记者 邝展婷
“平价风电”是什么意思?通俗来说,即风电的上网电价与传统燃煤电价相当,不再需要国家补贴。只有如此,才能促进风电产业可持续发展,减轻国家财政负担,并加快清洁能源的推广,真正为环境保护作出贡献。
控制风力发电成本,需要从全产业链角度推动协同创新和效率提升。近日,中国船舶集团有限公司旗下黄埔文冲建造的全球单体容量最大的漂浮式风电平台“明阳天成号”完成吊装,这座极具创新性的“海上摩天轮”,率先应用高性能混凝土作为漂浮式基础,以首创的“V”字型塔架结构和长椭圆型塔筒提升对风效率,应用拉索系统降低载荷,打造了“海洋经济新物种”。
事实上,在整个风电行业,为了满足不断压减成本的需求和从未放松的质量、安全要求,风电装备企业早就“干”起来了。
新材料 新思路
“干”出装备新形象
“明阳天成号”可谓一举刷新了人们对海上漂浮式风电平台的印象。
我国目前已投产4座漂浮式风电平台,从“三峡引领号”“扶摇号”到“海油观澜”号、“国能共享号”,均采用三角形钢结构浮式基础,由多个钢结构模块组装而成,在边立柱或中间立柱安装风电塔筒和风机。由于是全钢结构的形式,用钢量非常可观,其中“海油观澜”号的重量就约4000吨,成本自然“水涨船高”。据统计,漂浮式海上风电项目与固定式海上风电项目的成本构成有所不同,漂浮式风电机组仅占总成本的10%左右,而施工安装、系泊系统、漂浮式基础占总成本超过60%。
如何把这个“大头”打下来?“明阳天成号”将用钢量“砍”了一大截。
为提升产品市场竞争力,降低成本,该平台并未采用海洋工程中常见的纯钢结构形式,而是选用钢混结构,以高性能混凝土为浮式基础的材料,辅以3个橄榄球形钢结构浮筒,实现浮式基础的稳定;同时,采用拉索系统,将塔架重力载荷分散至拉索,大大降低塔架载荷,从而保证塔架结构的轻量化设计。据明阳集团相关负责人介绍,“明阳天成号”作为世界上首个采用钢绞索柔性连接多管节组合体的漂浮式风机基础项目,其建设成本是同类纯钢结构漂浮式风机基础的约40%,可大大降低深远海风电项目的开发成本,促进深远海风电实现商业化发展。
当然,将目光放到整个风电行业的话,钢混结构的应用已有先例。中国船舶集团旗下中船科技子公司中船海装研制的“钢管混凝土格构式预应力塔架”,主立柱就创新采用“钢—混组合”结构,具有承载力强、征地面积小、运输灵活度高等多重优势,能适应跨水塘、沟渠、沼泽、生产道路等各类复杂场景,是高塔时代又一新兴产品。
据介绍,在钢混塔筒领域,中船海装已经有了长达10余年的产品开发经验,逐步形成了适应陆上多种地域环境的120~190米轮毂高度、机型覆盖5.X~15.X兆瓦(MW)的钢混塔筒产品体系。该公司领衔行业开展的针对钢混塔筒水平节点抗剪承载性能的系统研究,有效降低预应力系统和钢混原材料用量,具有显著的成本优势;首创的“组合转接段”技术大幅提升受力性能,保障受载最复杂的钢—混连接处安全稳固。首批混塔稳定运行超7万小时,订单总业绩超6吉瓦(GW)。
中船海装还将混凝土材料在风电基础建设中的应用玩出新的“花活”:目前正在自主研发国内首台适配陆上全地域、全风电机型的预制装配式基础,在传统风机基础上进行了系列结构设计优化,采用分片式设计,主要构件100%预制,施工周期短、资源需求低、标准化程度高、质量可控,综合成本降低约20%,而且有望在“三北”等地区冬季实现超低温状态下施工。
新技术 新设计
“干”来安全和高效
