風電產(chǎn)業(yè)邁向深遠海的距離再次被拉近。
12月10日，由中國海裝牽頭自主研發(fā)的“扶搖號”浮式風電機組浮體平臺，在黃埔文沖成功下線。
據(jù)了解，“扶搖號”配備6.2MW抗臺型I類風力發(fā)電機組，機位點平均水深達65米， 是國內(nèi)首臺深遠海浮式風電機組。同時，采用三葉片、上風向、變槳變速、三級齒輪箱增速、永磁發(fā)電機+全功率變頻器的技術(shù)路線，具有高發(fā)電量、高可靠性、高安全性、高集成性和高可維性等特點。
經(jīng)過10余年發(fā)展，我國海上風電從潮間帶走向近海，現(xiàn)在正由近海走向深遠海。國家氣候中心數(shù)據(jù)顯示，深海風資源總量約10億千瓦，相當于近海風資源的2倍，發(fā)展?jié)摿薮螅l(fā)展深海域海上風電技術(shù)勢在必行。
而 浮式風電是走入深遠海最重要的選擇。
進入12月，海上風電去國補也步入倒計時，海上風電即將面臨平價考驗，擺在業(yè)內(nèi)最現(xiàn)實的問題還是如何降低海風成本？深遠海風電商業(yè)化發(fā)展還有幾步？海風平價還有多遠？
對于整機企業(yè)來說，要實現(xiàn)海上風電的平價上網(wǎng)，就必須考慮如何更好地研制出符合中國海上環(huán)境特點的產(chǎn)品，并為未來發(fā)展做好技術(shù)儲備。
因此，越是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時刻，越需要加大技術(shù)創(chuàng)新力度。業(yè)內(nèi)普遍認為， 面向深遠海，浮式風電將成為繼風機大型化之后，海上風電的主要降本方式。
融合發(fā)展推動行業(yè)扶搖直上
“十四五”時期，風電產(chǎn)業(yè)的重心正在向海上風電轉(zhuǎn)移。隨著近海資源的規(guī)模化規(guī)劃與開發(fā)，從資源存量方面看，深遠海的開發(fā)需求逐步浮出水面，深遠海風力大而穩(wěn)定，場址資源制約因素少，使得邁向深遠海的步伐逐漸加快。
我國的浮式風電技術(shù)研發(fā)是從2013年開始由政府層面推動的。該項目開展了一些前瞻性的研究，形成了一些設(shè)計方案，但未繼續(xù)進行樣機試制及產(chǎn)業(yè)化工作。2017年之后，國內(nèi)一些企業(yè)及單位開始著手進行樣機開發(fā)。2018年，工信部公示的高技術(shù)船舶擬立項科研項目里， 中國海裝申報的“海上浮式風電裝備研制”項目成功立項，該項目是國內(nèi)首個國家層面的浮式風電樣機項目。同時，獲批投資15960萬元，也是工信部重大專項歷年支持項目中金額最大的風電裝備研發(fā)項目。
2021年12月10日，中國海裝“扶搖號”浮式風電機組浮體平臺成功下線。該項目下線標志著工信部《海上浮式風電裝備研制》項目取得里程碑式的成果，將為我國海上風電走向深遠海奠定堅實基礎(chǔ)。
對比國外，我國對于浮式風電的探索時間并不久。當前，海上浮式風電面臨的挑戰(zhàn)在于和固定式機組相比，成本還比較高。另外，在國內(nèi)尚未長時間規(guī)模化應(yīng)用，技術(shù)風險尚存在不確定的地方，還需要進行大量測試和驗證工作來促使技術(shù)成熟。
中國海裝學科帶頭人董曄弘在接受「能見」采訪時表示：“主要的技術(shù)瓶頸在于，目前浮式風電的一體化載荷及動力學分析技術(shù)尚未形成成熟的標準和體系（世界范圍內(nèi)），相關(guān)研究還在各大研究機構(gòu)大力開展，目前可用的商業(yè)或?qū)W術(shù)路徑比較多，但還沒有成為主流共識的方法，因此只能采用多渠道并行，交叉比對的方式來降低設(shè)計風險。”
據(jù)了解， 浮式風電是跨學科特征非常明顯的一種新型裝備，它的研制需要將風電技術(shù)和海洋工程技術(shù)以非常深入的程度相融合。
