海上風電的“慢思維”與“快功力”

孫一琳

經過十余年探索，我國海上風電初步形成了較為完整的產業(yè)體系，基本具備規(guī)模化開發(fā)的條件，對我國，特別是沿海地區(qū)能源結構調整和經濟社會轉型升級具有重大意義。然而，完整不意味著完善。我國海上風電開發(fā)起步晚，行業(yè)缺乏足夠的經驗，風電機組缺少長時間的運行驗證。同時，專業(yè)安裝船、運維船等配套設備的設計和建造，以及安裝、運維技術人才培養(yǎng)都落后于產業(yè)發(fā)展的步伐。這些都是海上風電進入平價時代，走向規(guī)模化發(fā)展必須邁過的門檻。

為實現(xiàn)海上風電的持續(xù)發(fā)展，產業(yè)鏈上、下游企業(yè)需做好長期奮斗的準備。中國海裝對此洞若觀火，形成了自身獨有的發(fā)展節(jié)奏，用“慢思維”與“快功力”引領行業(yè)行穩(wěn)致遠。

十年磨一劍，利刃出擊

中國海裝的海上風電業(yè)務可以追溯至2008年。據(jù)中國海裝工程技術公司副總經理劉城回憶，2008年9月，中國海裝正式啟動海上風電業(yè)務布局，隨后成立了科技部批準的“國家海上風力發(fā)電工程技術研究中心”，經過大量試驗和調研，于2011年8月完成了5MW機組的整體設計。2012年7月，首臺H128-5MW樣機下線。2017年10月，該機組在華能如東八仙角海上風電項目實現(xiàn)批量運行。這樣看來，面對全球海上風電的“加急時代”，雖然該公司起步較早，但發(fā)展卻似乎并未占得先機。然而事實真的如此嗎？

早期，我國海上風電發(fā)展并不明朗，產業(yè)鏈尚未成形，較歐洲部分國家有較大差距，未經長期驗證的機型貿然進行批量裝機會帶來極大的風險。對風險的權衡，讓中國海裝有意放慢了發(fā)展的步調。

“可靠性是設計出來的，也是驗證出來的，而時間是最好的試金石。”劉城表示，“在設計階段，即使機組整體通過了各方面的可靠性試驗，包括滿載試驗、壽命試驗以及一些惡劣環(huán)境模擬試驗，如鹽霧、腐蝕、高低溫試驗等，安裝后在基礎運行階段也會暴露一些問題。”

通過樣機的長時間運行，不僅驗證了結構設計的可靠性、關鍵零部件的質量等，也讓中國海裝能夠不斷優(yōu)化機型，為此后的機組小批量商業(yè)化投運奠定基礎。

慎重則必成。中國海裝海上風電機組的研發(fā)嚴格遵循“樣機驗證―小批量―規(guī)模化”這一過程，如此“十年磨一劍”得到的機組質量自然能得到保障。據(jù)了解，由中國海裝研發(fā)的5MW系列機組自2012年裝機以來，至今已穩(wěn)定運行8年有余。H171-5MW機組還創(chuàng)造了海上三類風能資源區(qū)年利用小時達到3900+小時的紀錄。

2019年，該公司推出基于5MW成熟平臺研發(fā)的6MW級海上機組。該款機型繼承了5MW機型的所有優(yōu)點，機艙采用全密封結構和獨立內/外循環(huán)冷卻的整體抗惡劣環(huán)境技術，布局緊湊、重量輕；齒輪箱和發(fā)電機的二次冷卻系統(tǒng)采用與機艙隔離的自然風冷，可靠性高，自耗電低；變槳則采用高壓集成式控制系統(tǒng)，能大幅降低變槳控制系統(tǒng)故障率，極大提高機組的適應性，可進一步有效降低度電成本，實現(xiàn)3000+的年利用小時數(shù)。

