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华能清能院刘鑫:“十四五”海上风电技术八大重点研发方向思考

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2021/11/16 16:22:30  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“我们认为“十四五”海上风电重点研发涵盖面非常全而广,从整机到设计、施工、零部件,从材料各个方面都有,以下是我们关注的点:

一、海上风电“十四五”期间重要超大型海上风电机组研制,定义在15兆瓦级以上水平。二、深远海风电,漂浮式风电是走入深远海最重要的经济选择。目前漂浮式风电开发成本大概在4万元每千瓦左右,我们预计我国2030年左右能够漂浮式海上风电平价。

三、直流装备,直流送出是大规模远海风电的一个经济性选择,我们估计在离岸距离超过90公里,装机容量超过100万千瓦以上的水平,柔直送出比交流送出更具经济性和可靠性。四、低频输电系统,输电频率降低到15hz左右,则海底电缆经济合理的输电距离可以达到300km。

五、云边一体技术攻关与平台开发。我们需要数字化与风机协同,形成云边协同调度控制态势,构建开放的控制态势,实现风机、多风场协同调度运行体系。

六、海上风电制氢,当海上风电输送距离超过150公里以外,柔直工程的造价也会急剧增长。这种情况下,我们可以探索海上风电制氢核心是如何在海上建立成本可控的海上制氢站,以及氢能的如何运输。需要我们重点攻克,整个制氢全链条,从制备、储存、运输到应用关键装备技术,系统技术,工程技术,最终形成海上风电绿氢制备的技术体系。

七、海上风电“十四五”研发方向-能源岛。八、海洋风电组网。组网规划主要包括三种基本形式:场间交流、交流送出,场间交流、直流送出,以及场间直流和直流送出。”

——中国华能集团清洁能源技术研究院海上风电部主任刘鑫

2021年11月16日,中欧海上风电产业合作与技术创新论坛在盐城召开,中国华能集团清洁能源技术研究院海上风电部主任刘鑫出席论坛并作《“十四五”海上风电技术重点研发方向思考》主旨演讲,以下为发言实录:

刘鑫.jpg

刘鑫:大家下午好!我今天给大家分享题目报告是“十四五”中国海上风电重点研发思考,报告以下三个方面进行分享:

一、华能集团在海上风电发展战略

二、我们对“十四五”期间中国海上风电发展里面的一些重要方向思考

三、在这些重点研发方向里面,我们一些已经做的工作和初步的探索。

为了努力实现双碳目标,落实四个革命、一个合作能源革命新战略,保障能源安全转型是我国能源结构重要任务。为了实现这样一个任务,我们国家将要从2020年的新能源5亿千瓦装机,提升到2030年12亿千瓦装机,折算下来我国平均每年有7000-8000万千瓦新能源增量。

我国海岸线1.8万公里,有300万平方公里海域,我国海上风电有广阔发展前景。从水深而言,从5米到30米,近海海域大概2亿千瓦一个开发容量。从30米到60米,深远海水深大概5亿千瓦开发容量。我国的海域从北到南有不同平均风速,不同的建设投资成本和度电成本,与此对应适应性风场设计不尽相同,面临主要基础形势和工程挑战也不尽相同。

以江苏为例,江苏区域平均风速大概7米左右,主要的适应基础型设施单桩复合桶,面临问题就是冲刷。今年国家对海上补贴政策到此为止,客观来说对海上风电发展非常不利。但是,我们能够看到海上风电的技术创新带来的降本速度,远远比行业预计来的要快。我们预计在2020年中国海上风电工程的单位千瓦造价,从去年的1.4-1.8万元每千瓦降到1-1.4万每千瓦左右,所以2020年中国已经开始迎来了海上风电一个平价黄金发展时期。

我们早期预估“十四五”末,来的又快又猛。最近两个月海上风电主机价格已经跌破了4000元每千瓦,比之前主机招标价格下降40%。这是一个非常大幅度下降。

不同水深面临基础形势也是不尽相同,基础架施工占到海上风电全工程投资30%左右,在30米内我们是适应性单桩和重力式基础。在30米到60米之间,单桩、重力式、导管架、浮式风机基础处于竞争态势。超过60米外,浮式风机是最佳的选择。

华能集团作为中国海上风电一个重要的开发商,追寻两新两化战略,因此我们在中国从北到南布局了多个基地型海上风电,重点开发辽宁、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西。2019年5月份,集团公司也与江苏省政府签订战略合作协议,将要在江苏省打造千万千瓦级的海上风电基地。

我们是通过推进海上风电一个布局优化与建设,探索深远海管理机制与加速创新,推动工程示范落地。技术层面来说,华能追寻的就是以联合体共享价值创造,以华能为核心,结合制造厂、设计院、高校、认证机构以及施工企业的5位一体格局,通过联合体进行产学研联合,产业链联动,去推进打造一体化的解决方案,去进行技术创新和技术引领。最终形成通过技术升级和走向平价,推动海上风电大规模应用。

科研体系,是我们作为技术创新一个重要的机制保障,华能清洁能源研究院作为华能集团核心的新能源研发平台,承担华能集团公司一个新能源基础研发中心和海上风电基础研发中心重任,同时也是海上风电技术创新联盟以及中欧联盟能源合作的牵头单位。同时,我们也是开起门来搞创新,我们与华北电力大学联合成立了海上风电与智慧能源系统联合实验室,共同进行科技创新。同时我们组建了海上风电,创新联合体有26家单位参与,打造现代的海上风电产业链链长,推动技术创新。

