5兆瓦風機的單樁基礎(chǔ)已矗立于海上，其底部牢牢“抓住”水下30多米深處的海床。然而，風機葉片方案還沒著落。
葉片如同風電機組的心臟，重要性不言而喻。
6月，中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司(以下簡稱華能清能院)海上風電技術(shù)部主任劉鑫在接受科技日報記者采訪時，仍對2020年的那一次艱難選擇記憶猶新：是選擇技術(shù)成熟但價格高昂的外國進口碳纖維葉片，還是選擇國產(chǎn)首臺套碳玻葉片?
國產(chǎn)化設(shè)備鮮有海上試驗機會
2009年，我國風電行業(yè)開啟了一次“摸著石頭過河”的嘗試——風機被從陸上搬至海上，準確說是潮間帶。
潮間帶是指低潮位時海岸裸露出來的區(qū)域。十幾年后回看，業(yè)內(nèi)甚至直言，這不是嚴格意義上的海上風電。潮間帶風機比陸上風機增加了一些冗余設(shè)計，風機所受載荷與陸上風機幾乎沒有差異。但潮間帶試驗風電場項目開啟了國內(nèi)海上風電開發(fā)建設(shè)的新時代。
自20世紀90年代以來，作為單體規(guī)模大、年利用小時數(shù)高的風電發(fā)展類型，國外海上風電技術(shù)發(fā)展到今天已日趨成熟。
發(fā)展海上風電，我國有著天然優(yōu)勢——海岸線長、可利用海域面積廣，而且風能資源主要分布在經(jīng)濟發(fā)達、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較強又缺乏新能源的東南沿海地區(qū)。“雙碳”目標下，我國海上風電優(yōu)勢盡顯，發(fā)展速度加快。
華能清能院黨委書記、董事長李衛(wèi)東告訴記者，2020年底，我國海上風電累計裝機量已達世界第二，但大容量海上風電機組仍有多種關(guān)鍵部件被國外廠家壟斷。
李衛(wèi)東分析，這很大程度是因為，相較于陸上，海上風機運行環(huán)境更加苛刻，造價也更高：一座百萬千瓦的海上風電機場耗資大約150億元，運行過程中需要應(yīng)對更加極端的氣候條件、更加復雜的海洋環(huán)境。開發(fā)商因而依賴于更穩(wěn)定、更高效的機型。
“將百億元設(shè)備放到距海岸幾十公里的海上，平時看不到，設(shè)備出了問題后，如果運氣不好，一兩周內(nèi)維修人員都可能因為天氣原因過不去，經(jīng)濟損失會很大。”李衛(wèi)東說，正因如此，之前大家更偏好國外成熟可靠的產(chǎn)品，不愿意使用國產(chǎn)化設(shè)備，從某種程度上說，國產(chǎn)化設(shè)備連試驗的機會都沒有。
合力打破海上風電機組國產(chǎn)化不了的“怪圈”
為實現(xiàn)大型海上風電機組國產(chǎn)化，2020年，作為我國最大的海上風電開發(fā)商之一，中國華能集團有限公司(以下簡稱中國華能)牽頭，聯(lián)合行業(yè)相關(guān)的整機廠家、零部件廠家、設(shè)計院、科研院所以及施工企業(yè)組成海上風電補短板技術(shù)攻關(guān)團隊，2021年又正式成立了更加緊密的海上風電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體。
“這是我國未來海上風電發(fā)展的重要抓手之一，也是國家能源安全的重要保障。我們希望站在產(chǎn)業(yè)鏈整體角度思考中國海上風電的未來。”在李衛(wèi)東看來，作為產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長”，中國華能就是希望聯(lián)合全產(chǎn)業(yè)鏈，打破海上風電機組國產(chǎn)化不了的“怪圈”。5兆瓦大容量海上風電機組正是推進大型海上風電機組國產(chǎn)化的第一步。中國華能依托華能清能院，聯(lián)合華能江蘇公司、中國海裝等多家單位共同開展研發(fā)工作。
