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解码八仙角海上风电场—— “海装造”缘何创造海上三类风区的发电佳绩

北极星风力发电网  来源:《风能》  作者:夏云峰  2021/3/29 9:28:31  我要投稿  

北极星风力发电网讯:经过数年的培育,我国海上风电步入了规模化发展的快车道,被视为新能源开发的下一个“风口”,成为各地布局的重点产业。在这方面,拥有106 千米海岸线、风能资源丰富的江苏如东县无疑走在全国的前列,建成一批对我国海上风电发展进程产生过重要影响的项目。由中国海装与华能联手打造的如东八仙角海上风电场(下称“八仙角海上风电场”),就是其中的典型代表。

自投运以来,在不足7m/s 的年平均风速下,这个风电场的全部机组保持着稳定运行,20 台“海装造”更是领跑全场,创造了接近4000 小时的三类海上风能资源区单台机组年利用小时数纪录。

日前,本刊记者走进位于黄海之滨的八仙角海上风电场,实地探寻它的成功之道。

海上风电的黄埔军校

八仙角海上风电场是由华能江苏清洁能源分公司投资建设,总装机容量为30 万千瓦,共安装了3 个厂家的70 台海上风电机组,于2017 年9 月全部并网发电。

投运以来,全场运行表现大大超出预期。2018 年,在6.7m/s 的年平均风速下,年发电量突破9 亿千瓦时,年利用小时数超过3000 小时。2019 年,面对年平均风速为5.96m/s 的条件,年发电量达到6.6 亿千瓦时,年利用小时数超过2200 小时。

在良好的经济效益之外,八仙角海上风电场开发产生的更广泛价值在于,各个参与方从中汲取了大量的实践经验,为他们加快进军海上风电市场铺平道路。

“这是华能集团首个投产的海上风电场,实现集团在海上风电开发方面从零到一、从无到有的突破。”华能江苏清洁能源分公司相关负责人此前在接受本刊记者采访时表示,“让我们在海上风电项目施工建设、海洋生态环境修复、运维计划制定和资源调配等方面积累了宝贵经验。”

作为关键的整体解决方案提供商,在中国海装的海上风电业务发展历程中,八仙角海上风电场同样占据着特殊的地位。

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中国海装海上运维中心副总经理温树森认为,这个项目的建设,标志着中国海装在推进海上风电业务上取得重要突破:首个拥有自主知识产权的海上风电机组从样机运行,进入批量化装机阶段;项目运营上,从前期在潮间带时,只能通过坐拖拉机、小船等,根据潮位来进行运维,转变为以专业化、数字化、标准化为特征的近海风电运维模式。

“几年来,我们学到了很多,比如说机组的设计优化,因为批量化装机后,会发现一些设计上需要逐步改进的地方。”他介绍道,“基于实际运维中发现的问题,我们开发了智能运维系统,建立起标准化的海上运维服务体系,并打造出一支敢打敢拼的服务团队,为后续订单的获取提供坚实支撑。”

有意思的是,依托于该项目,中国海装在如东成立了江苏海装风电设备有限公司,集整机制造、运维培训于一体,这也使得八仙角海上风电场在这家企业的内部有了海上风电工程师的“黄埔军校”之称。新员工入职后,通常会在这里接受培训,内容覆盖安全认知、制造流程、运维实操等。

目前,江苏海装风电设备有限公司能够年生产风电整机超过50 万千瓦,同时具备大部件的售后服务和风电项目的EPC能力,主要辐射华南、华中、华东地区和海外市场。

5年打磨的拳头产品

八仙角海上风电场广受关注的一个原因是,项目安装了中国海装的19 台H151-5MW 机组以及1 台H171-5MW 机组,开创国内批量化应用5 兆瓦海上风电机组的先河。

3 年来,20 台机组运行表现抢眼,2018 年共计发电3.2351 亿千瓦时,年利用小时数为3235 小时,可利用率达到98.8%,在全场对标中排名第一。2019 年,这一良好势头得以延续,全年发电量达到2.42 亿千瓦时,年利用小时数为2420 小时,可利用率超过99.49%。

能取得如此成绩,首先得益于设计上的多重保障。

温树森举例说,传感器采用冗余设计,确保机组可以保持可靠运行;发电系统采用双绕组设计,当一套绕组或一个变频器失效时,能够让机组限功率运行,最大限度降低停机造成的损失。

