12月初的福清,从台湾海峡吹来的风尽管有些凉,却未能将这里一处施工现场的热度冷却一分。在福建省福清江阴产业园内,占地200亩的国家级海上风电研究与试验检测基地(以下简称“基地”)陆上检测中心传动链平台即将建设完工,建成后将填补我国大容量海上风电机组地面试验检测能力的空白。今后,大量新型海上风电机组将在此经历“淬火”考验后,才有资格傲立于万顷碧波之中。
在这个陆上检测中心,两栋建筑“哥儿俩好”般地矗立在显著位置,分别容纳着基地的两大核心——东侧的传动链平台和西侧的叶片试验平台;再沿福建中部海岸北上100千米左右,便是位于长乐外海的风机海上试验场。
陆海相望,历时一年的施工建设,一个新生的海上风电试验基地就要迸发出令业界期待不已的创新动能,推动我国海上风电事业向高质量发展目标阔步迈进。
国家级海上风电研究与试验检测基地陆上检测中心建设现场。国网福建电力供图
拖动、加载、大容量电网模拟等多项技术指标均为世界第一
18兆瓦、26兆瓦级,年内全球单机容量最大海上风电机组分别在我国下线。大兆瓦机型因为发电效率高、经济指标好,普遍受到主流风机厂家的青睐,我国海上风电产业将全面进入20兆瓦+时代。
然而,大容量海上风机的频频落地,极大考验着我国全容量海上风电性能的试验验证能力,而新生的基地就将挑起这副重担。
12月4日上午,记者一行走进陆上检测中心传动链平台安装现场,在约两个半标准篮球场大的混凝土浇筑平台上,一排巨型设备紧密而有序排列着,挡住了大家的视线,即使后退到墙根,也很难窥其全貌。基地建设方代表王瑞向记者介绍,它们由南向北排列的,分别是拖动电机、联轴器、六自由度加载装置和20兆瓦被试风机。
“拖动电机能够输出25兆瓦的拖动力,扭矩达到35兆牛·米。”王瑞指着左侧高约20米的一台巨型电机介绍,该试验平台可以检测25兆瓦及以下的风电机组,能涵盖全球未来5—10年的海上风电大容量检测需求。“当前,传动链平台的加载能力全面超越世界其他同类试验平台。”
接下来是长13米、直径5.6米的联轴器。联轴器的作用是配合拖动电机和加载装置,将扭力、扭矩传递给被试风机,实现对海上运行情况真实、全面、可靠的模拟。
最后便是六自由度加载装置和被试风机。“我们此套设备的一个重大技术创新,是这个6—10度范围的调节机构,它可以根据指令将1000吨的电机在上下两米的行程内实时调节。”王瑞解释说。
“传动链平台的土建精度达到0.05毫米,精度百倍于常规的大规模混凝土项目。”王瑞自豪地说,通过基地建设与设备采购,海上风电试验基地建设方集齐了各相关领域的顶尖人才、技术和企业。由徐建中和刘吉臻两位院士组织业内专家开展技术路线评审、论证。“该项目是国内首台套,由国网公司牵头研发和选型,拖动电机采购自东方电气,变频器、电网模拟器采用禾望电气的,连杆来自中船711研究所,加载装置采购自力士乐,被试风机选自中船海装,龙门吊采用卫华起重……可以说是集国内各制造业之所长。”王瑞掰着手指,连珠炮似地说个不停,“各单位密切合作、优势互补,为装置研发、工程应用的顺利实施提供了有力支撑”。
据介绍,基地可以提供包括海上风电并网检测、型式认证、整机和部件试验、电网友好型试验、基础试验、叶片试验在内6大类19项设备检测与认证服务。
该基地的出现,也大大提升了海上风电机组的检测效率。“原来检测1套海风设备大约需要一两年时间,我们的试验基地建成后,每年能完成3—4套设备的检测。”王瑞说。
“开展海上风电试验检测不比在陆上,光是在海上构建临时的试验平台就很不容易,再加上受海况、风况影响,作业窗口期比较短,现场试验工况不全面。”国网福建电科院海上风电科技攻关团队技术骨干曾志杰补充说,如今有了基地,检测条件大为优化,通过拖动电机、六自由度加载以及电网模拟装置,可以模拟海风运行的全工况和交流/直流送出等不同海风并网方式,实现对25兆瓦及以下海上风电机组的并网特性研究和试验检测。
“整个试验平台的拖动能力、加载能力、电网模拟能力等多项技术指标均为当今世界第一,我说的只是设计指标,后面的实测指标一定会更优。”国网福建省电力有限公司科技部主任方日升总结说。
搭建产业链创新链融合桥
梁助海风产业升级提速
