大型國產化海上風電機組有了“試驗場”

◎本報記者 陳 瑜

5兆瓦風機的單樁基礎已矗立於海上，其底部牢牢“抓住”水下30多米深處的海牀。然而，風機葉片方案還沒着落。

葉片如同風電機組的心臟，重要性不言而喻。

6月，中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司（以下簡稱華能清能院）海上風電技術部主任劉鑫在接受科技日報記者採訪時，仍對2020年的那一次艱難選擇記憶猶新：是選擇技術成熟但價格高昂的外國進口碳纖維葉片，還是選擇國產首台套碳玻葉片？

國產化設備鮮有海上試驗機會

2009年，我國風電行業開啓了一次“摸着石頭過河”的嘗試——風機被從陸上搬至海上，準確説是潮間帶。

潮間帶是指低潮位時海岸裸露出來的區域。十幾年後回看，業內甚至直言，這不是嚴格意義上的海上風電。潮間帶風機比陸上風機增加了一些冗餘設計，風機所受載荷與陸上風機幾乎沒有差異。但潮間帶試驗風電場項目開啓了國內海上風電開發建設的新時代。

自20世紀90年代以來，作為單體規模大、年利用小時數高的風電發展類型，國外海上風電技術發展到今天已日趨成熟。

發展海上風電，我國有着天然優勢——海岸線長、可利用海域面積廣，而且風能資源主要分佈在經濟發達、電網結構較強又缺乏新能源的東南沿海地區。“雙碳”目標下，我國海上風電優勢盡顯，發展速度加快。

華能清能院黨委書記、董事長李衞東告訴記者，2020年底，我國海上風電累計裝機量已達世界第二，但大容量海上風電機組仍有多種關鍵部件被國外廠家壟斷。

李衞東分析，這很大程度是因為，相較於陸上，海上風機運行環境更加苛刻，造價也更高：一座百萬千瓦的海上風電機場耗資大約150億元，運行過程中需要應對更加極端的氣候條件、更加複雜的海洋環境。開發商因而依賴於更穩定、更高效的機型。

“將百億元設備放到距海岸幾十公里的海上，平時看不到，設備出了問題後，如果運氣不好，一兩週內維修人員都可能因為天氣原因過不去，經濟損失會很大。”李衞東説，正因如此，之前大家更偏好國外成熟可靠的產品，不願意使用國產化設備，從某種程度上説，國產化設備連試驗的機會都沒有。

合力打破海上風電機組國產化不了的“怪圈”

為實現大型海上風電機組國產化，2020年，作為我國最大的海上風電開發商之一，中國華能集團有限公司（以下簡稱中國華能）牽頭，聯合行業相關的整機廠家、零部件廠家、設計院、科研院所以及施工企業組成海上風電補短板技術攻關團隊，2021年又正式成立了更加緊密的海上風電技術創新聯合體。

“這是我國未來海上風電發展的重要抓手之一，也是國家能源安全的重要保障。我們希望站在產業鏈整體角度思考中國海上風電的未來。”在李衞東看來，作為產業鏈的“鏈長”，中國華能就是希望聯合全產業鏈，打破海上風電機組國產化不了的“怪圈”。5兆瓦大容量海上風電機組正是推進大型海上風電機組國產化的第一步。中國華能依託華能清能院，聯合華能江蘇公司、中國海裝等多家單位共同開展研發工作。

國產化之路並非一帆風順。劉鑫告訴記者，葉片的國產化過程中就遇到了重大技術挑戰，在最開始設計風機單樁基礎、塔架承載力時，考慮的是進口的成熟商業化葉片的重量，但國產化5兆瓦機組所配備的葉片長達80多米，項目組雖然革新了已有的葉片設計材料和製造技術，但與原始方案相比，新葉片的重量還是明顯增加。

增重後的風機安不安全？已經打好的樁基礎能不能承載這超出的重量？一系列問題讓所有人擔憂，更直接關係國產化工作能不能幹得下去。

作為承擔海上風電機組國產化的部門，劉鑫和團隊從葉片增重問題出發，採用了華能清能院開發的一體化載荷計算方法，對整個海上風電機組的葉片、機艙、塔架和基礎的運行負載做了大量精細的計算，確認葉片增重後風電機組仍可安全運行。

作為“鏈長”，中國華能鼓勵產業鏈的其他環節主動採用自有知識產權新技術、國產化新產品，還對國產化設備“免責”，打消廠家擔憂。最終，參研單位實現了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承等一系列核心關鍵部件國產化，取得了機組關鍵核心部件全部國產化的既定目標。

“這是以問題為導向，抓住機遇走出的一條自主創新之路。”李衞東總結説。

國產化助推高質量發展

國產化5兆瓦海上風電機組的成功，不僅邁出瞭解決能源領域關鍵問題上的堅實一步，對海上風電下一步平價化發展也意義重大。值得一提的是，中國海裝即將推出單機容量更大、葉片更長的海上風電機組，將有效降低海上風電成本。

中國華能黨組成員、副總經理樊啓祥告訴記者，一直以來，中國華能高度重視自主創新，為更好發揮聯合體作用、高質量打造原創技術策源地，出台了專門的保障工作方案，以策源地為試點，賦予策源地所屬領域領軍人才更大技術路線選擇權、經費支配權和團隊組建權，5兆瓦國產化大容量海上風電機組研製就是生動體現。

今年印發的《“十四五”現代能源體系規劃》提出，提升東部地區能源清潔低碳發展水平，要積極推進東南部沿海地區海上風電集羣化開發。與此同時，多地也錨定“藍海”，海上風電“高質量躍升發展”的主題逐漸明確，國產化將是助推高質量發展的重要抓手。

點評 近年來，圍繞裝備國產化，國家出台了很多政策。然而，企業耗費人力、物力研發出的第一台（套）重大技術裝備（簡稱“首台套”），卻常常被市場門檻卡了脖子。

國產“首台套”四處碰壁，原因是多方面的，其中之一是不少客户雖然深諳“首台套”之於國家自主創新的重要意義，但因擔憂使用國產“首台套”出問題後擔責,“不敢用”的心態較為普遍。

國產化5兆瓦海上風電機組的成功，是技術突破和市場突破雙贏的結果。相關部門在提供政策支持的同時，可進一步完善“首台套”保險補償機制，打消採購方選擇“首台套”的顧慮，讓這種雙贏常態化。