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金风科技宁巧珍:海上技术创新助力平价时代

北极星风力发电网  来源:能见    2020/10/16 14:12:00  我要投稿  

北极星风力发电网讯:在15日上午召开的海上风电工程装备分论坛上, 新疆金风科技股份有限公司上海风电设计研究院副院长宁巧珍发表《海上技术创新助力平价时代》主题演讲。

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以下为发言实录:

宁巧珍:各位嘉宾早上好!

由我来做海上整体化创新的汇报,这两天大家比较清楚“30﹒60”提的比较多,也成为了一个热点,大家从对整个风电行业有点判断不清或者迷茫状态进入了有信心和有更大期望发展时代。“30﹒60”在另一个层面上给了我们更多的责任,在这种责任下怎么能让风电实现平价,怎么能让我们实现习主席提出的目标,那是各位同行共同的责任。

我从几方面来做分享,第一海上风电整体发展趋势,海上累计装机量2019年底已经装机达到了593万千瓦的装机量,从风电发展状况来看已经进入了快车道,海上装机总容量能达到开发条件做了系统的统计,约两亿千瓦,广东深海深水区域5000万千瓦。截止2019年底中国海上风电招标项目有2000万千瓦,2020年截止今天大概有800万的招标,800万有去年定标没有确认200万,合起来总共有2600万待建量。

这2600万待建量我们评估了2020年以及2021年船舶的情况,全国现在有34艘船舶,还有6艘建造过程中准备下水为明年安装做服务,合起来大概有40艘船的资源情况。按照船舶资源和整个定标的量,我们初步评估到2021年底,抢装的过程大概预计完成2000万千瓦。换句话说,这2600万里有接近700万以上资源会截止到2022年。

同时整个海上能实现开发资源量加上结转、没建成以及未来要建和未来开发有1.8亿以上的资源,整个海上资源情况在“十四五”期间量还是非常巨大的,所以大家一定要对海上充满信心。

咱们再来看政策这一块,政策层面从2019—2020年需要补贴竞价来实施,同时政策导向是以收定支、减少增量项目对补贴的需求。从2022年开始停止了新建海上项目中央补贴,鼓励地方政府给予自行的补贴,从现在获取情况各地方政府资金情况相对来说比较紧张,明确给出补贴的省也不是很多,从标杆电价陆上和海上比,海上平价还有比较大的差距,这个差距对于我们也是比较大的挑战。

这种条件需要我们在整个海上风电上必须要进行创新,为实现海上风电平价之路,我们需要全产业链的协同,整体化创新,才能成为整个实现平价最终的方向。我们在全产业链需要在产品、工程以及整个海上业务模式三个环节进行创新活动,才能达到最终的目标。

在产品创新这个环节,我们来看整个整机的技术路线,我们从传统标准技术路线会逐步走向新兴技术路线的转变,整机大部件咱们来看,大部件叶片,碳纤叶片需求量高于玻纤,从直速慢慢到低速齿轮箱发展,全功率变流器逐步加大整个用量,在主轴承这块大直径圆柱弓子轴承潜移默化提升了,发电机方面可以看出来永磁同步发动机的占比也在逐步攀升。

整机关键技术这一块,我们要通过整机架构设计与平台化、模块化让成本降低下来,同时通过整机系统授予孪生与多目标的寻优,最终让迭代速度能提升上来。在风能气象技术通过大型风电厂尾流评估技术提升,更精准反哺设计的精准性,同时在叶片超柔叶片方面提高高声以及低噪声的翼型,来降低成本,在发电机技术上面会通过新型发电机和超导电机技术创新降低成本。

在智能控制技术方面,我们在未来智能控制方面希望通过最大风能捕获技术,主要通过设计环境自身硬控制、全生命周期疲劳控制,最终实现风电厂发电性能的最优。并网技术上通过一次调频技术突破以及风电厂弱电网适应技术的突破来实现并网技术的降本。海上风电技术上,未来中远海“十四五”规划里中远海资源会更多一些,飘浮式技术成为未来的趋势。

