近日，在距離我國東部領(lǐng)海海岸線39公里的海面，中國華能集團(tuán)盛東如東海上風(fēng)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(chǎn)化5兆瓦大容量海上風(fēng)電機(jī)組上正在緊鑼密鼓開展調(diào)試工作。這臺海上“巨無霸”實現(xiàn)了機(jī)組一級部件國產(chǎn)化率100%、整機(jī)國產(chǎn)化率超過95%，海上風(fēng)電機(jī)組核心關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化取得重大突破。
勇于正視矛盾，推進(jìn)關(guān)鍵部件國產(chǎn)化
“海上風(fēng)電十年快速發(fā)展，積累了豐富經(jīng)驗，也面臨著不少挑戰(zhàn)，現(xiàn)在要以問題為導(dǎo)向，抓住機(jī)遇，走出一條自主創(chuàng)新之路。”華能清潔能源技術(shù)研究院黨委書記、董事長李衛(wèi)東說。
目前，我國海上風(fēng)電增長迅速，2020年底累計裝機(jī)量已成為世界第二。然而，大容量海上風(fēng)電機(jī)組仍有多種關(guān)鍵部件被國外廠家壟斷。巨大的壓力轉(zhuǎn)化為動力，驅(qū)動著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的所有參與者將每一項技術(shù)挖掘到極致，關(guān)鍵部件國產(chǎn)化嘗試也逐漸成為關(guān)注的焦點。
中國華能集團(tuán)作為中國最大的海上風(fēng)電開發(fā)商之一，組建創(chuàng)新聯(lián)合體，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”作用，站在產(chǎn)業(yè)鏈整體角度思考中國海上風(fēng)電的未來。通過詳細(xì)的評估與論證，大型海上風(fēng)電機(jī)組國產(chǎn)化將是我國未來海上風(fēng)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(tuán)設(shè)立了國產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組研制項目，集中突破海上風(fēng)電機(jī)組國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)，將海上風(fēng)電發(fā)展掌握在中國人自己手中。華能集團(tuán)依托華能清潔能源技術(shù)研究院（以下簡稱“華能清能院”），聯(lián)合中國海裝等多家技術(shù)單位共同開展國產(chǎn)化機(jī)組研制生產(chǎn)工作，并在華能江蘇盛東如東海上風(fēng)電場應(yīng)用示范。機(jī)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(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組正趕上2021年交付高峰期，從上游部件供應(yīng)商到下游的機(jī)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(fēng)電機(jī)組的國產(chǎn)化必須借此風(fēng)口迎難而上，才能為海上風(fēng)電的持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展注入充沛動力。”項目技術(shù)攻關(guān)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(zhì)量，一手抓進(jìn)度，確保技術(shù)不過關(guān)不放行，同時加班加點搶抓時間節(jié)點。“從機(jī)組整體方案設(shè)計機(jī)組成功下線，項目組每周召開督導(dǎo)會，督導(dǎo)項目進(jìn)展，從未中斷。”華能清能院海上風(fēng)電部共產(chǎn)黨員，副所長唐巍說。
項目組緊盯既定目標(biāo)，堅持問題導(dǎo)向，從基礎(chǔ)的技術(shù)細(xì)節(jié)抓起，開展詳細(xì)技術(shù)論證，邀請行業(yè)內(nèi)技術(shù)專家評審技術(shù)方案，為機(jī)組國產(chǎn)化方案細(xì)細(xì)把脈，排除每一個潛在的隱患。同時緊鑼密鼓地推進(jìn)研制進(jìn)度，每出現(xiàn)一個問題直接落實至相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人，迅速制定對策，調(diào)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(qiáng)烈的責(zé)任使命擔(dān)當(dāng)，保證了研制進(jìn)展的順利推進(jìn)。
勇于聚焦核心，推進(jìn)項目攻關(guān)新突破
項目攻關(guān)過程中，項目團(tuán)隊攻克了一個又一個的技術(shù)難關(guān)，突破了大型海上風(fēng)電機(jī)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(guān)鍵部件國產(chǎn)化，應(yīng)用了華能自主研發(fā)的主控系統(tǒng)、機(jī)組-塔架-基礎(chǔ)整體化設(shè)計、數(shù)字智能感知檢測系統(tǒng)等技術(shù)，取得了機(jī)組關(guān)鍵核心部件全部國產(chǎn)化的驕人成績。
