海上風(fēng)電的“慢思維”與“快功力”

孫一琳

經(jīng)過(guò)十余年探索，我國(guó)海上風(fēng)電初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系，基本具備規(guī)?；_(kāi)發(fā)的條件，對(duì)我國(guó)，特別是沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重大意義。然而，完整不意味著完善。我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)起步晚，行業(yè)缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電機(jī)組缺少長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證。同時(shí)，專業(yè)安裝船、運(yùn)維船等配套設(shè)備的設(shè)計(jì)和建造，以及安裝、運(yùn)維技術(shù)人才培養(yǎng)都落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。這些都是海上風(fēng)電進(jìn)入平價(jià)時(shí)代，走向規(guī)模化發(fā)展必須邁過(guò)的門(mén)檻。

為實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)需做好長(zhǎng)期奮斗的準(zhǔn)備。中國(guó)海裝對(duì)此洞若觀火，形成了自身獨(dú)有的發(fā)展節(jié)奏，用“慢思維”與“快功力”引領(lǐng)行業(yè)行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

十年磨一劍，利刃出擊

中國(guó)海裝的海上風(fēng)電業(yè)務(wù)可以追溯至2008年。據(jù)中國(guó)海裝工程技術(shù)公司副總經(jīng)理劉城回憶，2008年9月，中國(guó)海裝正式啟動(dòng)海上風(fēng)電業(yè)務(wù)布局，隨后成立了科技部批準(zhǔn)的“國(guó)家海上風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)研究中心”，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)和調(diào)研，于2011年8月完成了5MW機(jī)組的整體設(shè)計(jì)。2012年7月，首臺(tái)H128-5MW樣機(jī)下線。2017年10月，該機(jī)組在華能如東八仙角海上風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)批量運(yùn)行。這樣看來(lái)，面對(duì)全球海上風(fēng)電的“加急時(shí)代”，雖然該公司起步較早，但發(fā)展卻似乎并未占得先機(jī)。然而事實(shí)真的如此嗎？

早期，我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展并不明朗，產(chǎn)業(yè)鏈尚未成形，較歐洲部分國(guó)家有較大差距，未經(jīng)長(zhǎng)期驗(yàn)證的機(jī)型貿(mào)然進(jìn)行批量裝機(jī)會(huì)帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)衡，讓中國(guó)海裝有意放慢了發(fā)展的步調(diào)。

“可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，也是驗(yàn)證出來(lái)的，而時(shí)間是最好的試金石?！眲⒊潜硎?，“在設(shè)計(jì)階段，即使機(jī)組整體通過(guò)了各方面的可靠性試驗(yàn)，包括滿載試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)以及一些惡劣環(huán)境模擬試驗(yàn)，如鹽霧、腐蝕、高低溫試驗(yàn)等，安裝后在基礎(chǔ)運(yùn)行階段也會(huì)暴露一些問(wèn)題?！?/p>

通過(guò)樣機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不僅驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性、關(guān)鍵零部件的質(zhì)量等，也讓中國(guó)海裝能夠不斷優(yōu)化機(jī)型，為此后的機(jī)組小批量商業(yè)化投運(yùn)奠定基礎(chǔ)。

慎重則必成。中國(guó)海裝海上風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)嚴(yán)格遵循“樣機(jī)驗(yàn)證―小批量―規(guī)模化”這一過(guò)程，如此“十年磨一劍”得到的機(jī)組質(zhì)量自然能得到保障。據(jù)了解，由中國(guó)海裝研發(fā)的5MW系列機(jī)組自2012年裝機(jī)以來(lái)，至今已穩(wěn)定運(yùn)行8年有余。H171-5MW機(jī)組還創(chuàng)造了海上三類(lèi)風(fēng)能資源區(qū)年利用小時(shí)達(dá)到3900+小時(shí)的紀(jì)錄。

2019年，該公司推出基于5MW成熟平臺(tái)研發(fā)的6MW級(jí)海上機(jī)組。該款機(jī)型繼承了5MW機(jī)型的所有優(yōu)點(diǎn)，機(jī)艙采用全密封結(jié)構(gòu)和獨(dú)立內(nèi)/外循環(huán)冷卻的整體抗惡劣環(huán)境技術(shù)，布局緊湊、重量輕；齒輪箱和發(fā)電機(jī)的二次冷卻系統(tǒng)采用與機(jī)艙隔離的自然風(fēng)冷，可靠性高，自耗電低；變槳?jiǎng)t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(jī)組的適應(yīng)性，可進(jìn)一步有效降低度電成本，實(shí)現(xiàn)3000+的年利用小時(shí)數(shù)。