刚才我们谈的主要是整机技术方面创新,下面我们再来谈谈工程方面的创新,工程方面对于工程影响最大是塔架和支撑结构基础,载荷降低就是最根本的点,因为载荷1%降低会让整个系统重量有大幅度的降低,也是平价最关键一个环节。海上固定式载荷创新希望在几个环节进行,一方面通过载荷设计优化,通过我们对现在软件版本局限突破,实现深水单桩基础,塔顶载荷疲劳、极限有所降低,降低量达到5%,另一方面通过塔顶推力载荷优化,降低5%,再一方面通过精细化的分析来优化载荷,因为载荷是最根本的点,只有把载荷降下来,那整机系统才能最优。

第二通过精细化分析提出设计的冗余,通过大量测试和验证,让整个系统形成一个闭环,从而将每个环节中余量剔除出去,因为现在大家都知道塔架和支撑结构一部分在主机商手里,一部分在设计院手里,大家谈了几年一体化设计,真正做到一体化的落地还是有一定的难度。

我们谈了载荷降低是风机创新的基础,同时针对结构方面我们也提了几点创新建议,在海上基础设计创新这块,随着现在机组功率和叶轮直径增大、水深增加,海上基础设计重量也迅速增加,我们希望在五方面进行技术方面的突破,这些技术方面突破也找到了关键技术点。

一是深水低频单装基础设计优化方面,在地基钢度精确计算,桩长鲁棒性优化,突破桩身D/t限制,这三方面实现技术创新。

第二导管架基础设计及制造工程优化,铸造管接点方面以及横架模块化设计方面进行创新。

嵌岩及软弱覆盖层下新型低成本基础创新,包括复合筒基础优化,多筒复压导管基础优化,单铜负压筒基础,摩擦盘基础。

另一方面设计规范,我们引用国外设计规范比较多,现在设计规范还有很多不适用中国环境条件和地理条件,设计规范方面希望在泥面转角限制和单桩基础循环方面突破。

塔架与基础整体化设计,怎么实现真正一体化设计,确保塔架和基础加起来总重量是最低的。这需要设计院和整机厂家将一体化设计真正落地。

举一个列子,我们对单桩基础减重做了优化分析,通过桩长鲁棒性优化,取1%柱长使得塔架从50米节省到44.8米,可以节省5.2米的长度,重量减重80吨左右。厚径比这一块也做了一些相关优化,满足使用工况前提下,适当提高厚径比可以减少20—40吨的重量。第二通过地基钢度准确评估,如果评估精准性提高那整个基础载荷降也可5—10%。

刚才谈了基础载荷、基础结构的创新,工程方面的创新是海上工艺的创新,海上工艺创新希望未来海上同船多套运输,而不是一船只能少量基础部件,通过单船多套和叶片叠放和塔筒立放以及相关部件合理布局,能让运维成本有所下降。

同时针对福建和广东区域浪涌比较大的区域,现在过舶和吊装比较困难,而且吊装效率比较低,我们希望在未来通过自用吊一体化技术实现效率上的提升。如果实现自用吊一体化对船舶要求以及对港口要求有比较高的要求,目前有些省港口以及船舶是不满足这个要求的,在未来需要在港口有专业部门的建设以及许可,以及对船舶优化和改造去提升吊装效率。我们通过自用吊的技术也做了不同里程、不同套数以及用具的评估,保守评估单台吊装成本会下降30—50%。

刚才我谈的主要是技术创新,全产业链创新不仅仅是技术上需要创新,还需要我们在整个模式上有所创新,在模式上未来尝试进行EPC工程建设总承包的模式创新。因为现在模式主要是风电场的设计、整机采购,都是单独招标进行的,我们希望在未来由一家无论是设计院还是主机商还是业主,由一家整体进行EPC的总承包,这样子最终实现链条上成本最优。

