拥有全球最长126米叶片海上风电机组有哪些黑科技?
来源:华西都市报 2024年02月02日 10:49 作者:张峥 实习生 刘涵
2024-02-02 10:49 来源:华西都市报 作者:张峥 实习生 刘涵

伴随着猎猎作响的海风,由东方风电研制,18兆瓦直驱海上风电机组矗立在海平面上,该机组不仅突破重重科技壁垒,还是目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的直驱海上风电机组,单叶片长度就可达42层高楼,甚至能够在80米每秒的狂风中屹立不倒,堪称“庞然大物”。

伴随着猎猎作响的海风,由东方风电研制,18兆瓦直驱海上风电机组矗立在海平面上。该机组不仅突破重重科技壁垒,还是目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的直驱海上风电机组,单叶片长度就可达42层高楼,甚至能够在80米每秒的狂风中屹立不倒,堪称“庞然大物”。近日,东方风电的技术人员带着机组的核心技术亮相天府科技云服务大会。

据介绍,如此一个“庞然大物”,每一个部件与技术上都做到了完全自主知识产权。其中最关键技术的创新与突破有哪些?华西都市报、封面新闻记者采访了东电集团机械设计研究所高级工程师甄红亮。

新式结构助力高效发电

东方风电技术人员周超告诉记者,在机组的内部结构上,东电的研发部分实现了很多突破。第一个突破便是打破了此前风电机组的“惯例”,做到了变压器与变流器的上置,将变压变流器的位置由塔基变为机组的上半部分。这一创新将大大减少机组的调试速度,变相优化了产品的性能。

第二个突破是采用了超高功率的发电机。“我们能做到在发电功率相同的情况下,比同行所有的发电机质量更轻,这代表着安全指数与经济效益的双重提升。”周超称,该发电机的材料利用率与经济性同样做到了技术上的领先。

42层楼高叶片“高空亮翅”

“最令人称道的突破其实是叶片。”周超称,该海上风电机组的叶片被业内称为“超长柔性叶片”,流线型叶片的长度不仅做到了全球最长的126米,单单叶片就与42层楼的高度比肩。其形状与材料也均在相应领域有了突破。

它的“柔性”体现在哪里呢?周超称,技术部门通过软件迭代,成功地设计出了高流线型叶片,能够最大程度上减少空气阻力对发电效率的影响。而弯扭耦合自适应降载技术更是确保了机组的安全性与稳定性。

除此之外最引人关注的就是叶片所用的“特殊”材料,“与同类型竞品相比,在材料选用上我们能做到完全领先。”甄红亮表示,该叶片在传统的玻璃纤维叶片上更进一步,在主梁帽等关键位置采用了目前稳定性更好,被称为“新型材料之王”的碳纤维结构。碳纤维拥有更高的强度和模量,其主要应用于航空航天、高级轿车、高级文体用具等领域。从强度和重量上来说,碳纤维是制造叶片的最佳材料,但是其受限之处一直在于高昂的成本。“这次在设计上我们有的放矢,在最主要的承载结构上运用了碳纤维材料,而在次要结构上继续运用国际上非常成熟的玻璃纤维,达到了叶片强度与经济成本上的平衡。”

风力发电减少碳排放

在2023年6月发布的《新型电力系统发展蓝皮书》中,我国风力发电的装机规模已经达到3.9亿千瓦,占我国发电总装机的14%,同比增长13.7%。“我国近海和深远海150米高度、离岸200公里以内且水深小于100米的海上风能资源技术可开发量为27.8亿千瓦,目前海上风机累计装机仅为3000多万千瓦,利用率不足1.1%,未来开发潜力巨大。这为风电进一步发展提供了广阔的发展空间。”甄红亮强调。机组满发时,每转一圈即可发出38度电,按照理想状态,单台机组每年就可以输出7200万度清洁电能,可满足4万户普通家庭一年的生活用电,可节约标准煤2万余吨、减少二氧化碳排放5.5万余吨。

庞大机组也能“远航”

谈到项目组未来可能的技术进步,甄红亮表示,把机组“移栽”到离海岸线更远的深海技术已经开始研发,不久将成熟。

“目前我们的发电机组都是在近海,通过基础与大陆架相连。当水深超过100米后,传统固定基础的成本急剧提高,导致经济性较差,而漂浮式依靠系泊系统与海床连接,水深增加带来的边际成本增幅较小,更具边际成本优势。因此,海上风电的发展正呈现出由浅海到深海、由固定式到漂浮式的变化趋势。”甄红亮称。

可是,在波涛汹涌的深海,充斥着大风、湍流、高浪、急流等复杂、恶劣的外部环境,这样的庞然大物该如何“驻足”呢?对此,甄红亮也给出了答案。他表示,目前漂浮式基础借鉴了海上油气平台的技术,“可以理解成抛锚的大型轮船。”

经过多年的积累,东方风电在一体化仿真、船型设计、水动力分析、系泊系统、控制器、浮体结构等设计方向已具备完整的研发能力、所开发的海上漂浮式基础已完成了水池试验,且独立完成了采用混凝土浮体的7MW-186漂浮式风电机组的详细设计。


【责任编辑:刘澄谚 】

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