該公司最新推出的8MW以及10MW機(jī)型已獲得設(shè)計(jì)認(rèn)證，計(jì)劃于2021年安裝樣機(jī)。據(jù)劉城介紹，H210-10MW機(jī)組匹配了目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)碳纖維葉片，在捕獲更多風(fēng)能的同時(shí)，降低葉片載荷，減輕葉片重量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組功率和葉片最優(yōu)匹配。齒輪箱和發(fā)電機(jī)易拆卸集成式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，平均成本低，利刃出擊海上風(fēng)電后補(bǔ)貼時(shí)代。

中國(guó)海裝背靠的中國(guó)船舶集團(tuán)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(fēng)電機(jī)組研發(fā)擁有同國(guó)際一流企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技的水平。

海上風(fēng)電機(jī)組與船舶在運(yùn)行原理上存在諸多相通之處，由此，中國(guó)船舶集團(tuán)內(nèi)部高度互信的供應(yīng)鏈體系為中國(guó)海裝的技術(shù)創(chuàng)新提供了條件。聯(lián)合集團(tuán)內(nèi)部的相關(guān)院所和關(guān)鍵零部件供應(yīng)商，中國(guó)海裝提出了風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)匹配與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并創(chuàng)建風(fēng)電機(jī)組研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)，建立了風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)體系。依托于此，中國(guó)海裝海上機(jī)組的正向設(shè)計(jì)能力、與供應(yīng)鏈協(xié)同設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)管理能力及設(shè)計(jì)驗(yàn)證能力在內(nèi)的綜合系統(tǒng)集成能力得到快速提升。

與此同時(shí)，“技術(shù)同源”的特征使得中國(guó)海裝能夠充分借助集團(tuán)的供應(yīng)鏈資源。以H171-5MW海上機(jī)組為例，劉城細(xì)數(shù)了其關(guān)鍵零部件的來(lái)源：葉片來(lái)自中國(guó)船舶集團(tuán)第七二五研究所，齒輪箱來(lái)自重慶齒輪箱有限責(zé)任公司，發(fā)電機(jī)來(lái)自中國(guó)船舶集團(tuán)884廠，電氣控制系統(tǒng)來(lái)自重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)……

在此過(guò)程中，中國(guó)海裝還將集團(tuán)的軍工理念滲透到機(jī)組研制的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，嚴(yán)苛、完善的軍工產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)使機(jī)組達(dá)到制造工藝的高度一致性和穩(wěn)定性，“可靠”成為中國(guó)海裝風(fēng)電機(jī)組的底色。

快馬更加鞭，多措并舉

“慢思維”背后是對(duì)技術(shù)認(rèn)真、謹(jǐn)慎和科學(xué)的打磨，而“快功力”則表現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的效率提升上。隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走向規(guī)模化發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈不匹配的問(wèn)題逐漸凸顯，設(shè)計(jì)、研發(fā)、安裝、運(yùn)維等多個(gè)環(huán)節(jié)亟待理順。劉城認(rèn)為，各方應(yīng)合力做好基礎(chǔ)性工作，打造堅(jiān)強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈，支撐行業(yè)走向平價(jià)上網(wǎng)。中國(guó)海裝一直在為此展開(kāi)布局。

精細(xì)化的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)是確保風(fēng)電項(xiàng)目高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。在風(fēng)能資源評(píng)估方面，該公司與國(guó)家氣候中心合作，自主開(kāi)發(fā)了LiGa大數(shù)據(jù)平臺(tái)，探索更加快速化、精準(zhǔn)化的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的效益。

由于海上施工條件復(fù)雜，但相應(yīng)的船機(jī)設(shè)備配套跟不上，海上風(fēng)電的建設(shè)安裝成本一直居高不下，成為產(chǎn)業(yè)走向平價(jià)的一大阻礙。中國(guó)海裝通過(guò)發(fā)揮集團(tuán)優(yōu)勢(shì)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(shè)計(jì)研究中心有限公司設(shè)計(jì)、大船集團(tuán)山船重工承建的自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)“中船海工101”在山海關(guān)順利下水。據(jù)悉，該平臺(tái)船配置一臺(tái)起重能力為1000噸的繞樁式主吊機(jī)，一臺(tái)起重能力為350噸的繞樁式輔吊機(jī)，單樁作業(yè)支持能力為6000噸，可搭載3套7MW風(fēng)電機(jī)組部件或4套5MW風(fēng)電機(jī)組部件，具備5MW和7MW海上風(fēng)電機(jī)組的安裝能力。

