近日，在距離我國東部領海海岸線39公里的海面，中國華能集團盛東如東海上風電工程現(xiàn)場異常忙碌。由中國華能、中國海裝聯(lián)合研制的國產化5兆瓦大容量海上風電機組上正在緊鑼密鼓開展調試工作。這臺海上“巨無霸”實現(xiàn)了機組一級部件國產化率100%、整機國產化率超過95%，海上風電機組核心關鍵裝備國產化取得重大突破。
勇于正視矛盾，推進關鍵部件國產化
“海上風電十年快速發(fā)展，積累了豐富經驗，也面臨著不少挑戰(zhàn)，現(xiàn)在要以問題為導向，抓住機遇，走出一條自主創(chuàng)新之路。”華能清潔能源技術研究院黨委書記、董事長李衛(wèi)東說。
目前，我國海上風電增長迅速，2020年底累計裝機量已成為世界第二。然而，大容量海上風電機組仍有多種關鍵部件被國外廠家壟斷。巨大的壓力轉化為動力，驅動著海上風電產業(yè)的所有參與者將每一項技術挖掘到極致，關鍵部件國產化嘗試也逐漸成為關注的焦點。
中國華能集團作為中國最大的海上風電開發(fā)商之一，組建創(chuàng)新聯(lián)合體，發(fā)揮產業(yè)鏈“鏈長”作用，站在產業(yè)鏈整體角度思考中國海上風電的未來。通過詳細的評估與論證，大型海上風電機組國產化將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。對此，華能集團設立了國產化海上風電機組研制項目，集中突破海上風電機組國產化關鍵技術，將海上風電發(fā)展掌握在中國人自己手中。華能集團依托華能清潔能源技術研究院（以下簡稱“華能清能院”），聯(lián)合中國海裝等多家技術單位共同開展國產化機組研制生產工作，并在華能江蘇盛東如東海上風電場應用示范。機組研制過程中得到了華能江蘇公司、西安熱工研究院的大力支持與華能浙江公司的協(xié)助。
國產化海上風電機組正趕上2021年交付高峰期，從上游部件供應商到下游的機組總裝、海上吊裝，每個環(huán)節(jié)都承受著巨大的壓力。“我國海上風電機組的國產化必須借此風口迎難而上，才能為海上風電的持續(xù)高質量發(fā)展注入充沛動力。”項目技術攻關組組長、華能清能院黨委委員、副院長郭小江說。
項目組堅持兩手抓，兩手硬，一手抓質量，一手抓進度，確保技術不過關不放行，同時加班加點搶抓時間節(jié)點。“從機組整體方案設計機組成功下線，項目組每周召開督導會，督導項目進展，從未中斷。”華能清能院海上風電部共產黨員，副所長唐巍說。
項目組緊盯既定目標，堅持問題導向，從基礎的技術細節(jié)抓起，開展詳細技術論證，邀請行業(yè)內技術專家評審技術方案，為機組國產化方案細細把脈，排除每一個潛在的隱患。同時緊鑼密鼓地推進研制進度，每出現(xiàn)一個問題直接落實至相關技術負責人，迅速制定對策，調集力量解決。正是因為各個參研單位工作人員夜以繼日，以強烈的責任使命擔當，保證了研制進展的順利推進。
勇于聚焦核心，推進項目攻關新突破
項目攻關過程中，項目團隊攻克了一個又一個的技術難關，突破了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承、主控PLC、變流器IGBT等一系列核心關鍵部件國產化，應用了華能自主研發(fā)的主控系統(tǒng)、機組-塔架-基礎整體化設計、數(shù)字智能感知檢測系統(tǒng)等技術，取得了機組關鍵核心部件全部國產化的驕人成績。
——葉片，如同風電機組的心臟，對主梁碳纖維進行了完全國產化替代。“國產化機組所配備的WB171葉片長達83.6米，在5兆瓦這個級別上是國內最長。”華能集團共產黨員、科技部專責葉昭良說。“尤其是第一次采用國產的碳纖維織物材料，對我們現(xiàn)有的工藝路線是嚴峻的考驗。”洛陽雙瑞風電葉片公司共產黨員、副總經理馮威說。為此，項目組革新已有的技術路線，大膽采取新型工藝。葉片制造中應用了自動化鋪設技術，減少了碳布鋪設中的人為操作失誤影響，降低了鋪層褶皺和灌注缺陷的風險。同時，精確控制編織工藝，針對國產碳纖維的特性，定制化開發(fā)工藝手段，降低了纖維磨損，使纖維排布更加均勻，更好地保證了材料性能。
