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胡國良、秦海巖:打造自主可控的風電產業鏈

胡國良、秦海巖:打造自主可控的風電產業鏈

發布日期:2021-05-28 作者: 點擊:



胡國良:江蘇省社會科學院經濟研究所所長、研究員,江蘇省風電產業鏈專班成員;
秦海巖:中國可再生能源學會風能專業委員會秘書長。
江蘇要實現碳達峰、碳中和目標,必須構建以新能源為主體的新型電力系統。其中,把握世界風電技術前沿及發展趨勢,打造自主可控風電產業鏈是主要路徑之一。
從上世紀80、90年代開始,風力發電技術得到了飛速發展并逐漸成熟。風電產業憑借自身的優點在世界范圍迅速發展,2011-2020年,全世界風電總裝機容量從2.37億千瓦增加到7.5億千瓦。據估計, 2030年全球風電裝機將超過20億千瓦。
世界風電技術前沿及發展趨勢
世界風電技術前沿及發展趨勢,可以從工程技術和工程管理兩個視角來分析。從工程技術角度看,世界風電技術前沿體現在“大功率”“超遠程”“信息化”三個方面。從工程管理角度看,表現為“智能化”“物聯化”“標準化”三個層面。
大功率、高塔架、大葉片風電機組成為發展趨勢。大功率發電機組已經成為重要發展方向,西方主要風電機組正向海上風場10MW以上方向發展,西門子8-10MW風電機組、通用電氣12MW風電機組乃至更大功率電機已經投入使用。高塔架可以獲得更高的發電量,國外140-170米塔架已規?;瘧?。不斷通過技術手段降低塔架重量也是風電行業的重要趨勢。發展直徑200米及以上大型葉輪,運用激光和人工智能技術開展塔架凈空監控作業,推進葉片的輕量化、柔性化、可折疊成為方向。
發展深遠海、大漠、高原相適應的風力發電產業是重要方向。海上風電雖然起步較晚,但是憑借海風資源的穩定性和大發電功率的特點,海上風電近年來正在世界各地飛速發展。它具有高度依賴技術驅動的特質,已經具備了作為核心電源來推動未來全球低碳經濟發展的條件。2020年,英國是世界上最大的海上風電市場,裝機容量占全球的近36%,其次是德國,占29%。中國海上風電裝機量占全球裝機量的11%,躍居第三,當年新增海上風電裝機量世界第一。此外,為了充分利用風力資源,在大漠、高原建立風電場,其裝機量在風力發電中的比重也越來越大。
智能化、標準化、集群化融入風電運行監控系統。目前,世界風電場智能化運維技術正在向著信息化、標準化、集群化的方向發展。主要技術有:風電機組和風電場綜合智能化傳感技術,風電大數據收集、傳輸、存儲、整合及快速搜索提取技術;建立風電場監控系統信息模型及風電機組間通信兼容解決方案;大型風電場群遠程通信技術,開發風電場間通信協議及數據可視化展示平臺,實現風電場信息的無縫集成等。通過智能控制技術、先進傳感技術以及高速數據傳輸技術的深度融合,綜合分析風電機組運行狀態及工況條件,對機組運行參數進行實時調整,確保風電設備的高效、高可靠性運行。
運用大數據開展風電機組故障智能診斷和預警。風電運行維護與信息技術的深入融合包括建立包含風電場群運行數據、氣象數據、電網信息、風電設備運行信息的物聯網大數據平臺,通過多風電場群協同控制和綜合分析,加強風電機組智能控制和發電功率優化。當前在役風電場均配有監控與數據采集系統(SCADA),具備多年運行積累的歷史數據;為監測風電機組振動狀態,新增風電機組都配有振動狀態監測系統(CMS),基于大數據技術開展風電狀態監控及智能預警技術,開展風電機組狀態預測與故障診斷。運用大數據對風電機組進行健康狀態監測、故障診斷、壽命評估及自動化處置已經成為世界主要風電廠商都在積極投入的技術方向。