6月28日,全球首台16兆瓦海上风电机组在福建海上风电场成功吊装,并于11月顺利并网发电,这一里程碑标志着我国海上风电大容量机组研发制造及运营能力再上新台阶,海上风电发展又迈出坚实的一步。
对于正在蓬勃发展的海上风电产业而言,基地的启动建设无疑是一个重大的利好消息。方日升表示:“基地不仅为相关领域关键核心技术的研发攻关提供了优越的条件,更为海上风电产业链与创新链的深度融合带来了难得的机遇。”
据统计,目前我国的风电机组、叶片、齿轮箱、发电机以及固定式基础的产能在全球市场中均占据了显著份额,分别达到了60%、64%、80%、73%和76%,形成了完整的海上风电产业链。
未来,基地将成为进一步完善海上风电技术创新及服务体系的关键一环,为我国海上风电装备制造企业、科研机构、运营单位等产业链上下游提供科研攻关、试验验证、交流共享等全方位服务,推动形成完整产业生态,加速产品研发升级,提升产业链供应链韧性和安全水平。
方日升指出,今后基地将依托强大的东南能源大数据中心,促使海上风电从规划、设计、制造到运行的每一个环节都紧密相连,编织成一条完整的海上风电产业链。
产业链的长远发展离不开技术创新的滋养。
王瑞向记者透露,他们深知海上风电领域面临的挑战。大容量海上风电机组的大型化、并网方式的多样化,以及运行工况和涉网特性的复杂性,都是亟待解决的技术难题。因此,基地特别注重强化重大技术攻关,积极策划申报国家级科技项目,打造重大科技创新平台,并努力推出重大首台(套)技术装备。
随着创新工作的深入,基地正逐步填补国家在海上风电技术领域的空白,为推动我国海上风电产业的持续健康发展贡献着不可或缺的力量。在这里,每一名参与者都怀揣着对海上风电未来的美好憧憬,共同书写着海上风电产业创新篇章。
据悉,基地除建设传动链平台和150米级叶片试验平台的陆上检测中心外,同时还将规划建设20至40个海上试验机位。室内仿真与室外真实场景是加速风电装备新技术测试研发的强大保障,为突破大容量海上风电机组及大尺寸叶片制造的技术瓶颈,进一步提升我国海上风电装备制造技术的整体水平提供了有力支撑。
搭建
助力构建新型电力系统推动能源清洁低碳转型
在迈向新型电力系统与能源清洁低碳转型的征途上,水、风、光等清洁能源已逐渐发展成为我国能源领域的重要资源。国家能源局数据显示,截至10月底,我国可再生能源发电装机容量突破14亿千瓦,约占全国发电总装机容量的49.9%。其中,风电装机容量4.04亿千瓦,海上风电装机容量超过3000万千瓦。
福建在海上风电资源开发上的条件得天独厚。福建海域的“狭管效应”使得当地海上风电的平均年利用小时数超过4000小时,傲居全国之首,而理论蕴藏量更是超过1.2亿千瓦,加之福建与多个经济区域的紧密相连,其区位优势显而易见。
作为新型电力系统省级示范区的佼佼者,福建已形成清洁能源主导、全品类电源协同发展的新格局。至2023年底,福建的清洁能源装机占比达63%。
展望未来,随着海上风电等新能源并网规模的日益扩大,新型电力系统将面临更为复杂的挑战,尤其是“双高”特征对电网安全稳定运行提出了更高要求。在此背景下,基地的建成将发挥举足轻重的作用。
“基地不仅将推动地面试验的风电机组并网性能试验与评价体系的完善及标准的建立,还将为大容量海上风电机组并网试验提供高效、可靠的技术支撑,进而提升风电机组的性能质量和并网友好性,确保电网在大规模风电接入下的安全可靠运行。”方日升介绍。
具体如何去做?方日升举例说明:“以海上风电机组故障穿越试验为例,需要模拟不同故障电压深度、不同故障类型,分析机组能否持续运行及响应特性能否满足电网需求。基地通过电网模拟装置开展电网故障电压、电网频率扰动等多项模拟,从而对海上风电机组故障穿越能力、电压和频率适应性能力等进行高效测试。这些测试能够为新型电力系统的构建提供很好的实验和数据支撑。”
国之重器,向海争风。我国长达1.8万多千米的大陆海岸线和丰富的海上风能资源为海上风电产业无限蓄能。海上风电试验基地的建成投运将使我国在海上风电技术研究和产业发展方面获得更为坚实的支撑,为能源清洁低碳转型注入澎湃动力,推动经济社会向着绿色低碳的未来稳步前行。
产业链创
产业升级提