今天(1月13日),捕风巨兽据三峡集团通报,全球全球首台20兆瓦海上风电机组已在福建海域成功完成吊装。首台此次是兆瓦装何我国20兆瓦级海上风电机组首次在海上实施吊装作业,标志着我国在超大容量风机的海风研发制造以及海上施工技术方面取得关键性进展。

此次吊装作业位于离岸逾30公里、发电星亿娱乐水深超过40米的机成海域。面对季风期施工窗口短、功吊海况复杂以及高空作业风险高等多重挑战,抗风施工团队动用起重能力达2000吨的捕风巨兽第四代风电安装船实施作业,依托高精度定位与智能化沉桩控制系统,全球将三支长达147米的首台巨型叶片依次平稳吊升至174米高空,并与轮毂实现精准对接,兆瓦装何最终完成直径300米、海风扫风面积接近10个标准足球场的发电星亿注册庞大叶轮组装。

据悉,该20兆瓦机组为国家重点研发计划项目之一,已纳入国家能源局首台(套)重大技术装备目录。机组实现关键部件100%国产化,在整机轻量化设计方面取得突破,单位兆瓦重量较行业平均水平降低20%以上,显著减轻了吊装施工难度并降低了基础建设成本。

机组并网发电后,每台每年的发电量预计超过8000万千瓦时,可供约4.4万户家庭使用一年,相当于节省标准煤约2.4万吨,减排二氧化碳约6.4万吨。

面朝大海,常有这样一幕令人心醉:一座座高耸入云的风车迎着朝阳升起,伴着夕阳西下,在海风中缓缓转动。它们不仅描绘出诗意的画卷,更持续产出清洁的绿色能源。

谁曾想到,这些庞然大物在即将拥抱海洋之前,竟需历经如“魔鬼般”的严酷考验。

海上风电设施的“健康监测中枢”

位于福建省福清市东南部陆海交界地带的国家级海上风电研究与试验检测基地,占地200亩。步入园区,两座标志性建筑尤为引人注目,分别承载着基地的核心功能:传动链平台与叶片试验平台。

为何要建设海上风电试验基地?若无此基地,过去又靠什么方式对海上风机进行“体检”?

基地建设方代表王瑞告诉记者,近年来我国海上风电产业发展迅速,海上风电机组容量已从最初的6兆瓦不断攀升至10兆瓦、18兆瓦,去年全球单机容量最大的26兆瓦海上风电机组也顺利下线。由于大兆瓦机型具备更高的发电效率,备受风机厂商青睐,我国海上风电产业正全面迈入“20兆瓦+”时代。

然而,新问题随之出现——大容量海上风机尚乏“实战经验”,亟需通过试验基地来检验其实际性能。

王瑞指出,过去海上风机的测试多在陆上进行“体检”,这种方式难以还原真实的海上工况,也无法开展并网发电试验。各“体检中心”之间能力差异大,且普遍存在周期长、成本高的问题,已难以匹配当前产业快速发展的步伐。因此,建设专门的海上风电试验基地刻不容缓。

2023年12月,由国家电网有限公司与中国华电集团有限公司等单位联合投资,我国首个国家级海上风电研究与试验检测基地正式启动建设。

基地规划设有6个陆上试验机位及20至40个海上试验机位,可提供涵盖海上风电并网检测、型式认证、整机与部件测试、电网友好性试验、基础结构试验以及叶片试验在内的六大类共19项设备检测与认证服务。“过去一套海上风电机组的检测周期约为一两年,现在试验基地建成后,不再受天气影响,每年可完成3至4套设备的检测。”王瑞表示。

极端环境中的“抗压测试”

基地如何为海上风机进行“体检”?为此,这里“精心准备”了多重关卡。

第一关是大风的考验。尽管风机运转时看似平稳匀速,实则暗藏挑战。强风吹来时,叶片会承受一种特殊的力——即载荷。这犹如一位长跑运动员在疾驰中背负多重负担:除了自身重力,还需对抗空气阻力、旋转产生的离心力,以及海浪冲击塔筒所引发的附加作用力。这些复杂受力共同考验着风机的稳定与耐久。

然而大自然的风并不总是如此“听话”,它时而狂野,时而柔和,方向变幻莫测,形态千变万化。

国网福建电科院海上风电科技攻关团队技术骨干曾志杰介绍,基地的传动链平台能够真实、可控且全面地复现海上风电场的自然运行条件,同时可模拟不同送电方式(交流或直流)下的复杂并网场景及各类故障扰动工况。

在该平台的六自由度载荷模拟装置中,接受测试的海上风机将面临来自六个方向的极限力学挑战。正如现场试验人员所言,要想通过考验,就必须承受最“妖”之风、最“野”之浪、最“乱”之流。

第二关是对复杂并网环境的检验。风电机组与电网能否“和谐共存”,关键在于其能否通过电网适应性、故障穿越能力以及电网支撑功能等多项考核。

如何理解?可以将电网类比为一条庞大的“电力高速公路”,风电机组则如同行驶其上的“车辆”。在这些“车辆”正式上路前,必须对其进行全面检验,确保它们熟悉并遵守“高速公路”的各项交通规则,具备应对各种常规及突发路况的安全能力。

例如,以电网适应性测试为例。电网电压如同“车道宽度”,频率则相当于“车速”。高速公路的车道宽度和限速并非恒定不变,电网适应性测试正是检验风电机组这台“车”在“不规整车道”——即电网电压幅值波动变化的情况下,能否安全运行;或是在电网频率变动时,是否能自主调节自身频率“车速”,以应对“限速”变化。

还有一场严峻的“抗压考验”。如同高速公路突然发生事故,电网也可能因某种原因出现短路、断路等故障,引发电压骤升或骤降。通过故障电压穿越能力测试,可为风机提前模拟突发情况下的“压力场景”,以检验机组在遭遇“意外状况”时是否能够持续运行,并在问题解除后迅速恢复至正常工作状态。

真正的测试远不止于此。曾志杰指出,电网适应性测试、故障时的电压穿越能力测试、宽频阻抗测试等,都是为确保并网风电机组具备足够的“韧性”而开展的关键环节。