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(jī)組矗立在海平面上。該機(jī)組不僅突破重重科技壁壘，還是目前已下線的全球單機(jī)容量最大、葉輪直徑最大的直驅(qū)海上風(fēng)電機(jī)組，單葉片長(zhǎng)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(jī)組的核心技術(shù)亮相天府科技云服務(wù)大會(huì)。
據(jù)介紹，如此一個(gè)“龐然大物”，每一個(gè)部件與技術(shù)上都做到了完全自主知識(shí)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(bào)、封面新聞?dòng)浾卟稍L了東電集團(tuán)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所高級(jí)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(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，東電的研發(fā)部分實(shí)現(xiàn)了很多突破。第一個(gè)突破便是打破了此前風(fēng)電機(jī)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(jī)組的上半部分。這一創(chuàng)新將大大減少機(jī)組的調(diào)試速度，變相優(yōu)化了產(chǎn)品的性能。
第二個(gè)突破是采用了超高功率的發(fā)電機(jī)。“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(jī)質(zhì)量更輕，這代表著安全指數(shù)與經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升?！敝艹Q，該發(fā)電機(jī)的材料利用率與經(jīng)濟(jì)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(shí)是葉片。”周超稱，該海上風(fēng)電機(jī)組的葉片被業(yè)內(nèi)稱為“超長(zhǎng)柔性葉片”，流線型葉片的長(zhǎng)度不僅做到了全球最長(zhǎng)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(jì)出了高流線型葉片，能夠最大程度上減少空氣阻力對(duì)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(jī)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(jìng)品相比，在材料選用上我們能做到完全領(lǐng)先?！闭缂t亮表示，該葉片在傳統(tǒng)的玻璃銅線葉片上更進(jìn)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(qiáng)度和模量，其主要應(yīng)用于航空航天、高級(jí)轎車、高級(jí)文體用具等領(lǐng)域。從強(qiáng)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(jì)上我們有的放矢，在最主要的承載結(jié)構(gòu)上運(yùn)用了碳銅線材料，而在次要結(jié)構(gòu)上繼續(xù)運(yùn)用國際上非常成熟的玻璃銅線，達(dá)到了葉片強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)成本上的平衡?！?/p>
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(jī)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到3.9億千瓦，占我國發(fā)電總裝機(jī)的14%，同比增長(zhǎng)13.7%?！拔覈：蜕钸h(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(jī)海上風(fēng)機(jī)累計(jì)裝機(jī)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(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。”甄紅亮強(qiáng)調(diào)。機(jī)組滿發(fā)時(shí)，每轉(zhuǎn)一圈即可發(fā)出38度電，按照理想狀態(tài)，單臺(tái)機(jī)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(jī)組也能“遠(yuǎn)航”
談到項(xiàng)目組未來可能的技術(shù)進(jìn)步，甄紅亮表示，把機(jī)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(jī)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(jì)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(shì)。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(shì)?！闭缂t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(duì)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(tái)的技術(shù)，“可以理解成拋錨的大型輪船?！?/p>
經(jīng)過多年的積累，東方風(fēng)電在一體化仿真、船型設(shè)計(jì)、水動(dòng)力分析、系泊系統(tǒng)、控制器、浮體結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)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(yàn)，且獨(dú)立完成了采用混凝土浮體的7MW-186漂浮式風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