該公司最新推出的8MW以及10MW機型已獲得設計認證，計劃于2021年安裝樣機。據(jù)劉城介紹，H210-10MW機組匹配了目前國內最長碳纖維葉片，在捕獲更多風能的同時，降低葉片載荷，減輕葉片重量，實現(xiàn)機組功率和葉片最優(yōu)匹配。齒輪箱和發(fā)電機易拆卸集成式設計，結構緊湊，可靠性高，平均成本低，利刃出擊海上風電后補貼時代。

中國海裝背靠的中國船舶集團擁有豐富的海洋裝備研發(fā)歷史，深厚的積淀使該公司的海上風電機組研發(fā)擁有同國際一流企業(yè)同臺競技的水平。

海上風電機組與船舶在運行原理上存在諸多相通之處，由此，中國船舶集團內部高度互信的供應鏈體系為中國海裝的技術創(chuàng)新提供了條件。聯(lián)合集團內部的相關院所和關鍵零部件供應商，中國海裝提出了風電機組系統(tǒng)匹配與參數(shù)優(yōu)化設計方法，并創(chuàng)建風電機組研究開發(fā)平臺，建立了風電機組設計的理論和技術體系。依托于此，中國海裝海上機組的正向設計能力、與供應鏈協(xié)同設計能力、設計管理能力及設計驗證能力在內的綜合系統(tǒng)集成能力得到快速提升。

與此同時，“技術同源”的特征使得中國海裝能夠充分借助集團的供應鏈資源。以H171-5MW海上機組為例，劉城細數(shù)了其關鍵零部件的來源：葉片來自中國船舶集團第七二五研究所，齒輪箱來自重慶齒輪箱有限責任公司，發(fā)電機來自中國船舶集團884廠，電氣控制系統(tǒng)來自重慶前衛(wèi)科技集團……

在此過程中，中國海裝還將集團的軍工理念滲透到機組研制的每一個環(huán)節(jié)中，嚴苛、完善的軍工產品生產標準使機組達到制造工藝的高度一致性和穩(wěn)定性，“可靠”成為中國海裝風電機組的底色。

快馬更加鞭，多措并舉

“慢思維”背后是對技術認真、謹慎和科學的打磨，而“快功力”則表現(xiàn)在對產業(yè)各個環(huán)節(jié)的效率提升上。隨著海上風電產業(yè)走向規(guī)模化發(fā)展，產業(yè)鏈不匹配的問題逐漸凸顯，設計、研發(fā)、安裝、運維等多個環(huán)節(jié)亟待理順。劉城認為，各方應合力做好基礎性工作，打造堅強產業(yè)鏈，支撐行業(yè)走向平價上網(wǎng)。中國海裝一直在為此展開布局。

精細化的前期規(guī)劃設計是確保風電項目高效運營的基礎。在風能資源評估方面，該公司與國家氣候中心合作，自主開發(fā)了LiGa大數(shù)據(jù)平臺，探索更加快速化、精準化的風電場規(guī)劃和方案設計，從而實現(xiàn)更高的效益。

由于海上施工條件復雜，但相應的船機設備配套跟不上，海上風電的建設安裝成本一直居高不下，成為產業(yè)走向平價的一大阻礙。中國海裝通過發(fā)揮集團優(yōu)勢在積極探索解決之道。

2020年3月，由中船海工自主投資、中船重工設計研究中心有限公司設計、大船集團山船重工承建的自升式海上風電安裝平臺“中船海工101”在山海關順利下水。據(jù)悉，該平臺船配置一臺起重能力為1000噸的繞樁式主吊機，一臺起重能力為350噸的繞樁式輔吊機，單樁作業(yè)支持能力為6000噸，可搭載3套7MW風電機組部件或4套5MW風電機組部件，具備5MW和7MW海上風電機組的安裝能力。

