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走向深远,漂浮式海上风电机组前景无限|《海上风电》系列报道⑧

作者:
编辑部
来源:
能源产业聚焦
2022/04/26 15:48
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【摘要】:
目前,全球海上浮式风电的发展处于技术突破阶段。

经过10余年发展,我国海上风电从潮间带走向近海,现在正由近海走向深远海。国家气候中心数据显示,深海风资源总量约10亿千瓦,相当于近海风资源的2倍,发展潜力巨大,发展深海域海上风电技术势在必行。

漂浮式海上风电被业内寄望为“未来深远海海上风电开发的主要技术”,已在多个国家和地区开展探索。与传统固定于近海海床上的风电机组相比,漂浮式机组可实现在深远海部署的愿景,在获取深远海域稳定优质风电资源的同时,不影响近岸渔业及其他相关产业活动。

目前,全球海上浮式风电的发展处于技术突破阶段。2021年7月13日,我国首个漂浮式海上风电平台搭载明阳智能自主研发的全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组组成“三峡引领号”,在广东阳江顺利安装。同年12月7日,该漂浮式风电机组成功并网发电;12月10日,由中国海装牵头自主研发的“扶摇号”浮式风电机组浮体平台,在黄埔文冲成功下线。展望未来,开发研制漂浮式深海大容量海上风电装备等大型化、新型风电装备显示出无限前景。

由固定基础向漂浮式平台是必然趋势

业内人士表示,“由陆向海、由浅到深、由固定基础向漂浮式平台”发展,成为未来风电场建设的必然趋势。未来海上风电的资源更多地在于深海或深远海,在谋求平价的同时,加大漂浮式风机技术等前沿技术研究势在必行。

2009年挪威首台立柱(Spar式)漂浮式海上风电机组安装以来,全球海上风电迎来了漂浮式时代。从能源分布上看,海上风能资源储量丰富,但面对苛刻的深远海环境条件,传统固定式海上风电在技术和经济上面对的挑战急剧增加,欧美和日韩风电巨头逐步聚焦漂浮式海上风电技术的研发。总体而言,漂浮式海上风电市场经历了从小规模单台样机(2009—2015年)到小型风电场示范(2016—2022年)的演变过程。漂浮式海上风电技术日益成熟,商业化应用前景可期。

随着相关技术的不断突破,以及漂浮式海上风电进入工程样机时代,漂浮式风电市场潜力将释放。预计到2025年达到20兆瓦,到2030年达到近500兆瓦。全球风能理事会GWEC报告预测,全球漂浮式风电市场规模预计10年增长200倍,市场发展空间广阔。到2025年,我国或将迎来第一个可商业化运行的漂浮式海上风电场。我国漂浮式海上风电市场尚处起步阶段,应与现有的固定式海上风电市场分开看待,将是全新的蓝海。

相关数据显示,2030年前我国海上浮式风电每度电的成本约合0.3—0.4元/千瓦时,与平均上网电价持平。预计2030年前,我国海上浮式风电可正式进入商业开发阶段。

我国已实现漂浮式机组历史性跨越

由三峡集团牵头,联合风机制造企业明阳智能、科研机构三峡上海院等打造的全球首台抗台风漂浮式海上风电平台在广东阳江海域成功安装,标志着我国在全球率先具备大容量抗台风型漂浮式海上风电机组自主研发、制造、安装及运营能力。作为首个国家级漂浮式示范项目,其不仅是引领我国海上风电行业走向深海的又一重大成果,也将为后续开启中国漂浮式海上风电项目商业化序幕奠定坚实基础。

2021年7月13日,我国首个漂浮式海上风电平台搭载全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组组成“三峡引领号”,在广东阳江顺利安装。据了解,依托国家、广东省有关科研项目,明阳智能、三峡能源等产业链相关企业相继攻克了台风频繁、海况复杂、波浪恶劣等条件下,抗台风风电机组、半潜式基础及系泊系统、压载调控、动态电缆研制、“风机+平台”一体化拖航及就位安装等漂浮式海上风电关键技术,主要方案均为国内自主核心技术。