一旦投運(yùn)，運(yùn)維就成為決定風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行表現(xiàn)的關(guān)鍵所在。中國(guó)海裝抽調(diào)陸上風(fēng)電工程的精英骨干重點(diǎn)培養(yǎng)，于2016年成立了海上運(yùn)維中心，主要負(fù)責(zé)海上風(fēng)電機(jī)組出廠后的運(yùn)輸、吊裝和運(yùn)維等工作。中心通過(guò)大量的測(cè)試、技改，積累了大量的海上風(fēng)電運(yùn)維數(shù)據(jù)，掌握了海上運(yùn)維的關(guān)鍵點(diǎn)，以LiGa大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)形成包含大數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能排程系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)三大系統(tǒng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)。一方面，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝、運(yùn)維過(guò)程中機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和工作計(jì)劃的安排；另一方面，能夠?qū)︼L(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行智能預(yù)警診斷，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性運(yùn)維，并通過(guò)診斷模型給出故障診斷結(jié)果和解決方案等。

有業(yè)內(nèi)人士表示，在海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展之際，亟需加快人員培訓(xùn)體系建設(shè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，通過(guò)周密的人才培訓(xùn)計(jì)劃結(jié)合智能運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員的合理安排是提升運(yùn)維效率、確保安全的核心。

在中國(guó)海裝，所有人員執(zhí)行運(yùn)維工作都需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)，并持證上崗。海上風(fēng)電運(yùn)維人員必須取得海員的“四小證”以及登高證、電工證等。同時(shí)，還需要參加基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)培訓(xùn)、車(chē)間實(shí)體培訓(xùn)、輪崗訓(xùn)練等，每個(gè)階段都會(huì)有嚴(yán)格的考核制度，全部通過(guò)方能正式上崗作業(yè)。

運(yùn)維船作為海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)的重要工具，目前在國(guó)內(nèi)以改裝船為主，航速低，裝載能力弱。專業(yè)運(yùn)維船成為海上風(fēng)電走向規(guī)模化發(fā)展的硬性需求。中國(guó)海裝敏銳地捕捉到了這點(diǎn)，并聯(lián)合集團(tuán)力量開(kāi)展研制。

劉城透露，目前集團(tuán)內(nèi)部已完成立項(xiàng)，正在進(jìn)行運(yùn)維船的前期招標(biāo)啟動(dòng)工作，計(jì)劃在2021年年底，國(guó)內(nèi)第一艘專業(yè)雙體鋁合金運(yùn)維船將投入使用。結(jié)合公司對(duì)直升機(jī)運(yùn)維的探索，中國(guó)海裝將形成更加立體、科學(xué)的運(yùn)維方案，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)朝著更加專業(yè)、更高效的方向發(fā)展。

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

聚焦最前沿，拔新領(lǐng)異

隨著能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加速，開(kāi)發(fā)深遠(yuǎn)海資源將成為海上風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢(shì)。

生態(tài)系統(tǒng)理念在深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中具有特殊的意義。劉城表示，以漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)為中心，成熟應(yīng)用后可與光伏和潮汐能發(fā)電、儲(chǔ)能裝置作為能源供應(yīng)基礎(chǔ)，形成分布式多能互補(bǔ)，打造能源自給自足、休閑娛樂(lè)一體化的智慧浮島群，用于海上風(fēng)電制氫、海洋監(jiān)測(cè)站、深海養(yǎng)殖、海水淡化、供水系統(tǒng)、生活用電、敏感負(fù)載等，推動(dòng)我國(guó)海洋探索走向深遠(yuǎn)海。

目前來(lái)看，一如十年前獨(dú)具慧眼將發(fā)展重點(diǎn)定位在海上風(fēng)電時(shí)的果斷，中國(guó)海裝而今正聚焦深遠(yuǎn)海，加緊儲(chǔ)備前沿技術(shù)。

2019年，該公司申報(bào)的“海上浮式風(fēng)電裝備研制”項(xiàng)目成功獲得工信部立項(xiàng)，該項(xiàng)目擬通過(guò)開(kāi)展海上漂浮式風(fēng)電裝備總體設(shè)計(jì)、系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造與調(diào)試等關(guān)鍵共性技術(shù)研究，完成大功率海上漂浮式風(fēng)電裝備研制，并實(shí)現(xiàn)海上漂浮式風(fēng)電裝備的工程示范應(yīng)用。預(yù)計(jì)將于2021年年底安裝第一臺(tái)漂浮式機(jī)組。

走向深遠(yuǎn)海，海上風(fēng)電將進(jìn)入全新的領(lǐng)域，面對(duì)更多未知的挑戰(zhàn)。但無(wú)論如何，憑“快功力”加速創(chuàng)新，以“慢思維”謹(jǐn)慎論證，我國(guó)海上風(fēng)電未來(lái)將一片坦途，中國(guó)海裝也將兼程前進(jìn)，引領(lǐng)海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展。