伴隨著獵獵作響的海風(fēng)，由東方風(fēng)電研制，18兆瓦直驅(qū)海上風(fēng)電機組矗立在海平面上。該機組不僅突破重重科技壁壘，還是目前已下線的全球單機容量最大、葉輪直徑最大的直驅(qū)海上風(fēng)電機組，單葉片長度就可達(dá)42層高樓，甚至能夠在80米每秒的狂風(fēng)中屹立不倒，堪稱“龐然大物”。近日，東方風(fēng)電的技術(shù)人員帶著機組的核心技術(shù)亮相天府科技云服務(wù)大會。
據(jù)介紹，如此一個“龐然大物”，每一個部件與技術(shù)上都做到了完全自主知識產(chǎn)權(quán)。其中最關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與突破有哪些？華西都市報、封面新聞記者采訪了東電集團機械設(shè)計研究所高級工程師甄紅亮。
新式結(jié)構(gòu)助力高效發(fā)電
東方風(fēng)電技術(shù)人員周超告訴記者，在機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，東電的研發(fā)部分實現(xiàn)了很多突破。第一個突破便是打破了此前風(fēng)電機組的“慣例”，做到了變壓器與變流器的上置，將變壓變流器的位置由塔基變?yōu)闄C組的上半部分。這一創(chuàng)新將大大減少機組的調(diào)試速度，變相優(yōu)化了產(chǎn)品的性能。
第二個突破是采用了超高功率的發(fā)電機。“我們能做到在發(fā)電功率相同的情況下，比同行所有的發(fā)電機質(zhì)量更輕，這代表著安全指數(shù)與經(jīng)濟效益的雙重提升。”周超稱，該發(fā)電機的材料利用率與經(jīng)濟性同樣做到了技術(shù)上的領(lǐng)先。
42層樓高葉片“高空亮翅”
“最令人稱道的突破其實是葉片。”周超稱，該海上風(fēng)電機組的葉片被業(yè)內(nèi)稱為“超長柔性葉片”，流線型葉片的長度不僅做到了全球最長的126米，單單葉片就與42層樓的高度比肩。其形狀與材料也均在相應(yīng)領(lǐng)域有了突破。
它的“柔性”體現(xiàn)在哪里呢？周超稱，技術(shù)部門通過軟件迭代，成功地設(shè)計出了高流線型葉片，能夠最大程度上減少空氣阻力對發(fā)電效率的影響。而彎扭耦合自適應(yīng)降載技術(shù)更是確保了機組的安全性與穩(wěn)定性。
除此之外最引人關(guān)注的就是葉片所用的“特殊”材料，“與同類型競品相比，在材料選用上我們能做到完全領(lǐng)先。”甄紅亮表示，該葉片在傳統(tǒng)的玻璃銅線葉片上更進一步，在主梁帽等關(guān)鍵位置采用了目前穩(wěn)定性更好，被稱為“新型材料之王”的碳銅線結(jié)構(gòu)。碳銅線擁有更高的強度和模量，其主要應(yīng)用于航空航天、高級轎車、高級文體用具等領(lǐng)域。從強度和重量上來說，碳銅線是制造葉片的最佳材料，但是其受限之處一直在于高昂的成本。“這次在設(shè)計上我們有的放矢，在最主要的承載結(jié)構(gòu)上運用了碳銅線材料，而在次要結(jié)構(gòu)上繼續(xù)運用國際上非常成熟的玻璃銅線，達(dá)到了葉片強度與經(jīng)濟成本上的平衡。”
風(fēng)力發(fā)電減少碳排放
在2023年6月發(fā)布的新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書中，我國風(fēng)力發(fā)電的裝機規(guī)模已經(jīng)達(dá)到3.9億千瓦，占我國發(fā)電總裝機的14%，同比增長13.7%。“我國近海和深遠(yuǎn)海150米高度、離岸200公里以內(nèi)且水深小于100米的海上風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為27.8億千瓦，目前銅線機海上風(fēng)機累計裝機僅為3000多萬千瓦，利用率不足1.1%，未來開發(fā)潛力巨大。這為風(fēng)電進一步發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。”甄紅亮強調(diào)。機組滿發(fā)時，每轉(zhuǎn)一圈即可發(fā)出38度電，按照理想狀態(tài)，單臺機組每年就可以輸出7200萬度清潔電能，可滿足4萬戶普通家庭一年的生活用電，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2萬余噸、減少二氧化碳排放5.5萬余噸。
龐大機組也能“遠(yuǎn)航”
談到項目組未來可能的技術(shù)進步，甄紅亮表示，把機組“移栽”到離海岸線更遠(yuǎn)的深海技術(shù)已經(jīng)開始研發(fā)，不久將成熟。
“目前我們的發(fā)電機組都是在近海，通過基礎(chǔ)與大陸架相連。當(dāng)水深超過100米后，傳統(tǒng)固定基礎(chǔ)的成本急劇提高，導(dǎo)致經(jīng)濟性較差，而漂浮式依靠系泊系統(tǒng)與海床連接，水深增加帶來的邊際成本增幅較小，更具邊際成本優(yōu)勢。因此，海上風(fēng)電的發(fā)展正呈現(xiàn)出由淺海到深海、由固定式到漂浮式的變化趨勢。”甄紅亮稱。
可是，在波濤洶涌的深海，充斥著大風(fēng)、湍流、高浪、急流等復(fù)雜、惡劣的外部環(huán)境，這樣的龐然大物該如何“駐足”呢？對此，甄紅亮也給出了答案。他表示，目前漂浮式基礎(chǔ)借鑒了海上油氣平臺的技術(shù)，“可以理解成拋錨的大型輪船。”
經(jīng)過多年的積累，東方風(fēng)電在一體化仿真、船型設(shè)計、水動力分析、系泊系統(tǒng)、控制器、浮體結(jié)構(gòu)等設(shè)計方向已具備完整的研發(fā)能力、所開發(fā)的海上漂浮式基礎(chǔ)已完成了水池試驗，且獨立完成了采用混凝土浮體的7MW-186漂浮式風(fēng)電機組的詳細(xì)設(shè)計。
