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(shè)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(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)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(yīng)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(shè)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(quán)的漂浮式海上風電機組“三峽引領(lǐng)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(shè)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(shè)計標準的“水土不服”，核心技術(shù)一直難以突破。
“我國漂浮式風電機組起步晚，各項技術(shù)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(shù)攻關(guān)。
“關(guān)鍵核心技術(shù)要不來、買不來、討不來，”林毅峰感觸頗深，“只有把關(guān)鍵核心技術(shù)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(lǐng)團隊進行多項漂浮式海上風電技術(shù)研究。在沒有設(shè)計規(guī)范、設(shè)計程序，也沒有設(shè)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(shù)，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(lǐng)號’的技術(shù)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(shù)中心相關(guān)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(gòu)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(guān)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(shù)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(shù)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(shù)攻關(guān)。
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(shù)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(yīng)用轉(zhuǎn)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(lǐng)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(shè)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(yīng)用……
“量身定做，非常實用！”王宇庭說，目前各轉(zhuǎn)換項目順利應(yīng)用。
如今，通過“陸上風電大規(guī)模應(yīng)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(lǐng)域推廣應(yīng)用，通過打造基于國產(chǎn)關(guān)鍵IP核和自主可控軟件的通用基礎(chǔ)核心平臺，大幅提升能源行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)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(shù)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(shè)，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(shù)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(shù)，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(shù)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(shù)難題相繼被攻克，海上風電柔性直流技術(shù)“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(guān)鍵設(shè)備規(guī)模化應(yīng)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(yīng)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(lǐng)。”楊張斌表示。未來，三峽集團還將推動漂浮式遠海風電技術(shù)、集群式海上風電智能運行控制檢修等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，為持續(xù)推動新能源高質(zhì)量發(fā)展貢獻三峽力量。
