2023年的中國風電技術創新,基本延續了前一年發展態勢與路徑--,仍以通過機組大型化進一步降低海上風電與陸上風電開發成本為主,研發面向未來新市場需求的產品技術為輔。其中,大型化的主要著力點包括“高、大、長”三個方面,也就是塔架高度進一步提升,單機容量穩步增大,葉片長度持續增加。
在高塔架技術上,金風科技成功實現了185m鋼混塔吊裝,創造了當時全球陸上風電塔架高度新紀錄,從而為我國風能資源的高效開發利用拓展出新邊界。遠景能源則批量交付了170m鋼混塔+135m分片式鋼塔,其中鋼混塔的混凝土段高度達到了137.3m。2023年11月,運達股份實現安裝的一批風電機組,采用了超高性能混凝土(UHPC150)塔筒,高度達到180m,其中混塔段高達157.4m。
除上述鋼混塔外,中車株洲所還自主設計開發了三邊形桁架塔,首臺機組在河南民權并網。該塔架采用模塊化設計,獨特的三邊形結構能夠減少鋼材用量,各單元結構安裝方便快捷,整機及塔架安裝時間縮短至10天以內。
2023年,我國下線的海上風電、陸上風電機組最大單機容量均實現新突破。
一方面,2023年我國下線的海上風電機組最大單機容量達到了20兆瓦級,且在2022年新增吊裝容量中排名前九的廠商,均已推出了14MW以上單機容量海上風電機組。11月,由東方電氣聯合中國華能下線的18MW機組,是全球單機容量與風輪直徑最大的低速永磁(直驅)型海上風電機組。12月12日,明陽智能MySE18.X-20MW機型下線,是2023年全球已下線單機容量最大、風輪直徑最大的海上機組。12月底,運達股份下線了深遠海16~18MW漂浮式風電機組,成為全球已下線單機容量最大的漂浮式風電機組。除上述產品外,電氣風電與明陽智能還分別下線了16+MW和16.XMW海上風電機型。
另一方面,2023年我國宣布下線的陸上風電機型,最大單機容量達到了11MW,比2022年提升3MW;平均單機容量達到8.9MW,比2022年提升2.6MW,從而使2023年陸上風電機組大型化增幅遠超海上風電,最大單機容量提升37.5%。2023年新年伊始,三一重能就下線了8.5―11MW機型,風輪直徑達到230m。明陽智能也下線了11MW陸上風電機組,風輪直徑達到了233m,是2023年我國下線的單機容量與風輪直徑最大的陸上風電機型。此外,中船海裝下線了其單機容量為10MW、風輪直徑為230m的陸上風電產品。
更長的葉片能盡可能多地捕獲風能,從而提升風電機組發電能力。葉片的不斷增長,在2023年對我國風電機組大型化發展起到了重要的支撐作用。在海上風電葉片方面,2023年東方風電與雙瑞風電分別下線了126m長的葉片,均會應用在18MW海上風電機組上,使風輪直徑提升到260m。遠景能源則在2023年批量發運了EN252葉片,長度達到124m,風輪直徑可達252m,用于配置在該公司生產的14MW海上風電機組上。
2023年,我國下線的最長陸上風電葉片突破了110m大關。例如,9月上旬,中國中車首支“230陸上風電葉片”成功下線,葉片長達112m,是當時全球最長陸上風電葉片。
除風電技術相對常規的“高、大、長”發展方向外,我國風電整機技術還有兩個較新的領域,吸引了大量廠商投入研發資源。
一個是漂浮式海上風電技術。2023年,我國有三臺漂浮式風電機組平臺獲得新進展。例如,5月,“海油觀瀾號”成功并入文昌油田群電網,為海上油氣田輸送綠電。它是全球首個水深超100m,離岸距離超100公里的“雙百”海上風電項目。8月,中船海裝“扶搖號”在智能微網模式下運行發電,為下一步利用漂浮式風電向島礁或海上制氫、海工平臺、海水淡化、智慧漁場等海洋設備供電提供了良好的示范。11月,由龍源電力負責開發建設,電氣風電提供風電機組及塔筒的“國能共享號”宣告完工。該項目是全球首個深遠海漂浮式風電與海洋牧場養殖一體化設計項目,漂浮式平臺中間取正六邊形作為養殖區域,平臺上安裝風電機組與光伏設備。
二是構網型風電機組技術。2023年,河北建投康保“以大代小”風電平價示范項目5臺構網型風電機組實現了全部并網,這是我國首個構網型風電機組批量商業化項目,安裝了5臺金風科技構網型機組,由技術開發向大批量商業化應用邁出關鍵一步。2023年,運達股份與遠景能源分別對構網型風電機組技術進行了實測驗證或打造了相關示范工程;中車株洲所與明陽智能則獲得了相關技術認證評估或功能證書。
風電整機技術的發展,離不開關鍵零部件研發與生產能力的支撐,更需要相關科研基礎設施的保障。
2023年,是我國風電主軸承國產化發展的關鍵時期。洛陽LYC研制的16MW風電主軸承在福建平潭外海風電場完成安裝,結束了我國無法研發制造超大容量海上風電機組主軸承的歷史。軸研科技研制的18MW海上風電主軸承也順利下線,刷新了國產風電主軸軸承最大單機容量的紀錄。6月,中車永濟電機20MW半直驅永磁風力發電機下線,實現了20兆瓦級風力發電機關鍵技術的新突破。
機組大型化需要大型試驗裝置的有力支撐。11月,在廣東省汕頭市舉辦的“2023國際海上風電技術創新大會”上,舉行了“40兆瓦級風電機組電氣及動力學六自由度實驗平臺”建設啟動儀式。該平臺建成后,將成為國際最大、全球領先的海上風電機組地面傳動系統試驗研究平臺,填補世界空白,推動我國風電重大科研基礎設施達到世界領先水平。
2023年,我國還有多艘風電安裝、起重、敷纜、運維母船投運,實現我國海上風電工程能力的加速提升。
在風電安裝船方面,2500噸自航自升式風電安裝平臺“海峰1001”正式交付,深遠海一體化大型風電安裝船“博強3060”號試航。5000噸“中天39”自航式全回轉起重船的吉水,標志著這一“海上風電施工利器”建造取得重大階段性進展。全國最大海纜施工船“啟帆19號”出塢,成為我國首艘單個轉盤裝纜量超過萬噸的海纜船。電氣風電SOV運維母船吉水,集高效運維、綠色運維、智能運維于一體,是目前全球范圍內解決深遠海風電項目運維的最佳方案之一。
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