根據(jù)GWEC統(tǒng)計,全球海上風(fēng)電商業(yè)化風(fēng)電機組預(yù)計2020年單機達到9.5MW,2024左右達到15-17MW。大型化是海上風(fēng)電裝備發(fā)展的主流,目前我國海上風(fēng)電也已走向深遠海,中國海裝計劃“十四五”內(nèi)開展20MW級風(fēng)電機組預(yù)研。這同時也面臨著長葉片、高功率密度傳動鏈、全耦合設(shè)計、浮式風(fēng)電設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)突破和創(chuàng)新。
——中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司海上風(fēng)場設(shè)計技術(shù)總監(jiān)徐賴琳
2022年8月11日,由北極星電力網(wǎng)、北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)主辦的“第二屆海上風(fēng)電創(chuàng)新發(fā)展大會”在南京召開。大會聚焦海上風(fēng)電技術(shù)降本、深海探索、自研自主、產(chǎn)業(yè)融合、邁向國際等主題話題,引領(lǐng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司海上風(fēng)場設(shè)計技術(shù)總監(jiān)徐賴琳在大會上做了《深遠海風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新發(fā)展方向》主題演講。
中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司海上風(fēng)場設(shè)計技術(shù)總監(jiān) 徐賴琳
文字發(fā)言如下:
徐賴琳:各位同仁大家下午好!我是中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司的徐賴琳,下面我將和大家共同探討深遠海風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新發(fā)展方向。
首先我對海上風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀進行一個簡單描述。從近五年的規(guī)劃海上風(fēng)電裝機容量的走勢圖中可以看出,海上風(fēng)電裝機量基本上是呈一個指數(shù)的發(fā)展態(tài)勢。特別是在去年和前年搶裝潮的情況下,國內(nèi)海上風(fēng)電裝機量陡增。圖中反映出的一個結(jié)果就是,在未來海上風(fēng)電如果還有一個大的搶裝潮的話,那么能源設(shè)備,包括產(chǎn)業(yè)鏈的布局上是有足夠的資源去支撐搶裝的。
除此之外,我用“”字來表現(xiàn)目前海上風(fēng)電發(fā)展的一個特別的現(xiàn)狀。首先是目前批量裝機大的單機容量,是葉輪直徑是在220米的情況,匹配的單機功率是10到13MW的大功率,這是目前今年我們海上批量供貨的情況。然后在今年陸續(xù)開標(biāo)的項目,很多是年底新建或者是明年建成的項目,目前市場上競爭的機組還是分為長江以北和長江以南,長江以北的低風(fēng)速區(qū)域單機容量還是8.7MW,然后長江以南的區(qū)域的匹配的單機是10MW以上,大的是在14MW的級別。福建的低電價是突破了0.2元的價格,目前市場上主機價格都已經(jīng)突破了3000元/kW,目前國內(nèi)開發(fā)的風(fēng)電場遠距離也是達到了100公里左右,水深也達到了50米,這只是固定式技術(shù)開發(fā)的風(fēng)電場。從這個統(tǒng)計上來看,目前海上風(fēng)電的發(fā)展已經(jīng)是進入到了深遠海。
那么海上風(fēng)電發(fā)展到深遠海,面臨的一些關(guān)鍵的技術(shù)有哪些?我們作為主機設(shè)備廠家統(tǒng)計了一些情況,首先是機型的大型化。目前市場上葉輪直徑無論是國內(nèi)還是國外,基本上都是在直徑210米以上,包括現(xiàn)在的256的競爭態(tài)勢,以及我們在研的20MW的這樣一個大單機容量機組。從大MW大葉輪的發(fā)展態(tài)勢下,我們所面臨的技術(shù)難題,包括超長柔性葉片氣彈穩(wěn)定性及制造難題以及后面的施工和運維帶來的挑戰(zhàn)。
首先是從葉片的發(fā)展,在去年四五月份的時候,我們國內(nèi)100米級的葉片是下線了,今年四五月份開始批量化的運用。這個過程用了一年之久的時間,經(jīng)過了一年的測試,雖然比較漫長,但它給后面就是今年107、116米的葉輪直徑葉片的批量應(yīng)用打下了堅定的基礎(chǔ)。