一旦投運，運維就成為決定風電場運行表現(xiàn)的關鍵所在。中國海裝抽調陸上風電工程的精英骨干重點培養(yǎng)，于2016年成立了海上運維中心，主要負責海上風電機組出廠后的運輸、吊裝和運維等工作。中心通過大量的測試、技改，積累了大量的海上風電運維數(shù)據(jù)，掌握了海上運維的關鍵點，以LiGa大數(shù)據(jù)平臺為基礎形成包含大數(shù)據(jù)平臺、智能排程系統(tǒng)、調度管理系統(tǒng)三大系統(tǒng)的智能運維系統(tǒng)。一方面，可以實現(xiàn)對安裝、運維過程中機組實時狀態(tài)的監(jiān)測和工作計劃的安排；另一方面，能夠對風電場運行情況進行智能預警診斷，實現(xiàn)預防性運維，并通過診斷模型給出故障診斷結果和解決方案等。

有業(yè)內人士表示，在海上風電產業(yè)大規(guī)模發(fā)展之際，亟需加快人員培訓體系建設和相關標準的制定，通過周密的人才培訓計劃結合智能運維系統(tǒng)，實現(xiàn)人員的合理安排是提升運維效率、確保安全的核心。

在中國海裝，所有人員執(zhí)行運維工作都需經過嚴格的培訓，并持證上崗。海上風電運維人員必須取得海員的“四小證”以及登高證、電工證等。同時，還需要參加基礎知識系統(tǒng)培訓、車間實體培訓、輪崗訓練等，每個階段都會有嚴格的考核制度，全部通過方能正式上崗作業(yè)。

運維船作為海上風電場運行和維護的重要工具，目前在國內以改裝船為主，航速低，裝載能力弱。專業(yè)運維船成為海上風電走向規(guī)模化發(fā)展的硬性需求。中國海裝敏銳地捕捉到了這點，并聯(lián)合集團力量開展研制。

劉城透露，目前集團內部已完成立項，正在進行運維船的前期招標啟動工作，計劃在2021年年底，國內第一艘專業(yè)雙體鋁合金運維船將投入使用。結合公司對直升機運維的探索，中國海裝將形成更加立體、科學的運維方案，推動產業(yè)朝著更加專業(yè)、更高效的方向發(fā)展。

此外，中國海裝率先提出“海上風電運維樞紐中心”整體解決方案。據(jù)介紹，樞紐中心是海上風電運維的交匯點，供區(qū)域性海上風電場共享使用，是交通運輸、風電運維等船舶中轉、換乘、換裝與集散的場所，也是各種運輸方式銜接和聯(lián)運的主要基地，從物資保障、生活保障、人員培訓等方面為海上運維提供強有力的保障。同時，集約化的管理方式能有效降低運維成本。

聚焦最前沿，拔新領異

隨著能源轉型進程的加速，開發(fā)深遠海資源將成為海上風電發(fā)展的必然趨勢。

生態(tài)系統(tǒng)理念在深遠海海上風電項目開發(fā)中具有特殊的意義。劉城表示，以漂浮式海上風電場為中心，成熟應用后可與光伏和潮汐能發(fā)電、儲能裝置作為能源供應基礎，形成分布式多能互補，打造能源自給自足、休閑娛樂一體化的智慧浮島群，用于海上風電制氫、海洋監(jiān)測站、深海養(yǎng)殖、海水淡化、供水系統(tǒng)、生活用電、敏感負載等，推動我國海洋探索走向深遠海。

目前來看，一如十年前獨具慧眼將發(fā)展重點定位在海上風電時的果斷，中國海裝而今正聚焦深遠海，加緊儲備前沿技術。

2019年，該公司申報的“海上浮式風電裝備研制”項目成功獲得工信部立項，該項目擬通過開展海上漂浮式風電裝備總體設計、系泊系統(tǒng)設計、制造與調試等關鍵共性技術研究，完成大功率海上漂浮式風電裝備研制，并實現(xiàn)海上漂浮式風電裝備的工程示范應用。預計將于2021年年底安裝第一臺漂浮式機組。

走向深遠海，海上風電將進入全新的領域，面對更多未知的挑戰(zhàn)。但無論如何，憑“快功力”加速創(chuàng)新，以“慢思維”謹慎論證，我國海上風電未來將一片坦途，中國海裝也將兼程前進，引領海上風電的高質量發(fā)展。