國產(chǎn)化之路并非一帆風順。劉鑫告訴記者，葉片的國產(chǎn)化過程中就遇到了重大技術(shù)挑戰(zhàn)，在最開始設(shè)計風機單樁基礎(chǔ)、塔架承載力時，考慮的是進口的成熟商業(yè)化葉片的重量，但國產(chǎn)化5兆瓦機組所配備的葉片長達80多米，項目組雖然革新了已有的葉片設(shè)計材料和制造技術(shù)，但與原始方案相比，新葉片的重量還是明顯增加。
增重后的風機安不安全?已經(jīng)打好的樁基礎(chǔ)能不能承載這超出的重量?一系列問題讓所有人擔憂，更直接關(guān)系國產(chǎn)化工作能不能干得下去。
作為承擔海上風電機組國產(chǎn)化的部門，劉鑫和團隊從葉片增重問題出發(fā)，采用了華能清能院開發(fā)的一體化載荷計算方法，對整個海上風電機組的葉片、機艙、塔架和基礎(chǔ)的運行負載做了大量精細的計算，確認葉片增重后風電機組仍可安全運行。
作為“鏈長”，中國華能鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈的其他環(huán)節(jié)主動采用自有知識產(chǎn)權(quán)新技術(shù)、國產(chǎn)化新產(chǎn)品，還對國產(chǎn)化設(shè)備“免責”，打消廠家擔憂。最終，參研單位實現(xiàn)了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承等一系列核心關(guān)鍵部件國產(chǎn)化，取得了機組關(guān)鍵核心部件全部國產(chǎn)化的既定目標。
“這是以問題為導向，抓住機遇走出的一條自主創(chuàng)新之路。”李衛(wèi)東總結(jié)說。
國產(chǎn)化助推高質(zhì)量發(fā)展
國產(chǎn)化5兆瓦海上風電機組的成功，不僅邁出了解決能源領(lǐng)域關(guān)鍵問題上的堅實一步，對海上風電下一步平價化發(fā)展也意義重大。值得一提的是，中國海裝即將推出單機容量更大、葉片更長的海上風電機組，將有效降低海上風電成本。
中國華能黨組成員、副總經(jīng)理樊啟祥告訴記者，一直以來，中國華能高度重視自主創(chuàng)新，為更好發(fā)揮聯(lián)合體作用、高質(zhì)量打造原創(chuàng)技術(shù)策源地，出臺了專門的保障工作方案，以策源地為試點，賦予策源地所屬領(lǐng)域領(lǐng)軍人才更大技術(shù)路線選擇權(quán)、經(jīng)費支配權(quán)和團隊組建權(quán)，5兆瓦國產(chǎn)化大容量海上風電機組研制就是生動體現(xiàn)。
今年印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，提升東部地區(qū)能源清潔低碳發(fā)展水平，要積極推進東南部沿海地區(qū)海上風電集群化開發(fā)。與此同時，多地也錨定“藍海”，海上風電“高質(zhì)量躍升發(fā)展”的主題逐漸明確，國產(chǎn)化將是助推高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。
點評近年來，圍繞裝備國產(chǎn)化，國家出臺了很多政策。然而，企業(yè)耗費人力、物力研發(fā)出的第一臺(套)重大技術(shù)裝備(簡稱“首臺套”)，卻常常被市場門檻卡了脖子。
國產(chǎn)“首臺套”四處碰壁，原因是多方面的，其中之一是不少客戶雖然深諳“首臺套”之于國家自主創(chuàng)新的重要意義，但因擔憂使用國產(chǎn)“首臺套”出問題后擔責,“不敢用”的心態(tài)較為普遍。
國產(chǎn)化5兆瓦海上風電機組的成功，是技術(shù)突破和市場突破雙贏的結(jié)果。相關(guān)部門在提供政策支持的同時，可進一步完善“首臺套”保險補償機制，打消采購方選擇“首臺套”的顧慮，讓這種雙贏常態(tài)化。
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