從102到107到116,包括120米長葉片的生產(chǎn),中間有一些反復(fù)的技術(shù)難題。我這里就列出了它的一個過程,包括從葉片的設(shè)計到氣動組件設(shè)計以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計,包括后面的一個流程的分析,分析完之后它的強度,包括后面的新材料和新工藝的應(yīng)用,綜合所有的這些反復(fù)的復(fù)雜的工作之后,才生產(chǎn)出這樣一個長葉片,同時也攻克了大型氣動組件的技術(shù),超寬碳纖維灌漿技術(shù)等等一系列的技術(shù)難題。
其次是高功率密度傳動鏈,如果現(xiàn)在單機做到了16MW或者是以后的20MW級別,按照以往補貼時代的設(shè)計理念,整個葉輪和主機的重量就會很重(主機可能會達到600噸),對施工和成本的壓力都是不能夠適合于平價的因素。所以目前的高功率密度傳動鏈已經(jīng)是第二代,應(yīng)用于我們目前10MW的風(fēng)電機組之上。在我們第三代的全集成的高密度傳動鏈,中速永磁發(fā)電機傳動鏈的話未來是運用到我們16MW的風(fēng)電機組。
然后是全耦合的設(shè)計,目前我們針對固定式基礎(chǔ)做的一個設(shè)計——一體化仿真,我在這里提的是針對海上漂浮式的一個設(shè)計,目前漂浮式平臺在國內(nèi)已經(jīng)有了兩臺樣機。它的設(shè)計理念也要參考著我們目前陸上的固定式的設(shè)計理念,就是說無論是你生產(chǎn)主機,浮動平臺生產(chǎn)浮動平臺,兩個加在一起,還是說仿真一體化設(shè)計,但還是主機設(shè)計主機,浮動平臺設(shè)計浮動平臺的,終把它放在一起,這兩種方案目前都不是漂浮式平臺設(shè)計的優(yōu)方案。那么優(yōu)方案是什么呢?就是用仿真設(shè)計,然后平臺同時設(shè)計,這樣終才能達到優(yōu)的結(jié)果。
機組大型化對整機可靠性也提出了更高的要求,目前就是10MW級的測試,100米級的葉片極限測試,F(xiàn)在目前批量應(yīng)用來說,我們直徑到了256,這相當(dāng)于有一個10年的過程,我們用了一年的時間把它走到了現(xiàn)在的程度。其次就是吊裝配套的一個情況,我這里就用256葉輪直徑作為參考進行計算,目前國內(nèi)吊裝船使用設(shè)備,能夠滿足這種吊裝的只有三到四艘船。到明年上半年,在建和已經(jīng)規(guī)劃的大型吊裝船或?qū)㈥懤m(xù)出現(xiàn)在市場上,總共統(tǒng)計也只有十幾艘,但是如果面對未來2024年、2025年的海上搶裝,船也是遠遠不夠的。
運營也是一個非常重要的環(huán)節(jié),因為到了深遠海之后,它運維的效率會大大的降低,而且對機組的大型化,長時間發(fā)生故障,它對發(fā)電量的損失也非常大,所以對專業(yè)運維船的要求非常高。目前中國海裝已經(jīng)生產(chǎn)的一個專業(yè)的運維船,它相比使用普通運維船可增加30%左右的出海窗口期。
下面是針對未來海上深遠海發(fā)展的趨勢講解。目前中國海裝國內(nèi)的漂浮式風(fēng)電就是“扶搖號”,只是一個樣機示范,如果想批量化,需要市場的推動,讓它達到市場化的應(yīng)用。這個項目目前是運用在廣東海域,環(huán)境比較惡劣,所以未來如果成功達到批量化,這個漂浮式平臺可以運用到全國所有海域。第二點就是國產(chǎn)化,目前國內(nèi)裝機已經(jīng)是全球,未來國內(nèi)的風(fēng)電機組及核心零部件全部國產(chǎn)化也是一個趨勢,目前我們和華能了一個5MW全國產(chǎn)化的風(fēng)機。
后是深遠海海上風(fēng)力發(fā)電的綜合應(yīng)用,個是海水淡化,同樣的就是海上風(fēng)電制氫,中船七一八所有四十多年的制氫歷史,也是國家一個從事水電解制氫的研究單位,我們雙方單位通過多年的碰撞,主要是針對海上風(fēng)電制氫,做了一個流程化的規(guī)劃,主要是兩個方面:
一是海上風(fēng)電發(fā)電通過電網(wǎng)輸送到電解制氫工廠生產(chǎn)氫氣,然后儲存氫氣到應(yīng)用。另一方面就是通過海上的制氫平臺生產(chǎn)氫氣,通過管道運輸或者是運輸船運輸?shù)絻Υ鏆錃獾牡胤,再拿到各個地方去運用。第二個方案整體來說深遠海電的輸送成本非常高,海上運輸管道成本更大,通過海上制氫,氫氣的輸送也是一個降本的過程。
海洋牧場的結(jié)合應(yīng)用,目前海洋牧場國內(nèi)已經(jīng)有了很多的示范,包括如“深藍1號”全潛式網(wǎng)箱、“國信1號”養(yǎng)殖工船以及“耕海1號”休閑漁業(yè)綜合體平臺等。還有海上能源島,它都可以結(jié)合到風(fēng)電的發(fā)展綜合應(yīng)用上去。
從海上風(fēng)電的發(fā)展來說,它是需要全行業(yè)內(nèi)各個企業(yè)的優(yōu)勢來共同促進發(fā)展。我也希望和大家進行深入合作,發(fā)揮出各自的優(yōu)勢,達到我們一個海上風(fēng)電的健康優(yōu)良的發(fā)展。
我今天的分享就是這么多。謝謝大家的聆聽!
(根據(jù)速記整理,未經(jīng)發(fā)言人審核)