此外,为了提高可靠性,中国海装还对5MW 机组进行了长时间验证以及持续优化。

据悉, 早在2010 年, 中国海装即启动5MW 机组的设计。2012 年,2 台样机并网发电,而到八仙角海上风电场投运,已经历时5 年。期间,根据样机运行中发现的问题,技术人员对该机型的齿轮箱、扭缆、状态监控系统(CMS)等开展过多项技改。

“只有我们认为一款产品已经成熟,部件性能非常稳定了,才会选择批量装机。”中国海装相关负责人强调。

值得注意的是,H171-5MW 机组的风轮直径达到171 米,创造了当时的全球之最。它的单位千瓦扫风面积为4.59m2,比主流海上风电机组增加30% 以上。

温树森指出,长江以北的广大海域年平均风速较低,增加机组的扫风面积,能够在一定程度上提高发电量,给业主创造更高的收益。

同时,在继承H151-5MW 机组优点的基础上,H171-5MW 机组还吸收了多项最新的技术创新成果,包括叶根分离载荷、螺栓疲劳载荷计算、变桨轴承设计迭代分析方法、系统分解等。该机型采用了当时全球5MW 机组中重量最轻的叶片,主梁为碳纤维真空灌注,厚度及长度均为全球第一。此外,技术人员还优化了增速箱和变桨、偏航轴承齿轮的安全系数。

实际运行中,H171-5MW 机组不负众望。2018 年,其年利用小时数高达3957 小时。2019 年,虽然风速较低,该机组的年利用小时数依然突破3000 小时。

“这就为中低风速海上风电市场提供一个新的选择,相应拓宽了海上风电降本的空间。”温树森说。

海上运维的智慧未来

总装机30 万千瓦,为国内投产规模最大的海上风电项目;平均离岸距离达23 千米,被业内称为“中国远海风电项目的领跑者”,八仙角海上风电场所具有的这两个显著特征都给运维工作造成巨大挑战。

温树森坦言,海上风电运维中面临的主要问题是可达性差,经验积累也不足,“亟待从提高运维船只的专业化程度与运维环节的数字化水平着手加以解决”。

据悉,当前,国内海上风电运维船仍以普通运维船为主,耐波性、靠泊能力、装载能力、安全性等较差,对专业运维船、运维母船的需求日益迫切。为此,中国海装正在联合中国船舶集团内的兄弟单位加快建造专业运维船。

在数字化运维平台的部署方面,这家企业的探索已经初见成效。从项目现场到重庆总部,一个基于LiGa 大数据平台的智能运维体系初步搭建起来。

温树森指出,设计这套系统的初衷是,提前发现问题,通过智能排程,以最小的成本处理故障。

记者了解到,借助这套系统,整个运维过程形成了闭环。

首先,机组的运行状态数据会上传至LiGa 大数据平台,经过解析后,它们紧接着被输入到智能预警平台,由相应的模型对故障进行诊断,再结合专家库给出解决方案。

随后,工作任务被发送到智能排程系统中,由系统综合任务要求,气象、人员、船舶等条件,形成一个最优的执行方案,涵盖出海路径、时间、人员、物资等方面的详细安排。再将相关结果下发到调度系统进行分配,并推送到现场运维人员的手机客户端上,通知他们执行任务。

任务结束后,运维人员需要回填工作内容,并自动推送到故障诊断和智能排程平台,作为经验数据供模型不断自学习,使之运行得越来越准确。

在温树森看来,产业发展的规模化、运维装备的专业化、运维过程的数字化,将是推动海上风电成本进一步下降的主要驱动力。

运维过程中,安全是另一个必须予以高度重视的方面。

在八仙角海上风电场,运维人员均接受过严格的海上应急逃生、急救等培训。出海前,以班组为单位对任务进行分析,开展安全教育。执行任务过程中,会通过智能运维系统推送安全隐患信息,提醒运维人员

注意。

“安全问题出现的根源还是思想上的松懈,如果大家严格遵守规章制度,风险就会被降到最低。”温树森指出,“我们通过不断增强现场人员的安全意识,使他们养成规范化操作的习惯,来降低发生事故的概率。

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