迈向海上风机“创新高地”——华能集团牵头研制国产化大容量海上风电机组攻关纪实

2021-07-02

近日,在江苏省南通市如东县牛角沙海域,中国华能集团盛东如东海上风电工程现场异常忙碌。由中国华能、中国海装联合研制的国产化5兆瓦大容量海上风电机组上正在紧锣密鼓开展调试工作。这台海上“巨无霸”实现了机组一级部件国产化率100%、整机国产化率超过95%,海上风电机组核心关键装备国产化取得重大突破。

勇于正视矛盾,推进关键部件国产化

“海上风电十年快速发展,积累了丰富经验,也面临着不少挑战,现在要以问题为导向,抓住机遇,走出一条自主创新之路。”华能清洁能源技术研究院党委书记、董事长李卫东说。

目前,我国海上风电增长迅速,2020年底累计装机量已成为世界第二。然而,大容量海上风电机组仍有多种关键部件被国外厂家垄断。巨大的压力转化为动力,驱动着海上风电产业的所有参与者将每一项技术挖掘到极致,关键部件国产化尝试也逐渐成为关注的焦点。

中国华能集团作为中国最大的海上风电开发商之一,组建创新联合体,发挥产业链“链长”作用,站在产业链整体角度思考中国海上风电的未来。通过详细的评估与论证,大型海上风电机组国产化将是我国未来海上风电发展的重要抓手之一,也是国家能源安全的重要保障。对此,华能集团设立了国产化海上风电机组研制项目,集中突破海上风电机组国产化关键技术,将海上风电发展掌握在中国人自己手中。华能集团依托华能清洁能源技术研究院(以下简称“华能清能院”),联合中国海装等多家技术单位共同开展国产化机组研制生产工作,并在华能江苏盛东如东海上风电场应用示范。机组研制过程中得到了华能江苏公司、西安热工研究院的大力支持与华能浙江公司的协助。

国产化海上风电机组正赶上2021年交付高峰期,从上游部件供应商到下游的机组总装、海上吊装,每个环节都承受着巨大的压力。“我国海上风电机组的国产化必须借此风口迎难而上,才能为海上风电的持续高质量发展注入充沛动力。”项目技术攻关组组长、华能清能院党委委员、副院长郭小江说。

项目组坚持两手抓,两手硬,一手抓质量,一手抓进度,确保技术不过关不放行,同时加班加点抢抓时间节点。“从机组整体方案设计机组成功下线,项目组每周召开督导会,督导项目进展,从未中断。”华能清能院海上风电部副所长唐巍说。

项目组紧盯既定目标,坚持问题导向,从基础的技术细节抓起,开展详细技术论证,邀请行业内技术专家评审技术方案,为机组国产化方案细细把脉,排除每一个潜在的隐患。同时紧锣密鼓地推进研制进度,每出现一个问题直接落实至相关技术负责人,迅速制定对策,调集力量解决。正是因为各个参研单位工作人员夜以继日,以强烈的责任使命担当,保证了研制进展的顺利推进。

勇于聚焦核心,推进项目攻关新突破

项目攻关过程中,项目团队攻克了一个又一个的技术难关,突破了大型海上风电机组叶片、主轴承、齿轮箱轴承、主控PLC、变流器IGBT等一系列核心关键部件国产化,应用了华能自主研发的主控系统、机组-塔架-基础整体化设计、数字智能感知检测系统等技术,取得了机组关键核心部件全部国产化的骄人成绩。

——叶片,如同风电机组的心脏,对主梁碳纤维进行了完全国产化替代。“国产化机组所配备的WB171叶片长达83.6米,在5兆瓦这个级别上是国内最长。”华能集团科技部专责叶昭良说。“尤其是第一次采用国产的碳纤维织物材料,对我们现有的工艺路线是严峻的考验。”洛阳双瑞风电叶片公司副总经理冯威说。为此,项目组革新已有的技术路线,大胆采取新型工艺。叶片制造中应用了自动化铺设技术,减少了碳布铺设中的人为操作失误影响,降低了铺层褶皱和灌注缺陷的风险。同时,精确控制编织工艺,针对国产碳纤维的特性,定制化开发工艺手段,降低了纤维磨损,使纤维排布更加均匀,更好的保证了材料性能。

——主轴承,如同风电机组的关节。“这次制造的主轴承外径达到3200mm,数国产风电主轴承之最,设计制造难度高”,中国海装工程师肖长远说。“之前从来没有生产过这么大型的风电机组主轴承,这无论对我们的设计能力,加工能力,热处理能力,材料性能都是极大的考验。”洛阳新强联研发部长胡占圈说。对此,项目组联合相关单位,共同推进了现有轴承钢材的改进工作,查基础资料、核化学成分、演合成模式,研发人员通过不知多少次的反复实验,一次次失败了又一次次重来,最终,轴承材料的淬透性及低温性能有明显提升,成为了风电机组主轴承国产化的有力支撑。

——主控,如同风电机组的大脑,本次风电机组突破了国产化PLC技术,关键核心芯片完全采用国产产品,控制系统也由华能新锐公司自主研发。“国产PLC的开发需要从头开展大量的开发和测试工作”,华能新锐公司党支部书记、总经理褚孝国说。“风电机组主控系统国产化,是我国风电发展的关键一环”,中国海装研究院副院长杨微说。项目团队联合相关研制单位,以满足首台国产化海上风电机组的应用为目标,全力推进了主控系统的开发,提升了主控系统的信息安全。

——设计方法,风机-塔架-基础一体化设计技术已在海上风电领域提出多年,然而由于缺少对该技术应用验证,缺乏对厂家和设计院的总体技术规划和协调,一直未能充分发挥其作用。“由业主制定一体化设计技术标准,主机厂和设计院协同设计的模式在行业内还未真正实施过。此次一体化设计方法采用了华能清洁能源技术研究院自主研发的核心技术,经过主机厂和设计院多轮迭代设计,成功应用在5兆瓦国产化风电机组上,也将在海上风电项目中进一步推广。”华能清能院海上风电部副总工张波说。

——监测方法,海上风电机组受到风、浪、流等多重环境特征耦合的影响,其发电能力和故障产生因素复杂。“本次在国产化海上风电机组本体叶片、变桨、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、塔筒和基础以及机组所处的海上水下环境新增了超过180个测点,采用了激光雷达前馈、结构安全检测等超过10项智能监控与运维系统。”华能清能院业务经理孙财新说。此技术加强了海上风电机组对于本体和环境的主动感知,提升了海上风电机组主动控制优化的能力,为提高海上风电机组发电性能和故障诊断与预警能力提供了坚实的支撑。

——吊装,“国产化5兆瓦机组5月22号落驳后,现场起了大风大浪,让本来都已出港的船不得不回港避风,6月4日才开始吊装塔筒,”华能江苏盛东如东项目部经理助理白亮说,“只差最后一只叶片时现场又起了大风,进度又被耽搁了两天左右。”在现场条件如此恶劣的情况下,华能江苏盛东如东项目部发挥勇于挑战、迎难而上的精神,详细制定吊装专项施工方案,克服海上环境多变、作业条件艰苦、吊装流程复杂等诸多困难,科学预测,大胆推进,牢牢抓住部件吊装的窗口期,经过历时7天的海上作业,圆满完成此次吊装任务。(劳文欣)

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来源:新华网