生产浮动平台,两个加在一起,还是说仿真一体化设计,但还是主机设计主机,浮动平台设计浮动平台的,最终把它放在一起,这两种方案目前都不是漂浮式平台设计的最优方案。那么最优方案是什么呢?就是用仿真设计,然后平台同时设计,这样最终才能达到最优的结果。

机组大型化对整机可靠性也提出了更高的要求,目前就是10MW级的测试,100米级的叶片极限测试。现在目前批量应用来说,我们直径到了256,这相当于有一个10年的过程,我们用了一年的时间把它走到了现在的程度。其次就是吊装配套的一个情况,我这里就用256叶轮直径作为参考进行计算,目前国内吊装船使用设备,能够满足这种吊装的只有三到四艘船。到明年上半年,在建和已经规划的大型吊装船或将陆续出现在市场上,总共统计也只有十几艘,但是如果面对未来2024年、2025年的海上抢装,船也是远远不够的。

运营也是一个非常重要的环节,因为到了深远海之后,它运维的效率会大大的降低,而且对机组的大型化,长时间发生故障,它对发电量的损失也非常大,所以对专业运维船的要求非常高。目前中国海装已经生产的一个专业的运维船,它相比使用普通运维船可增加30%左右的出海窗口期。

下面是针对未来海上深远海发展的趋势讲解。目前中国海装国内的漂浮式风电就是“扶摇号”,只是一个样机示范,如果想批量化,需要市场的推动,让它达到市场化的应用。这个项目目前是运用在广东海域,环境比较恶劣,所以未来如果成功达到批量化,这个漂浮式平台可以运用到全国所有海域。第二点就是国产化,目前国内装机已经是全球第一,未来国内的风电机组及核心零部件全部国产化也是一个趋势,目前我们和华能了一个5MW全国产化的风机。

最后是深远海海上风力发电的综合应用,第一个是海水淡化,同样的就是海上风电制氢,中船七一八所有四十多年的制氢历史,也是国家唯一一个从事水电解制氢的研究单位,我们双方单位通过多年的碰撞,主要是针对海上风电制氢,做了一个流程化的规划,主要是两个方面:

一是海上风电发电通过电网输送到电解制氢工厂生产氢气,然后储存氢气到应用。另一方面就是通过海上的制氢平台生产氢气,通过管道运输或者是运输船运输到储存氢气的地方,再拿到各个地方去运用。第二个方案整体来说深远海电的输送成本非常高,海上运输管道成本更大,通过海上制氢,氢气的输送也是一个降本的过程。

海洋牧场的结合应用,目前海洋牧场国内已经有了很多的示范,包括如“深蓝1号”全潜式网箱、“国信1号”养殖工船以及“耕海1号”休闲渔业综合体平台等。还有海上能源岛,它都可以结合到风电的发展综合应用上去。

从海上风电的发展来说,它是需要全行业内各个企业的优势来共同促进发展。我也希望和大家进行深入合作,发挥出各自的优势,达到我们一个海上风电的健康优良的发展。

我今天的分享就是这么多。谢谢大家的聆听!


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