董曄弘表示，浮式風電與船舶有著千絲萬縷的聯(lián)系。風電裝備與海工裝備的有機結(jié)合，需同時具備風電裝備和海工裝備的研制技術(shù)、測試技術(shù)。漂浮式研究的思路包括兩種，一是以風電裝備的思路開展設(shè)計將浮動平臺視作特殊的基礎(chǔ)支撐形式，一是以海工裝備的思路開展設(shè)計將風電機組視作水面結(jié)構(gòu)物。
“在過去，風電技術(shù)和海洋工程技術(shù)的結(jié)合點相對較少，固定式風電主要是在施工安裝環(huán)節(jié)會涉及到與海洋工程的合作，而 在浮式風電上，從設(shè)計、分析、機組控制，再到縮比模型試驗，裝備制造，施工等全過程環(huán)節(jié)都需要將風電行業(yè)和海工行業(yè)融合。”董曄弘進一步解釋。
風電+海工，讓中國海裝在浮式風電研發(fā)的賽道上占盡有利地位。
一方面是，中國船舶集團有著60多年的涉海實踐，擁有國內(nèi)實力強勁的自主研發(fā)與生產(chǎn)體系，具備強大的機、電、液、控一體化裝備制造服務(wù)保障能力，形成了從葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)到機座、機架、塔筒、輪轂等全系列制造能力，從資源開發(fā)、零部件制造、整機研發(fā)、工程安裝、運維服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈保障能力，是我國唯一具備較完整風電裝備研制生產(chǎn)服務(wù)保障體系的專業(yè)化集團。所以， 中國海裝牽頭開展浮式風電的研究，一開始就具備了天然的優(yōu)勢和能力。
另一方面，中國海裝是“國家海上風力發(fā)電工程技術(shù)研究中心”和“國家企業(yè)技術(shù)中心”平臺建設(shè)單位，專業(yè)從事風電裝備研制及其系統(tǒng)總成、新能源投資開發(fā)和風電場工程技術(shù)服務(wù)，可以有效解決“卡脖子”問題。
大鵬一日同風起，扶搖直上九萬里。“扶搖號”浮式風電機組浮體平臺成功研制和實施， 填補了我國目前在大功率海上浮式風電裝備一體化設(shè)計及應(yīng)用驗證方面的空白，為我國深遠海風電規(guī)模化發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐，對實現(xiàn)海上風電裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級具有重要的意義。
技術(shù)創(chuàng)新才是平價有力支撐
今年10月，中國首次超越英國成為全球第一大海上風電市場，總裝機容量達10.48GW。
國際能源署認為，憑借浮式風機技術(shù)，海上風電場能夠歐順利向更深海域發(fā)展，到2040年，海上浮式風電發(fā)電量可達世界電力需求的11倍。目前，歐洲各國、美國及日本政府都在大力推進浮式風電設(shè)備發(fā)展，預(yù)計至2030年，全球并網(wǎng)型海上浮式風電裝備的裝機容量有望達到30GW。
英國第三方咨詢機構(gòu)CarbonTrust2020年7月發(fā)布的預(yù)測數(shù)據(jù)，中國的漂浮式風電市場將在2025年達到20MW，在2030年達到495MW，在2035年達到2500MW，在2040年達到7000MW。而按照目前國內(nèi)漂浮式風電行業(yè)的快速發(fā)展態(tài)勢，數(shù)據(jù)將有望超過以上預(yù)測值。
這些數(shù)據(jù)無不在顯示著，浮式風電前景廣闊。那么，被業(yè)內(nèi)看好的浮式風電的優(yōu)勢究竟體現(xiàn)在哪里？
傳統(tǒng)風電機組通常固定在近海海床，而浮式機組固定在深遠海域。與傳統(tǒng)機組相比，漂浮式機組不僅不影響漁業(yè)以及近岸相關(guān)產(chǎn)業(yè)，還能夠獲得深遠海域穩(wěn)定的風電資源。而浮式風電的關(guān)鍵技術(shù)也有很多，包括風機、基礎(chǔ)+系泊、動態(tài)電纜、升壓換流站等。