由于该项目地处台风区,明阳智能自主研发的MySE5.5MW半直驱浮式风机在设计阶段就注入抗台基因。在机组研发过程中,基于南海台风、极端海浪等恶劣环境的考虑,明阳智能对此浮式风机技术进行深入研究和定制化设计,选用了50年一遇的极端风浪流工况设计,最高可抵抗17级台风。基于浮式风机稳定性的考虑,明阳智能还开发了浮体运动控制策略,使得漂浮式机组能适应南海风、浪、流等复杂环境,同时也优化了机组液压润滑冷却系统及偏航系统,解决了因俯仰倾角(纵摇)对机组传动链润滑回油带来的影响。另外,半直驱机组的紧凑型设计和高可靠性为本次浮式风机的顺利安装保驾护航。

此前的在2021北京国际风能大会上,明阳智能重磅发布全球最大自主研发的漂浮式机组——MySE11-16MW系列机型。该漂浮式机型的发布再次证明我国已经具备大容量漂浮式海上风机自主研发能力,是打造海上风电大国重器的重要成果。此机型搭载智能漂浮式风机运动控制模块,降低基础横摇、纵摇、垂荡等多自由度运动响应。同时还搭载了高效的主动偏航场群尾流优化技术。凭借半直驱超紧凑设计的优势,更小的体积降低迎风受力面积,更轻的重量助力浮式风机更好的稳性设计,助力浮式风机稳性设计及吊装、施工安装。

目前,针对浮式项目,明阳智能已在机组环境适用性分析、浮式风机及其控制策略研发、基础平台和系泊系统的全耦合一体化仿真计算等关键技术方面进行攻关,形成海上半直驱漂浮式风机总体设计方案。基于前期项目积累的经验,实现了风机-浮体-系泊的一体化全耦合时域仿真拟模,形成了成熟的漂浮式风机基础全耦合一体化仿真设计平台。去年,明阳智能欧洲研发中心宣布,与西班牙创新型漂浮式设计公司EnerOcean签订了合作协议,双方将共同开发西班牙漂浮式风电项目,这充分体现了明阳智能在漂浮式风电技术的积累和成绩得到了欧洲客户的认可,也将是中国海上风电技术在欧洲市场的又一次重大突破。

仍面临产业链成熟度低等困难

尽管相关技术优势颇为明显,但漂浮式海上风电发展是一条充满荆棘的道路,普遍面临技术、成本以及产业链成熟度低等困难。

漂浮式风机技术面临着主尺寸设计、整机设计、系泊/电缆布置、一体化载荷分析、基础结构校核以及建造安装运维等方面的技术痛点。由于尚处于发展初期阶段,整机厂商须创新机型,严格进行试验开发,为未来大规模应用积累经验。在机组选型方面,已吊装明阳智能MySE5.5漂浮式机组并非直接将固定式挪用至浮式平台,而是在成熟应用机型基础上进行了全方面的升级。此外,我国整机厂商定制研发匹配于漂浮式基础的机组已经是大势所趋,明阳智能、东方电气、海装等都有动作,未来空间广阔。

漂浮式风机在深海中的样机日渐增多,如何确保漂浮式风机在深海区域设计的稳定性和安全性?

主流风电企业建议,分析复杂的海洋水文环境,以及漂浮式结构在海洋环境的动力响应等,实现环境-载荷-结构全耦合分析,从而确保漂浮式结构的稳定性和安全性。此外,需研究深海区域的漂浮式风机的塔筒的健康监测模块:平台应力监测,腐蚀监测,在位状态空舱水位监测,塔架振动监测,同时配置自动化采集模块,实现监测的自动化功能,降低运营成本。

由于海上环境严苛,对于结构防腐需求远高于近海,需要开发并推广针对深海的新防腐技术标准等在漂浮式风机上的应用。

针对目前漂浮式风电发展瓶颈,业内人士建议,行业企业需要通过样机建设积累技术优势和优化创新,加大漂浮式风机系统多变量耦合技术、过渡水深环境条件下系泊系统设计技术、风机—浮式基础—系泊系统一体化全耦合载荷分析技术、漂浮式海上风电施工技术与装备关键技术等研发力度,提升技术成熟度,带动整个产业链的完善。

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