6月29日，在江蘇省如東縣海岸線約30公里的海面上，隨着最後一颱風機葉輪與機艙輪轂精準對接，華能盛東如東H3海上風電項目（以下簡稱盛東如東項目）80台5兆瓦風電機組全部安裝完成。華能江蘇清潔能源分公司（以下簡稱華能江蘇清能分公司）如東海上項目經理馬強介紹，這標誌着華能如東海上風電場全部完成建設，總裝機容量達70萬千瓦，規模為目前國內最大。
華能盛東如東H3海上風電項目全面完成建設。
預計7月底全部發電併網
預計年發電量為17.5億千瓦時，每年可減少二氧化碳排放超146萬噸。其中一台5兆瓦風電機組，實現一級部件100%國產，所有元器件級零件國產化率超過95%。
據悉，華能如東海上風電是目前國內集中連片開發，規模最大、國產化程度最高的海上風電場，首期工程已經於2017年9月建設完成。
此次完成建設的盛東如東項目，是華能如東海上風電項目的二期工程，於2019年3月開工建設，安裝80台發電機組，總裝機容量為40萬千瓦。
“目前已經有46台發電機組併網發電，計劃今年7月底全容量併網。”馬強說，盛東如東項目建成投運后，年上網電量為10.28億千瓦時，可滿足約50萬戶家庭年用電量，與同等規模燃煤電廠相比，每年節約標煤約28萬噸、節約淡水約111萬立方米、減排二氧化碳約77萬噸，節能減排效益顯著。
華能江蘇清能分公司負責科技的相關人士介紹，此次建成的盛東如東項目是國內第一個批量化、規模化應用5兆瓦級國產機組的海上風電場，也是目前國內國產化程度最高的海上風電場，其安裝的HZ-171-5兆瓦機組實現一級部件100%國產，所有元器件級零件國產化率超過95%。“它的建成投運對於助力碳中和、碳達峰目標實現，打破國外的技術壟斷和封鎖，實現海上風電全產業鏈國產化和海上風電平價化具有重要意義。”
華能盛東如東H3海上風電項目全面完成建設
葉片、主軸承等核心關鍵部件國產化
據介紹，在盛東如東項目中，華能集團依託華能清潔能源技術研究院（以下簡稱“華能清能院”），聯合中國海裝等多家技術單位共同開展國產化機組研製生產工作，並在一台5兆瓦大容量海上風電機組上，實現了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承、主控PLC、變流器IGBT等一系列核心關鍵部件國產化。
葉片，是風電機組的重要部件，如同風電機組的心臟，是風電機組發電的動力來源。在HZ-171-5兆瓦機組中，葉片的主梁碳纖維進行了國產化替代。
“國產化機組所配備的WB171葉片長達83.6米，在5兆瓦這個級別上是國內最長，研製難度可想而知。”華能集團科技部專責葉昭良說。
“項目組第一次採用國產的碳纖維織物材料，碳布的編織方式與國外不同，編織方式不僅影響碳布的性能，還可能影響真空灌注的效果，對我們現有的工藝路線是嚴峻的考驗。”洛陽雙瑞風電葉片公司副總經理馮威說，項目組深入研究方案，葉片製造中應用了自動化鋪設技術，減少了碳布鋪設中的人為操作失誤影響，降低了鋪層褶皺和灌注缺陷的風險。同時，精確控制編織工藝，針對國產碳纖維的特性，定製化開發工藝手段，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，國產化風電機組的另一個核心部件，它如同風電機組的關節，將葉片所產生的動力傳遞至發電機，對風電機組的可靠發電至關重要。此前，大兆瓦風電機組主軸承均為國外廠家所壟斷，制約了大兆瓦海上風電機組的快速發展。
“這次製造的主軸承外徑達到3200毫米,數國產風電主軸承之最，設計製造難度高。”中國海裝工程師肖長遠說。
“之前從來沒有生產過這麼大型的風電機組主軸承，這對我們的設計、加工、熱處理能力以及材料性能都是極大的考驗。”洛陽新強聯研發部長鬍占圈說，項目組聯合相關單位，共同推進現有軸承鋼材的改進，最終，軸承材料的淬透性及低溫性能有明顯提升，成為風電機組主軸承國產化的有力支撐。
50米以上水深的深遠海是海上風電產業的“藍海”
自2006年實施《中華人民共和國可再生能源法》以來，我國風電產業發展迅猛，而碳達峰碳中和目標的提出，將加速海上風電產業的發展。
國家能源局數據顯示，我國海上風電建設成效顯著。截至2021年4月底，我國海上風電併網容量達到1042萬千瓦。今年1－4月份，我國海上風電發電量為99.4億千瓦時，佔全國發電量的0.39%。據行業統計，我國海上風電年平均利用小時數約2500小時，比陸上風電年平均利用小時數高出約500小時。
“未來海上風電將是我國發展風電的主力，特別是50米以上水深的深遠海海上風電有廣闊空間。”東南大學能源與環境學院教授、博導、火電機組振動國家工程研究中心主任鄧艾東認為，相較於陸上風電和煤電，海上風電建設有幾大優勢。
“一是海上風資源穩定，風量充足。二是大海廣闊無垠，海上風場的建設不佔用陸地資源，建設規模可以做得比較大。三是海上風電在生產電能過程中不產生廢物廢氣和二氧化碳，是清潔能源，既不影響空氣質量也能可持續發展。四是我國沿海地區經濟發達，用電需求量大，海上風場距離海岸線一般在20公里以內，便於及時將電輸送到岸上的用電負荷中心就地消納，不需要長距離電能輸送，且沿海地區電力傳輸基礎設施較好，傳輸成本較低。”鄧艾東說。
近年來，鄧艾東團隊也與中國海裝和中國華能集團進行產學研合作，攻克大型海上風電機組傳動系統安全穩定運行問題。他介紹，目前，江蘇的海上風電場已經實現規模化發展，一方面得益於江蘇的工業發達，電力需求大；二是江蘇沿海的水深較淺，基礎施工難度及成本相對較小。
“目前，我國行業龍頭企業、科研院所，紛紛就風電機組的核心技術聯合攻關，有的部件例如風電機組傳動系統的齒輪箱全球領先，市場佔有率40%。但也要看到，葉片的設計和風電機組的控制系統等軟硬件的研發能力，還需要提高。”鄧艾東直言不諱。
他介紹，葉片是決定風電機組性能好壞的最重要的部件，目前世界上葉片設計能力最強的公司多在歐美，進入10兆瓦級的風電機組建設規模后，風輪直徑將超過200米，我國的風電機組葉片設計能力還亟待提高。
“同時，風電機組的控制系統作為機組安全、高效運行的指揮中樞，涉及複雜的控制策略和複雜工況的應變能力，目前也亟需攻關。”此外，他表示，海上風電多採用大直徑軸承，主軸承相當於風電機組的關節，特別是對於5兆瓦以上功率的風電機組來說，主軸承的載荷很大，在長時間的工作后，主軸承的穩定性、抗疲勞性和故障率是機組穩定工作的重要因素之一，目前國內幾大軸承供應商也在攻關風電機組的主軸承，未來可期。（華能江蘇清能分公司供圖）
科技日報記者 金鳳