第二部分,分享我们认为的“十四五”重点研发方向。海上风电涵盖面非常全,从整机到设计、施工、零部件,从材料各个方面都有,这几类是我们关注的点。

一、海上风电“十四五”期间重要超大型海上风电机组研制。我们定义在15兆瓦级以上这个水平,所以我们也是联合整机企业包括进行一个研制,产业化意味着我们打通产业链共同推进工作,数字化赋能施工技术的创新。重点突破是叶片主轴承、发电机、系统集成工艺形成全套技术。

二、深远海风电,漂浮式风电是走入深远海最重要的经济选择。目前漂浮式风电开发成本大概在4万元每千瓦左右,如果我们能够充分借鉴欧洲先进技术经验,同时能够发挥中国的制造业优势,预计中国可以走出比欧洲国家更快的漂浮式风电平价之路。我们预计2030年左右能够漂浮式海上风电平价。

漂浮式风电有风浪量载荷体系,自由运动分析都是我们重要难点。除了这些基本理论创新以外,还需要一些技术创新进行降本。

三、直流装备,直流送出是大规模远海风电的一个经济性选择,我们估计在离岸距离超过90公里,装机容量超过100万千瓦以上的水平,柔直送出比交流送出更具经济性和可靠性。中国实际上目前为止,没有正式的海上风电柔直工程进行投产,但是在建项目,中国陆上柔直输电技术比较早,我们有比较好的装备经验和工程经验。柔直送出比较困难,成本比较高,成本限制柔直大规模应用,所以说后续我们需要降低它的成本。以江苏如东中国第一个柔直海上风电送出示范工程为例,柔直示范工程造价在4000元每千瓦,这个价格非常高。就是说我们需要把它降到2000元以内,我们认为它有相关的关键技术进行降本,包括直流换流阀、大容量单向一体换流电、直流GRS、高压大界面等等,这些对推动海上风电远距离大规模输送比较有意义。

四、低频输电系统,输电频率降低到15hz左右,则海底电缆经济合理的输电距离可以达到300km。我们认为重点技术研发方向,在攻克海上风电低频输电系统安全稳定与过电压绝缘配合技术,低频换流器,低频变压器,断路器等核心设备关键技术研究。

五、云边一体技术攻关与平台开发。我们需要数字化与风机协同,形成云边协同调度控制态势,构建开放的控制态势,实现风机、多风场协同调度运行体系,实现风机、风场,我们有可感知、可预知、可优化、可调度以及可控制。

六、海上风电制氢,当海上风电输送距离超过150公里以外,柔直工程的造价也会急剧增长。这种情况下,我们可以探索海上风电制氢核心是如何在海上建立成本可控的海上制氢站,以及氢能的如何运输,是官网运输还是液化氢气之后船舶运输。需要我们重点攻克,整个制氢全链条,从制备、储存、运输到应用关键装备技术,系统技术,工程技术,最终形成海上风电绿氢制备的技术体系。

七、海上风电“十四五”研发方向-能源岛,能源岛作为对海上风电的一个补充,我们需要对以后的离岸距离较远的孤岛,海上作业平台以及海洋牧场等,对它提供包括电能、氢能、自研等等其他一系列的能源要素,我们需要打造综合能源岛。

八、海洋风电组网。因为电网没有介入,每一个开发商他的登陆点,实验站技术规格不尽相同,严重制约海上风电健康发展。所以,我们探讨也是一个政策的呼吁,能够让行业有序发展,需要开展海上风电组网规划研究,组网规划主要包括三种基本形式:场间交流、交流送出,场间交流、直流送出,以及场间直流和直流送出。这样我们可以一个送出,包括登陆点和其他技术规格进行设计。

最后一部分,介绍下华能海上风电核心技术创新,也是我们的基本探索。

1、海上环境综合预估平台;

2、精细化设计平台,这个主要设计到尾流,对海上风电影响能够达到20%以上,尾流系统控制对海上风电场至关重要。

3、一体化设计平台,对一个百万千瓦海上风电场,光物料成本能够节约2个亿。

4、冲刷防治与监控与预警系统。讲中国海上风电资源也讲到,江苏面临最严重问题就是冲刷问题,江苏现在有风场某些特定机位,冲刷程度超过15米,超过我们留出预量,对风机造成很大影响。我们开发对风机基础、以及升压站倾斜,不均匀沉降等的状况监测,构建了海上风电基础冲刷的防治工程技术。我们愿意与行业共同进完善海上风电防冲刷治理。

5、打造数字化风机。打造孪生系统,因为海上风电需要前期,包括预防性维护,冗余设计等都需要提前考虑,这个时候数字化系统对我们辅助决策和监控。

6、风机场网实时仿真系统,华能第一家建立风机到风场到电网实时仿真系统,具备全场景模拟300万千瓦海上风电场的能力。对后续电力市场交易一个预测,起到非常重要的支撑作用。

打造海上风电全生命周期平台,这个平台目前来说,我们是正在对集团内支撑服务,是集团、区域、场站、风机四级构架。也会对社会推广,其他厂商把相关东西介入到我们系统里面,能够从开发、建设到运维,进行全生命周期数字化一个平台支撑。

谢谢大家!

(北极星根据速记整理,未经演讲人审核)

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