發(fā)展海上風電，最重要的就是技術(shù)支持。董曄弘介紹：“海裝開發(fā)的浮式風電裝備，采用從機位點環(huán)境數(shù)據(jù)作為設(shè)計輸入，進行了完整的正向開發(fā)流程，在設(shè)計中將機組-浮體-系泊系統(tǒng)作為一個整體開展設(shè)計迭代。因此， 海裝浮式風電研制形成的一個主要核心技術(shù)就是全流程全系統(tǒng)正向設(shè)計技術(shù)，這是未來浮式風電降本的必由之路。”
此外，董曄弘補充道：“在一體化仿真方面，由于目前全球都尚未形成成熟的標準化仿真分析流程和方法，在各種仿真路徑各有側(cè)重、互有優(yōu)劣的情況下，海裝采用雙路徑同步推進，交叉比對，并與水池試驗相互校驗的方式來保證結(jié)果的準確性，從而形成了自己對仿真分析的理解。浮體設(shè)計上，采用了非常簡潔的結(jié)構(gòu)形式，在保證水動力學性能的前提下降低了工程量，也減少了結(jié)構(gòu)薄弱點。”
據(jù)了解， 浮體是整個浮式風電裝備中制造占地最多，重量最大，制造難度最高的部件。相對而言，風電機組雖然復(fù)雜程度最高，但是生產(chǎn)工藝成熟、配套齊全，制造難度并不大。而塔筒、系泊、海纜等都是相對標準的配套件，制造難度也較低。浮體則是定制化設(shè)計，是非標準結(jié)構(gòu)，因此浮式風電浮體主體的制造完成，標志著浮式風電裝備的主體制造環(huán)節(jié)已基本完成。
而浮式風電的定制化特點，與海洋環(huán)境的多變有關(guān)。董曄弘表示：“浮式風電的設(shè)計，與機位點的氣候（風況、溫濕度、鹽霧濃度、極端天氣狀況等）、水文（波浪、海流、潮汐等）、地質(zhì)條件都密切相關(guān)，中國的海岸線很長，環(huán)境條件千差萬別，因此針對不同機位點的海洋環(huán)境開展針對性的定制化研究是最有效最經(jīng)濟的手段。”
“中國海裝在浮式風電定制化設(shè)計上所具備的能力來自于本臺樣機研制過程中所掌握全流程全系統(tǒng)正向設(shè)能力，這是定制化設(shè)計的重要保障，以及中國海裝所具備的一體化仿真分析能力，這使得 海裝在定制化設(shè)計中具備了設(shè)計成本優(yōu)化的能力，有助于在未來降低浮式風電的成本，具備更強的市場競爭力。”董曄弘強調(diào)。
關(guān)于機組智能化方面，董曄弘介紹道：“海裝浮式風電裝備配備了激光測風雷達等多種傳感器，全方位對環(huán)境及機組的運動狀態(tài)進行監(jiān)測，同時配備智能抗臺風策略、電磁阻尼振動抑制技術(shù)等多種智能化手段來保證機組的順利平穩(wěn)運行。”
目前，業(yè)內(nèi)人士普遍認為漂浮式風電在降本方面，還有很多精細化的工作要進行。其實總結(jié)一下，降本的有效途徑主要體現(xiàn)在規(guī)模化、定制化、智能化和大型化四個方面，但是 歸根到底還是技術(shù)創(chuàng)新。
平價，著眼點不僅僅是成本的降低，更應(yīng)該是全行業(yè)的技術(shù)進步。中國海裝在“創(chuàng)新引領(lǐng)，海陸并舉，向海圖強”的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，創(chuàng)造了一項項全國和全球記錄，打破了國外的技術(shù)的壟斷，引領(lǐng)了國內(nèi)海上風電行業(yè)的發(fā)展方向，帶動了大型海上風電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，有力促進了國家海上風電發(fā)展戰(zhàn)略的落實落地。
縱觀“十四五”期間的海上風電，發(fā)展勢頭強勁，還會蘊藏著哪些可能性不得而知，但隨著“雙碳”目標的持續(xù)推進，隨著行業(yè)從業(yè)者對風電發(fā)展的理性回歸，對于市場發(fā)展的渴望愈發(fā)旺盛，拋開所謂的經(jīng)驗和捷徑，回歸行業(yè)本身， 輸出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，才是顛撲不破的發(fā)展“秘訣”。
