国内最大海上风电场全部建成 核心关键部件国产化攻关未来可期

       6月29日，在江苏省如东县海岸线约30公里的海面上，随着最后一台风机叶轮与机舱轮毂精准对接，华能盛东如东H3海上风电项目（以下简称盛东如东项目）80台5兆瓦风电机组全部安装完成。

　　华能江苏清洁能源分公司（以下简称华能江苏清能分公司）如东海上项目经理马强介绍，这标志着华能如东海上风电场全部完成建设，总装机容量达70万千瓦，规模为目前国内最大，预计年发电量为17.5亿千瓦时，每年可减少二氧化碳排放超146万吨。

　　其中一台5兆瓦风电机组，实现一级部件100%国产，所有元器件级零件国产化率超过95%。

　　华能盛东如东H3海上风电项目全面完成建设

　　预计7月底全部发电并网

　　据悉，华能如东海上风电是目前国内集中连片开发，规模最大、国产化程度最高的海上风电场，首期工程已经于2017年9月建设完成。

　　此次完成建设的盛东如东项目，是华能如东海上风电项目的二期工程，于2019年3月开工建设，安装80台发电机组，总装机容量为40万千瓦。

　　“目前已经有46台发电机组并网发电，计划今年7月底全容量并网。”马强说，盛东如东项目建成投运后，年上网电量为10.28亿千瓦时，可满足约50万户家庭年用电量，与同等规模燃煤电厂相比，每年节约标煤约28万吨、节约淡水约111万立方米、减排二氧化碳约77万吨，节能减排效益显著。

　　华能江苏清能分公司负责科技的相关人士介绍，此次建成的盛东如东项目是国内第一个批量化、规模化应用5兆瓦级国产机组的海上风电场，也是目前国内国产化程度最高的海上风电场，其安装的HZ-171-5兆瓦机组实现一级部件100%国产，所有元器件级零件国产化率超过95%。“它的建成投运对于助力碳中和、碳达峰目标实现，打破国外的技术垄断和封锁，实现海上风电全产业链国产化和海上风电平价化具有重要意义。”

　　华能盛东如东H3海上风电项目全面完成建设

　　叶片、主轴承等核心关键部件国产化

　　据介绍，在盛东如东项目中，华能集团依托华能清洁能源技术研究院（以下简称“华能清能院”），联合中国海装等多家技术单位共同开展国产化机组研制生产工作，并在一台5兆瓦大容量海上风电机组上，实现了大型海上风电机组叶片、主轴承、齿轮箱轴承、主控PLC、变流器IGBT等一系列核心关键部件国产化。

　　叶片，是风电机组的重要部件，如同风电机组的心脏，是风电机组发电的动力来源。在HZ-171-5兆瓦机组中，叶片的主梁碳纤维进行了国产化制造。

　　“国产化机组所配备的WB171叶片长达83.6米，在5兆瓦这个级别上是国内最长，研制难度可想而知。”华能集团科技部专责叶昭良说。

　　“项目组第一次采用国产的碳纤维织物材料，碳布的编织方式与国外不同，编织方式不仅影响碳布的性能，还可能影响真空灌注的效果，对我们现有的工艺路线是严峻的考验。”洛阳双瑞风电叶片公司副总经理冯威说，项目组深入研究方案，叶片制造中应用了自动化铺设技术，减少了碳布铺设中的人为操作失误影响，降低了铺层褶皱和灌注缺陷的风险。同时，精确控制编织工艺，针对国产碳纤维的特性，定制化开发工艺手段，降低了纤维磨损，使纤维排布更加均匀，更好地保证了材料性能。

　　主轴承，国产化风电机组的另一个核心部件，它如同风电机组的关节，将叶片所产生的动力传递至发电机，对风电机组的可靠发电至关重要。此前，大兆瓦风电机组主轴承均为国外厂家所垄断，制约了大兆瓦海上风电机组的快速发展。

　　“这次制造的主轴承外径达到3200毫米,数国产风电主轴承之最，设计制造难度高。”中国海装工程师肖长远说。

　　“之前从来没有生产过这么大型的风电机组主轴承，这对我们的设计、加工、热处理能力以及材料性能都是极大的考验。”洛阳新强联研发部长胡占圈说，项目组联合相关单位，共同推进现有轴承钢材的改进，最终，轴承材料的淬透性及低温性能有明显提升，成为风电机组主轴承国产化的有力支撑。

　　50米以上水深的深远海是海上风电产业的“蓝海”

　　自2006年实施《中华人民共和国可再生能源法》以来，我国风电产业发展迅猛，而碳达峰碳中和目标的提出，将加速海上风电产业的发展。

　　国家能源局数据显示，我国海上风电建设成效显著。截至2021年4月底，我国海上风电并网容量达到1042万千瓦。今年1－4月份，我国海上风电发电量为99.4亿千瓦时，占全国发电量的0.39%。据行业统计，我国海上风电年平均利用小时数约2500小时，比陆上风电年平均利用小时数高出约500小时。

　　“未来海上风电将是我国发展风电的主力，特别是50米以上水深的深远海海上风电有广阔空间。”东南大学能源与环境学院教授、博导、火电机组振动国家工程研究中心主任邓艾东认为，相较于陆上风电和煤电，海上风电建设有几大优势。

　　“一是海上风资源稳定，风量充足。二是大海广阔无垠，海上风场的建设不占用陆地资源，建设规模可以做得比较大。三是海上风电在生产电能过程中不产生废物废气和二氧化碳，是清洁能源，既不影响空气质量也能可持续发展。四是我国沿海地区经济发达，用电需求量大，海上风场距离海岸线一般在20公里以内，便于及时将电输送到岸上的用电负荷中心就地消纳，不需要长距离电能输送，且沿海地区电力传输基础设施较好，传输成本较低。”邓艾东说。

　　近年来，邓艾东团队也与中国海装和中国华能集团进行产学研合作，攻克大型海上风电机组传动系统安全稳定运行问题。他介绍，目前，江苏的海上风电场已经实现规模化发展，一方面得益于江苏的工业发达，电力需求大；二是江苏沿海的水深较浅，基础施工难度及成本相对较小。

　　“目前，我国行业龙头企业、科研院所，纷纷就风电机组的核心技术联合攻关，有的部件例如风电机组传动系统的齿轮箱全球领先，市场占有率40%。但也要看到，叶片的设计和风电机组的控制系统等软硬件的研发能力，还需要提高。”邓艾东直言不讳。

　　他介绍，叶片是决定风电机组性能好坏的最重要的部件，目前世界上叶片设计能力最强的公司多在欧美，进入10兆瓦级的风电机组建设规模后，风轮直径将超过200米，我国的风电机组叶片设计能力还亟待提高。

　　“同时，风电机组的控制系统作为机组安全、高效运行的指挥中枢，涉及复杂的控制策略和复杂工况的应变能力，目前也亟需攻关。”此外，他表示，海上风电多采用大直径轴承，主轴承相当于风电机组的关节，特别是对于5兆瓦以上功率的风电机组来说，主轴承的载荷很大，在长时间的工作后，主轴承的稳定性、抗疲劳性和故障率是机组稳定工作的重要因素之一，目前国内几大轴承供应商也在攻关风电机组的主轴承，未来可期。