在控制住装备成本的同时,应用大兆瓦级风机、提高风能利用率成为降低全生命周期度电成本的有效方式。在大功率风电机组研制方面,风电企业正在你追我赶。今年6月,东方电气风电股份有限公司自主研制的18兆瓦半直驱海上风电机组并网发电,中船海装自主研制的18兆瓦中速全集成海上风电机组成功完成吊装,即将投入商业化应用。明阳集团去年10月发布的全球最大22兆瓦海上风力发电机组,预计将在今明两年之间完成研制。
对于漂浮式风电来说,对风能的利用不仅体现在应用大功率风机、占据风能资源更丰富的深远海域,更在于提升捕风能力、提高风能利用率。我国已投产的4座漂浮式风机均采用多点系泊系统,主要用于确保其位置的相对稳定;而“明阳天成号”却是利用“漂浮”本身的灵活性。
该平台采用单点系泊和长机翼形塔筒。作为“V”字型枝丫的两座长机翼形塔筒截面形状为长椭圆型,这样的设计使塔筒的长轴面受风面积远大于短轴面,当风向和风电平台出现一定夹角时,塔架受风面积增大,风力可为整个风电平台提供额外的偏航动力。当风向改变时,浮体在单点系泊的牵引下,可以自动调整角度,使风叶正对来风方向,实现捕风能力的最大化,提升风能利用效率。
更值得一提的是,在极端台风工况下,“单点系泊+长机翼形塔筒”的随风特性能使风电平台快速实现自动偏航对风,在很大程度上降低塔架和风电平台的极限载荷。明阳集团相关负责人介绍:“整个风电平台支撑结构的极限载荷降低40%,大大提高在台风天气中安全性和稳定性。”
据测算,该平台在海上可经受72米/秒的风速和30米波高的极端考验。
新模式 新业态
“干”起产业新发展
从设计思路、新材料新技术应用延伸而来的是生产方式、产业模式的创新。
预制装配式设计思路不仅在陆上风电得到应用,同样出现在海上风电领域。“明阳天成号”的混凝土基础并非整体浇筑,而是由多个标准混凝土结构件连接而成。据介绍,这不仅大大降低制作难度和成本,其建设周期也得以大幅缩减,可满足漂浮式风电商业化开发时批量制造需求。
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在装备制造环节,中船海装正在宁波打造首个大型海上风电装备产业园。园区集合了海上风电机组设备总装基地、智慧运维中心、叶片生产基地、发电机生产基地、齿轮箱生产基地、工程安装公司、海上风电变频器生产基地等7大基地,形成一个集“大型海上风电全产业链装备制造、大型海上风电工程安装运维服务、大型风电设备存储运输”等功能于一体的大型海上智能化装备制造中心。这可以覆盖浙江省、江苏省、福建省北部海上风电市场,带动地方全产业链延伸和企业集群发展。
制造端如此,应用端同样。中国船舶集团的蓝色海洋经济综合体总体方案,就提出了“海洋文旅+深海养殖+海上风电+海洋信息”一体化融合发展模式,由滨海向深远海带状辐射,布局建设邮轮游艇群、养殖文旅平台、深海养殖产业园、分布式海上风电场及智能微电网、深海移动养殖工厂和海洋信息管网等风渔文旅结合项目,打造风渔文旅等一二三产业融合新业态,形成沿海蓝色海洋经济带。
明阳集团的海洋能源立体融合开发方案,则应用海上风电制氢、风渔融合等技术,带动绿色“电氢氨醇”项目建设开发,进而带动深远海资源规模化开发。该集团的阳江青洲四海上风电场项目就是全国首个“海上风电+海洋牧场+海水制氢”融合项目,项目中的固定式风机群已实现并网,导管架风机与网箱融合一体化装备“明渔一号”则开启了第二季养殖示范,“明阳天成号”也将部署到该项目之中。