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风电步入“超大风机”时代, 海上风电变“挑战”为“应战”

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随着“双碳”目标的提出,一场以大力开发利用可再生能源为主题的能源革命悄然兴起。


海上风电是我国可再生能源发展的重点领域,近年来在国家“双碳”战略背景下,迎来了前所未有的发展契机。


我国拥有发展海上风电的天然优势。根据中国工程院测算结果,我国50米海深内的近海可开发面积中,目前累计装机规模不足海风可开发潜力的1%。考虑到70米以上的技术开发能力,实际可开发资源量更多。而从全球风能理事会(GWEC)统计数据来看,截至2022年9月底,我国海上风电累计并网装机容量达到2726万千瓦,尽管同比增长106.7%,但还有巨大的增长空间。

海上超大风机15MW+时代


22年11月23日,金风科技与三峡集团合作研发的16MW海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园成功下线,成为当时全球叶轮直径最大、单机容量最大、单位兆瓦重量最轻的风电机组。


去年9月份,明阳智能16.6MW Nezzy²双机头机组即将完成全尺寸样机的详细工程工作,预计全尺寸样机将在2022年底或2023年初安装在明阳开发的位于中国南部沿海的海上风电试验场。


1月10日,明阳智能正式发布18兆瓦全球最大海上风电机组——MySE18.X-28X。同日,明阳在汕尾粤东漂浮式海洋能源智能智造基地下线全球最大漂浮式海上风电机组MySE16.X-260。


MySE18.X-28X机组将搭载超140米叶片,其叶轮直径超280米,最大扫风面积66052平方米,相当于9个足球场大小。发电能力方面,以粤东风资源条件(年平均风速8.5m/s)为例,该机组全年发电量可达8000万度,相当于减少二氧化碳排放6.6万吨,约等于9.6万居民的年总用电量


变“挑战”为“应战”


相较于陆上风电,海上风能资源丰富稳定,且沿海地区具有电网容量大、风电接入条件好等优势。尽管全球风电开发呈现由陆上向近海发展的趋势,但海上风电开发仍然面临很多挑战。


在中国复合材料工业协会复合材料维修检测与回收专委会副主任张军看来,目前海上风电取消电价补贴后,装机成本高,风电叶片、风机轮毅复合材料的利润空间压缩。而且海上风电运营管理经验缺乏,没有经验可以借鉴,都是摸着石头过河。


“海上风电由滩涂迈向深海漂浮式,从项目设计、运输、吊装、安装、施工、环保都面临严峻考验张军指出,海上作业难度远大于陆基风电作业,受潮汐、季风、寒潮等不可控的风险极大,影响海上风电运营。同时,海上风电运维技术滞后。专业技能人才缺乏,运维企业规模小,运维标准缺失。因此,提高标准强化管理水平都是保障风机可靠稳定运行的关键因素。


秦海岩则认为,进入“十四五”,风电行业要抓住“双碳”机遇,仍需加快开展技术创新,不断提高海上风电的经济性。业界应围绕关键与共性技术进行攻关,包括风电机组大型化、定制化和智能化开发,大功率齿轮箱和百米级叶片等部件技术的持续突破,以漂浮式为代表的海上风电前沿技术研发,高性能替代材料的研发与应用,海上工程装备的专业化研发,新型电力系统中多能互补等综合应用技术创新。


同时,我国海上风电仍需要各省提供一系列支持措施,助推产业在“十四五”未实现全面平价上网。具体措施包括: 一是国家和各沿海省份加强统筹规划,集中连片开发,单体规模100万千瓦以上;二是统一规划、建设电力送出工程,并由电网投资,成本纳入输配电价;三是通过“以奖代补”的方式,支持重点产品、重点项目创新开发,通过资金奖励的方式进行支持,推动行业实现降本和跨越式创新;四是成立海上风电发展促进基金,推动项目长期贷款利率降至3%以下。

产业链上下需齐发力


海上风电涉及产业链众多,包括叶片、塔筒、轴承、风电主机、海底电缆、海上风电施工等。其中,叶片是影响风机性能和成本的关键部件,是衡量国家技术实力的标志之一。


对此,秦海岩认为,风电叶片的技术不仅仅体现在长度上,翼形好坏决定了设备捕获风的效率。随着国内风电产业技术创新与国产化发展,现在业内企业已经掌握了风电叶片的气动外形设计。在接下来的结构设计中,行业还要探索玻璃纤维、碳纤维材料与叶片制造深度结合;而且,叶片越大则柔性越大、刚性变小,行业还要探索如何在降低叶片重量的同时,保持其刚度。这一系列的难题,需要非常多的核心技术去攻克。


“新材料的进步决定着风电行业进步的步伐,而叶片进步是风电技术竞争的一个缩影,谁能掌握新能源的技术制高点,谁就掌握了未来。”秦海岩说。


“目前,我国复合材料在风电领域的应用已经具备比较成熟完善的体系。”谈到复合材料在风电领域的发展,张军认为,当前复合材料叶片尺寸越来越长.生产周期大幅度缩短,轻量化显著提升、风轮直径也一直刷新世界记录,风电叶片捕风能力极大增强,发电量得到有效保障。风电叶片大型化改进材料和工艺后,聚氨醋叶片、热塑性叶片得到运用使用快速固化工艺后叶片生产周期大幅缩短。碳纤维拉挤大梁、聚氨醋拉挤大梁、拼装式大梁工艺都取得成功运用,提高了风电叶片生产效率。可回收树脂也取得突破性进展,未来风电叶片等复合材料更轻量化、绿色化。


谈到海上风电,就不得不提海底电缆。作为海上风电结构的重要一环及输送海上风电的“血管”,当前以海缆为首的海风产业链也步入了黄金增长期


“当前,海上风电面临巨大的降本压力,同时随着风机大型化、深远海发展,这也推动海缆技术和应用升级。我国海上风电快速发展是必然趋势,只有产业链上下一起发力,才能推动行业更高质量发展。位海底电缆企业负责人说


来源:碳中和ETF159790,中国建材报

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