另一个是在全生命周期运维服务方面的创新,我们希望未来提倡一种新的模式,这种模式希望由主机商或者相关单位负责全生命周期的运维,进行技术改进以及发电量的提升,最终保证客户无论是在五年还是十年段,客户要求发电量是多少,如果发电量在一定程度上提升了,那相互分成是什么样的。还有我作为业主或者作为投资方我是定相关标准的,一个是技术标准,另一个是合作分成标准,只有把这些东西明确形成契约关系,才能更快速的推进。

在模式创新上,我们还希望在未来倡导海上风电交付全链条寻优创新,目前是陆上、海运、吊装由不同单位进行,其实施工组织协调环节比较多,有时候环节协调不到位或者断点,导致吊装效率有所影响,未来希望通过链条的整合让模式有所创新,实现规模化风电场的开发和高效交付以及高效组织管理,真正实现链条上成本的降低。

这个环节需要把陆用端区域化整合起来,提升陆用装备的利润率,同时机组主要部件集港发货,不是今天主机上找港口,明天供货方找港口,我们要共同发运提高港口的效率。对于出货码头货物储备有综合安排,提高装船的环节效率,货用或者集港装船效率不是特别高,有时候很长时间,未来希望打通整合吊装业务整个环节,通过数字化手段实现风电厂各资源精准调度以及各阶段无缝管理,通过组织管理寻求效率上的最优。

实现平价的目标需要怎么去做?现阶段是离散式的创新,主机商做主机商的创新,包括电缆、光缆、箱变各个生产厂商都在做自己的创新,但是在全链条上什么样的创新很有效组合才能形成价值的最大化,我们也提出来整个链条上整体化的创新,整体化的创新提出怎么实现整体化创新四个环节。

一是规模化,国内规模最大是50万,咱们可以看到去年到今年整个全球规模不仅仅是50万了,全球现在最大规模已经到了300—400万的规模,规模化肯定会让成本大幅度降低,所以海上开发希望是规模化开发,不是今年开发这一点,明年又开发这一点,这是整个资源包括国家资源也是比较浪费的,所以开发上希望规模化,设计上希望陆上大基地状态一样,能够形成千万千瓦级的规模,施工也希望规模化,三方面规模化会让总成本大幅度降低。

第二一体化,现在设计都是独立各个环节在做,主机上做主机上的设计,我做完我的设计以后,至于后面的工程、运维,在现有模式下,仅从主机设计的角度去考虑不能达到尽善尽美。对于设计院来说,设计院设计整个风电厂,它的设计可能是局限在它的范围之内,我们希望从设计院的角度考虑总设计情况下机组和整个链条在全链条怎么实现最优,这是未来的一个方向。

比如说现在光缆有很多优化,怎么样把这些新技术、这些创新技术应用在未来产业化的项目中去,对我们来说也是比较大的挑战。所以一体化是从一个大脑考虑全链条,真正让我们实现链条上的最优,实现产业链成本的最优。

第三定制化,大家这两年也提的比较多,解决方案是定制化的解决方案,其实在一定层级上定制化意味着成本是比较高的,因为每一个项目定制化你的装备、你的工装投入、装备投入也是比较高的。现在提的定制化从设计端考虑我的定制化针对规模化的风电厂进行定制化的服务,从设计的模块化以及施工装备定制化以及整个运营定制化,形成一整套系统来为平价保驾护航。以专业化、模块化以及平台化定制化的服务,最终实现综合成本最优。

刚才我们从技术环节提到了创新点,同时也从模式上倡导未来的创新点,要实现未来习主席“30﹒60”的目标,呈现给整个行业、呈现给社会的应该是健康的行业,海上风电线阶段还需要补贴支持,靠各个省的政策引导,只有不再依靠补贴,行业发展才能更蓬勃、更有力,对于未来实现平价需要整个行业共同创新,全链条协同创新,才能实现风电行业的勃勃生机,谢谢大家!

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)


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