——主軸承，如同風電機組的關節(jié)。“這次制造的主軸承外徑達到3200mm,數(shù)國產風電主軸承之最，設計制造難度高”，中國海裝工程師肖長遠說。“之前從來沒有生產過這么大型的風電機組主軸承，這無論對我們的設計能力，加工能力，熱處理能力，材料性能都是極大的考驗。”洛陽新強聯(lián)研發(fā)部長胡占圈說。對此，項目組聯(lián)合相關單位，共同推進了現(xiàn)有軸承鋼材的改進工作，查基礎資料、核化學成分、演合成模式，研發(fā)人員通過不知多少次的反復實驗，一次次失敗了又一次次重來，最終，軸承材料的淬透性及低溫性能有明顯提升，成為了風電機組主軸承國產化的有力支撐。
——主控，如同風電機組的大腦，本次風電機組突破了國產化PLC技術，關鍵核心芯片完全采用國產產品，控制系統(tǒng)也由華能新銳公司自主研發(fā)。“國產PLC的開發(fā)需要從頭開展大量的開發(fā)和測試工作”，華能新銳公司黨支部書記、總經理褚孝國說。“風電機組主控系統(tǒng)國產化，是我國風電發(fā)展的關鍵一環(huán)”，中國海裝共產黨員、研究院副院長楊微說。項目團隊聯(lián)合相關研制單位，以滿足首臺國產化海上風電機組的應用為目標，全力推進了主控系統(tǒng)的開發(fā)，提升了主控系統(tǒng)的信息安全。
——設計方法，風機-塔架-基礎一體化設計技術已在海上風電領域提出多年，然而由于缺少對該技術應用驗證，缺乏對廠家和設計院的總體技術規(guī)劃和協(xié)調，一直未能充分發(fā)揮其作用。“由業(yè)主制定一體化設計技術標準，主機廠和設計院協(xié)同設計的模式在行業(yè)內還未真正實施過。此次一體化設計方法采用了華能清潔能源技術研究院自主研發(fā)的核心技術，經過主機廠和設計院多輪迭代設計，成功應用在5兆瓦國產化風電機組上，也將在海上風電項目中進一步推廣。”華能清能院共產黨員、海上風電部副總工張波說。
——監(jiān)測方法，海上風電機組受到風、浪、流等多重環(huán)境特征耦合的影響，其發(fā)電能力和故障產生因素復雜。“本次在國產化海上風電機組本體葉片、變槳、輪轂、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、塔筒和基礎以及機組所處的海上水下環(huán)境新增了超過180個測點，采用了激光雷達前饋、結構安全檢測等超過10項智能監(jiān)控與運維系統(tǒng)。”華能清能院業(yè)務經理孫財新說。此技術加強了海上風電機組對于本體和環(huán)境的主動感知，提升了海上風電機組主動控制優(yōu)化的能力，為提高海上風電機組發(fā)電性能和故障診斷與預警能力提供了堅實的支撐。
——吊裝，“國產化5兆瓦機組5月22號落駁后，現(xiàn)場起了大風大浪，讓本來都已出港的船不得不回港避風，6月4日才開始吊裝塔筒，”華能江蘇盛東如東項目部共產黨員、經理助理白亮說，“只差最后一只葉片時現(xiàn)場又起了大風，進度又被耽擱了兩天左右。”在現(xiàn)場條件如此惡劣的情況下，華能江蘇盛東如東項目部發(fā)揮勇于挑戰(zhàn)、迎難而上的精神，詳細制定吊裝專項施工方案，克服海上環(huán)境多變、作業(yè)條件艱苦、吊裝流程復雜等諸多困難，科學預測，大膽推進，牢牢抓住部件吊裝的窗口期，經過歷時7天的海上作業(yè)，圓滿完成此次吊裝任務。
國產化5兆瓦海上風電機組的成功代表著在解決能源領域“卡脖子”問題上的堅實一步，對海上風電下一步平價化發(fā)展意義重大。同時，我國海上風電產業(yè)也將隨著技術進步快速向平價化發(fā)展，為“30·60”雙碳目標持續(xù)貢獻更大的智慧與力量。