十年砥礪，風(fēng)雨兼程，如今，這樣一組數(shù)據(jù)讓海上風(fēng)電人備受鼓舞：截至2021年底，我國海上風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)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(fēng)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(fēng)電“利器”，以“三峽引領(lǐng)號”漂浮式風(fēng)電機(jī)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(fēng)電從弱到強(qiáng)的成長歷程，為探索利用深遠(yuǎn)海域風(fēng)能資源、拓展海上風(fēng)電發(fā)展空間作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。
矢志創(chuàng)新 漂浮式風(fēng)電“穩(wěn)扎穩(wěn)打”
三峽陽江海上風(fēng)電項(xiàng)目
盡管已過去一年，三峽集團(tuán)上海勘測設(shè)計(jì)研究院總工程師林毅峰仍清楚地記得那個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)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(fēng)電機(jī)組“三峽引領(lǐng)號”在廣東陽江海域順利安裝，標(biāo)志著中國漂浮式海上風(fēng)電機(jī)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(dòng)，感慨萬分。
漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組的先進(jìn)之處在于特殊設(shè)計(jì)的漂浮式底座。臺風(fēng)來襲時(shí)，重型錨塊通過鐵鎖將底座主動(dòng)下潛到40多米深的海底中，只將發(fā)電機(jī)部分露在海面上，以此來保證機(jī)組在強(qiáng)臺風(fēng)環(huán)境下的安全運(yùn)行。
說起來簡單，可這如同機(jī)組站在“鋼絲”上發(fā)電，如何保證風(fēng)機(jī)抵抗17級臺風(fēng)？很長一段時(shí)間內(nèi)，因?yàn)闆]有任何成熟經(jīng)驗(yàn)，加之國外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的“水土不服”，核心技術(shù)一直難以突破。
“我國漂浮式風(fēng)電機(jī)組起步晚，各項(xiàng)技術(shù)可以說是‘一窮二白’。”林毅峰坦言，項(xiàng)目工程海域臺風(fēng)頻發(fā)、環(huán)境惡劣，為了走向深遠(yuǎn)海，他們必須進(jìn)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(shí)現(xiàn)自立自強(qiáng)。”
2015年起，林毅峰開始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行多項(xiàng)漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)研究。在沒有設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)程序，也沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的條件下，一支平均年齡不到33歲的年輕團(tuán)隊(duì)，毅然踏上了自主研發(fā)漂浮式海上風(fēng)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(dāng)初的情景，林毅峰記憶猶新：“沒有技術(shù)，沒有指導(dǎo)，幾乎是從零開始，一路上摸爬滾打，常常是剛從一個(gè)坑爬出來又掉進(jìn)另一個(gè)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(fēng)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(jìn)的漂浮式風(fēng)電機(jī)組。”林毅峰自豪地說，經(jīng)過升級優(yōu)化，漂浮式風(fēng)電機(jī)組可以部署在風(fēng)力更強(qiáng)大的遠(yuǎn)海發(fā)電，不僅能極大緩解近海海域風(fēng)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(xiàn)。
量身定做 國產(chǎn)化系統(tǒng)一樣出色
“自主創(chuàng)新，是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的重要條件。”三峽集團(tuán)所屬三峽建工集團(tuán)技術(shù)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人王宇庭說。
海上風(fēng)電整機(jī)機(jī)組，一般是由風(fēng)電葉片、發(fā)電電機(jī)、支撐塔架、控制系統(tǒng)等構(gòu)件組成。
三峽陽江海上風(fēng)電項(xiàng)目
龐大的復(fù)雜機(jī)組，如何系統(tǒng)成體？又如何保證能被送到遠(yuǎn)海之后高效運(yùn)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(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的指揮中樞，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組平穩(wěn)可靠運(yùn)行、高效利用風(fēng)能至關(guān)重要。”王宇庭說。
內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)場，是亞洲最大的風(fēng)力發(fā)電場，分布著各種樣式的大兆瓦風(fēng)機(jī)。
“從‘實(shí)驗(yàn)對象’角度來看，這里風(fēng)機(jī)類型眾多，是一體化控制系統(tǒng)從陸地走向深海絕佳的實(shí)驗(yàn)平臺。”王宇庭表示。
2021年以前，風(fēng)場上風(fēng)機(jī)上的控制系統(tǒng)及多數(shù)核心控制器硬件多為國外引進(jìn)，不少技術(shù)問題一直難以突破。王宇庭堅(jiān)信國產(chǎn)風(fēng)機(jī)一體化控制系統(tǒng)一樣可以。為此，他和他的團(tuán)隊(duì)對風(fēng)場各項(xiàng)條件進(jìn)行深入的專業(yè)分析和數(shù)據(jù)調(diào)研，并根據(jù)風(fēng)電機(jī)組特點(diǎn)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(jìn)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(fēng)場5兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上成功投運(yùn)，并通過專業(yè)技術(shù)鑒定，部分指標(biāo)優(yōu)于國際通用標(biāo)準(zhǔn)，可用率甚至達(dá)到了100%，有力保障了風(fēng)電行業(yè)系統(tǒng)安全。
2021年，為促進(jìn)輝騰錫勒風(fēng)場成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，三峽集團(tuán)同步啟動(dòng)了第一期深化研究項(xiàng)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(yùn)達(dá)風(fēng)電陸上5MW風(fēng)電機(jī)組，對主控系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能測試；針對白鶴灘百萬千瓦水電站，對水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行國產(chǎn)化示范應(yīng)用……
“量身定做，非常實(shí)用！”王宇庭說，目前各轉(zhuǎn)換項(xiàng)目順利應(yīng)用。
如今，通過“陸上風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用，海上風(fēng)電小規(guī)模示范”的路徑，三峽集團(tuán)已同步啟動(dòng)第二期深化研究項(xiàng)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(bǔ)空白 遠(yuǎn)海輸電“柔直”破局
2021年7月，三峽如東海上換流站準(zhǔn)備進(jìn)行安裝
2021年12月25日，三峽江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程全面投運(yùn)，總裝機(jī)容量110萬千瓦，年均上網(wǎng)發(fā)電量將達(dá)24億千瓦時(shí)，可滿足約100萬戶家庭一年的正常用電需求。
這個(gè)百萬千瓦級巨型能源站，也代表著中國海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)“零”的突破。
當(dāng)時(shí)，中國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電示范工程正開工建設(shè)，但大規(guī)模開發(fā)和遠(yuǎn)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(yuǎn)距離輸電等多項(xiàng)技術(shù)瓶頸和核心指標(biāo)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(yùn)用后，國內(nèi)行業(yè)的多項(xiàng)空白被“填補(bǔ)”。
“必須掌握核心技術(shù)，同時(shí)不斷創(chuàng)新，海上風(fēng)電才能擁有未來。”三峽集團(tuán)機(jī)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(gè)接一個(gè)組件技術(shù)難題相繼被攻克，海上風(fēng)電柔性直流技術(shù)“國產(chǎn)化”進(jìn)程不斷加快：換流閥、聯(lián)接變壓器、柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備規(guī)模化應(yīng)用，國產(chǎn)化比例達(dá)84%；長達(dá)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(fēng)電高端裝備的又一張“金名片”。
“海上風(fēng)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(fēng)電發(fā)展是國家能源安全的重要保障，而向海爭風(fēng)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(qiáng)示范引領(lǐng)。”楊張斌表示。未來，三峽集團(tuán)還將推動(dòng)漂浮式遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)、集群式海上風(fēng)電智能運(yùn)行控制檢修等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，為持續(xù)推動(dòng)新能源高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)三峽力量。
