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2023年的中国风电技术创新,基本延续了前一年发展态势与路径,仍以通过机组大型化进一步降低海上风电与陆上风电开发成本为主,研发面向未来新市场需求的产品技术为辅。其中,大型化的主要着力点包括“高、大、长”三个方面,也就是塔架高度进一步提升,单机容量稳步增大,叶片长度持续增加。
在高塔架技术上,金风科技成功实现了185m钢混塔吊装,创造了当时全球陆上风电塔架高度新纪录,从而为我国风能资源的高效开发利用拓展出新边界。远景能源则批量交付了170m钢混塔+135m分片式钢塔,其中钢混塔的混凝土段高度达到了137.3m。2023年11月,运达股份实现安装的一批风电机组,采用了超高性能混凝土(UHPC150)塔筒,高度达到180m,其中混塔段高达157.4m。
除上述钢混塔外,中车株洲所还自主设计开发了三边形桁架塔,首台机组在河南民权并网。该塔架采用模块化设计,独特的三边形结构能够减少钢材用量,各单元结构安装方便快捷,整机及塔架安装时间缩短至10天以内。
2023年,我国下线的海上风电、陆上风电机组最大单机容量均实现新突破。
一方面,2023年我国下线的海上风电机组最大单机容量达到了20兆瓦级,且在2022年新增吊装容量中排名前九的厂商,均已推出了14MW以上单机容量海上风电机组。11月,由东方电气联合中国华能下线的18MW机组,是全球单机容量与风轮直径最大的低速永磁(直驱)型海上风电机组。12月12日,明阳智能MySE18.X-20MW机型下线,是2023年全球已下线单机容量最大、风轮直径最大的海上机组。12月底,运达股份下线了深远海16~18MW漂浮式风电机组,成为全球已下线单机容量最大的漂浮式风电机组。除上述产品外,电气风电与明阳智能还分别下线了16+MW和16.XMW海上风电机型。
另一方面,2023年我国宣布下线的陆上风电机型,最大单机容量达到了11MW,比2022年提升3MW;平均单机容量达到8.9MW,比2022年提升2.6MW,从而使2023年陆上风电机组大型化增幅远超海上风电,最大单机容量提升37.5%。2023年新年伊始,三一重能就下线了8.5―11MW机型,风轮直径达到230m。明阳智能也下线了11MW陆上风电机组,风轮直径达到了233m,是2023年我国下线的单机容量与风轮直径最大的陆上风电机型。此外,中船海装下线了其单机容量为10MW、风轮直径为230m的陆上风电产品。
更长的叶片能尽可能多地捕获风能,从而提升风电机组发电能力。叶片的不断增长,在2023年对我国风电机组大型化发展起到了重要的支撑作用。在海上风电叶片方面,2023年东方风电与双瑞风电分别下线了126m长的叶片,均会应用在18MW海上风电机组上,使风轮直径提升到260m。远景能源则在2023年批量发运了EN252叶片,长度达到124m,风轮直径可达252m,用于配置在该公司生产的14MW海上风电机组上。
2023年,我国下线的最长陆上风电叶片突破了110m大关。例如,9月上旬,中国中车首支“230陆上风电叶片”成功下线,叶片长达112m,是当时全球最长陆上风电叶片。
除风电技术相对常规的“高、大、长”发展方向外,我国风电整机技术还有两个较新的领域,吸引了大量厂商投入研发资源。
一个是漂浮式海上风电技术。2023年,我国有三台漂浮式风电机组平台获得新进展。例如,5月,“海油观澜号”成功并入文昌油田群电网,为海上油气田输送绿电。它是全球首个水深超100m,离岸距离超100公里的“双百”海上风电项目。8月,中船海装“扶摇号”在智能微网模式下运行发电,为下一步利用漂浮式风电向岛礁或海上制氢、海工平台、海水淡化、智慧渔场等海洋设备供电提供了良好的示范。11月,由龙源电力负责开发建设,电气风电提供风电机组及塔筒的“国能共享号”宣告完工。该项目是全球首个深远海漂浮式风电与海洋牧场养殖一体化设计项目,漂浮式平台中间取正六边形作为养殖区域,平台上安装风电机组与光伏设备。
二是构网型风电机组技术。2023年,河北建投康保“以大代小”风电平价示范项目5台构网型风电机组实现了全部并网,这是我国首个构网型风电机组批量商业化项目,安装了5台金风科技构网型机组,由技术开发向大批量商业化应用迈出关键一步。2023年,运达股份与远景能源分别对构网型风电机组技术进行了实测验证或打造了相关示范工程;中车株洲所与明阳智能则获得了相关技术认证评估或功能证书。
风电整机技术的发展,离不开关键零部件研发与生产能力的支撑,更需要相关科研基础设施的保障。
2023年,是我国风电主轴承国产化发展的关键时期。洛阳LYC研制的16MW风电主轴承在福建平潭外海风电场完成安装,结束了我国无法研发制造超大容量海上风电机组主轴承的历史。轴研科技研制的18MW海上风电主轴承也顺利下线,刷新了国产风电主轴轴承最大单机容量的纪录。6月,中车永济电机20MW半直驱永磁风力发电机下线,实现了20兆瓦级风力发电机关键技术的新突破。
机组大型化需要大型试验装置的有力支撑。11月,在广东省汕头市举办的“2023国际海上风电技术创新大会”上,举行了“40兆瓦级风电机组电气及动力学六自由度实验平台”建设启动仪式。该平台建成后,将成为国际最大、全球领先的海上风电机组地面传动系统试验研究平台,填补世界空白,推动我国风电重大科研基础设施达到世界领先水平。
2023年,我国还有多艘风电安装、起重、敷缆、运维母船投运,实现我国海上风电工程能力的加速提升。
在风电安装船方面,2500吨自航自升式风电安装平台“海峰1001”正式交付,深远海一体化大型风电安装船“博强3060”号试航。5000吨“中天39”自航式全回转起重船的吉水,标志着这一“海上风电施工利器”建造取得重大阶段性进展。全国最大海缆施工船“启帆19号”出坞,成为我国首艘单个转盘装缆量超过万吨的海缆船。电气风电SOV运维母船吉水,集高效运维、绿色运维、智能运维于一体,是目前全球范围内解决深远海风电项目运维的最佳方案之一。
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