——葉片，如同風(fēng)電機(jī)組的心臟，對主梁碳纖維進(jìn)行了完全國產(chǎn)化替代。“國產(chǎn)化機(jī)組所配備的WB171葉片長達(dá)83.6米，在5兆瓦這個級別上是國內(nèi)最長。”華能集團(tuán)共產(chǎn)黨員、科技部專責(zé)葉昭良說。“尤其是第一次采用國產(chǎn)的碳纖維織物材料，對我們現(xiàn)有的工藝路線是嚴(yán)峻的考驗。”洛陽雙瑞風(fēng)電葉片公司共產(chǎn)黨員、副總經(jīng)理馮威說。為此，項目組革新已有的技術(shù)路線，大膽采取新型工藝。葉片制造中應(yīng)用了自動化鋪設(shè)技術(shù)，減少了碳布鋪設(shè)中的人為操作失誤影響，降低了鋪層褶皺和灌注缺陷的風(fēng)險。同時，精確控制編織工藝，針對國產(chǎn)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(fēng)電機(jī)組的關(guān)節(jié)。“這次制造的主軸承外徑達(dá)到3200mm,數(shù)國產(chǎn)風(fēng)電主軸承之最，設(shè)計制造難度高”，中國海裝工程師肖長遠(yuǎn)說。“之前從來沒有生產(chǎn)過這么大型的風(fēng)電機(jī)組主軸承，這無論對我們的設(shè)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(qiáng)聯(lián)研發(fā)部長胡占圈說。對此，項目組聯(lián)合相關(guān)單位，共同推進(jìn)了現(xiàn)有軸承鋼材的改進(jìn)工作，查基礎(chǔ)資料、核化學(xué)成分、演合成模式，研發(fā)人員通過不知多少次的反復(fù)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(fēng)電機(jī)組主軸承國產(chǎn)化的有力支撐。
——主控，如同風(fēng)電機(jī)組的大腦，本次風(fēng)電機(jī)組突破了國產(chǎn)化PLC技術(shù)，關(guān)鍵核心芯片完全采用國產(chǎn)產(chǎn)品，控制系統(tǒng)也由華能新銳公司自主研發(fā)。“國產(chǎn)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(jīng)理褚孝國說。“風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)國產(chǎn)化，是我國風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)”，中國海裝共產(chǎn)黨員、研究院副院長楊微說。項目團(tuán)隊聯(lián)合相關(guān)研制單位，以滿足首臺國產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用為目標(biāo)，全力推進(jìn)了主控系統(tǒng)的開發(fā)，提升了主控系統(tǒng)的信息安全。
——設(shè)計方法，風(fēng)機(jī)-塔架-基礎(chǔ)一體化設(shè)計技術(shù)已在海上風(fēng)電領(lǐng)域提出多年，然而由于缺少對該技術(shù)應(yīng)用驗證，缺乏對廠家和設(shè)計院的總體技術(shù)規(guī)劃和協(xié)調(diào)，一直未能充分發(fā)揮其作用。“由業(yè)主制定一體化設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)廠和設(shè)計院協(xié)同設(shè)計的模式在行業(yè)內(nèi)還未真正實施過。此次一體化設(shè)計方法采用了華能清潔能源技術(shù)研究院自主研發(fā)的核心技術(shù)，經(jīng)過主機(jī)廠和設(shè)計院多輪迭代設(shè)計，成功應(yīng)用在5兆瓦國產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)組上，也將在海上風(fēng)電項目中進(jìn)一步推廣。”華能清能院共產(chǎn)黨員、海上風(fēng)電部副總工張波說。
——監(jiān)測方法，海上風(fēng)電機(jī)組受到風(fēng)、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(chǎn)生因素復(fù)雜。“本次在國產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組本體葉片、變槳、輪轂、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔筒和基礎(chǔ)以及機(jī)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(dá)前饋、結(jié)構(gòu)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(wù)經(jīng)理孫財新說。此技術(shù)加強(qiáng)了海上風(fēng)電機(jī)組對于本體和環(huán)境的主動感知，提升了海上風(fēng)電機(jī)組主動控制優(yōu)化的能力，為提高海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能和故障診斷與預(yù)警能力提供了堅實的支撐。
——吊裝，“國產(chǎn)化5兆瓦機(jī)組5月22號落駁后，現(xiàn)場起了大風(fēng)大浪，讓本來都已出港的船不得不回港避風(fēng)，6月4日才開始吊裝塔筒，”華能江蘇盛東如東項目部共產(chǎn)黨員、經(jīng)理助理白亮說，“只差最后一只葉片時現(xiàn)場又起了大風(fēng)，進(jìn)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(xì)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(fù)雜等諸多困難，科學(xué)預(yù)測，大膽推進(jìn)，牢牢抓住部件吊裝的窗口期，經(jīng)過歷時7天的海上作業(yè)，圓滿完成此次吊裝任務(wù)。
國產(chǎn)化5兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組的成功代表著在解決能源領(lǐng)域“卡脖子”問題上的堅實一步，對海上風(fēng)電下一步平價化發(fā)展意義重大。同時，我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也將隨著技術(shù)進(jìn)步快速向平價化發(fā)展，為“30·60”雙碳目標(biāo)持續(xù)貢獻(xiàn)更大的智慧與力量。