風電分散式應用及柔性并網技術廣泛推廣應用。歐美國家在風電的分散式應用和柔性并網技術日趨成熟,分散式接入和微網應用正成為日益發展的趨勢,其技術方向和適用性非常值得我國參考,尤其是對分散式接入電源的故障穿越、頻率支持和孤島保護等先進技術。此外,風電電源和傳統電源、儲能、負荷、其它新能源、充電樁和智能配電保護系統等都會產生更多元和深入的互動,在運行控制、信息交互和安全方面必將有廣闊的技術發展空間。
我國風電產業與國外風電技術之間的差距
風電機組關鍵技術與核心零部件受制于國外。我國風電機組部件仍存在部分“卡脖子”技術,存在斷供風險,主要包括:一是變頻器和變槳系統中使用的IGBT/IGCT半導體功率器件及核心控制芯片,主要被英飛凌(德國)、三菱(日本)、賽米控(德國)壟斷。二是用于大型風電機組的主軸軸承、齒輪箱和發電機中的高速軸軸承,主要被SKF(瑞典)、FAG(德國)、NSK(日本)等進口品牌壟斷。三是用于設計研發類的工程分析軟件,被歐美長期壟斷,還有一些短板技術與發達國家存在一定差距,主要包括風電機組主控以及認證測試系統用的高速數據采集系統芯片,葉片的雙軸疲勞測試設備以及自動化輔助生產設備。
風電場智能化建設及試驗測試技術落后于西方國家。首先是數字化風電技術。國外在自適應控制、風電場場群的尾流控制、數字化雙胞胎等方面處于示范應用階段。國內智能故障診斷預警尚沒有整套評估體系及成熟定量分析方法,陸上風電運維在精細化和信息化方面與國外存在差距,海上運維經驗缺乏,數字化與信息化亟待完善。其次是試驗測試技術。公共試驗系統技術研究落后于先進國家,尚沒有全尺度地面傳動鏈測試系統以及海上風電測試技術實證基地,未掌握相關測試技術,海上風電檢測能力尚未系統形成,國外已具備完善的公共試驗檢測能力。
超高塔架及深海施工建設技術與西方存在差距。首先,在施工建設技術領域,我國超高塔架技術處于起步階段,這方面需要結合我國市場需求及自然環境,提高線路設計與道路設計方案、地物識別算法,現場經驗識別、運輸狀態數字監控與現場施工計劃于一體的三維可視化施工過程管理。海上施工技術需要建立海上載荷閉環設計技術;實現海上環境-支撐結構-機組的共平臺整體迭代技術;支撐10MW及以上大型海上機組的施工及運維技術。此外,國外近海風電已規?;_發,遠海漂浮式風電示范運行,國內大功率海上漂浮式支撐結構技術差距較大。
江蘇打造風電產業鏈的方向及對策
推動智能化、信息化、標準化在風電建設中的運用。成立運用大數據開展風電機組故障智能診斷和預警示范企業,開展風電設備及運營體系標準化建設,提升江蘇在風電產業標準化建設中的示范和引領作用。推動開發大功率、超高塔技術,提供平價市場有競爭力的超高塔(160米以上)解決方案,助力開發超高空風資源市場,支撐整機在高切變市場保持塔架高度及成本的領先性。開展塔架凈空遠程監控技術和遠海風電運營大數據應用示范。
集中攻克面向深遠海的超大型風電機組及關鍵技術。集中力量攻克國內大功率海上漂浮式支撐結構技術,重點突破100米及以上大型葉片的輕量化與先進氣動設計制造技術;重點突破10MW及以上海上風電機組安裝運維技術;海上環境-支撐結構-機組的共平臺整體迭代優化及10MW以上大型海上機組的施工及運維技術;推進大功率陸上風電機組及關鍵部件綠色制造技術研發。重點研究海上風電場建設選址技術,提出適合江蘇遠海深水區風資源條件的風電機組優化布置方法。
建立大功率風電機組全尺度地面傳動鏈試驗基地。建議以行業龍頭企業為核心,建立集機械、電氣、環境、并網、仿真為一體的大型風電機組全尺寸整機傳動實驗基地,建立基于深遠海的應用場景來開展超大型風電機組研制及測試基地。用以測試機組的主軸承系、齒輪箱、發電機、機艙、變流、并網、主控等子系統性能。開展大型風電機組實驗技術研究、設計驗證、可靠性評估、故障模擬診斷、新技術實驗驗證等研究方向,突破風電機組機電傳動實驗規范和評估標準。
組建風電產業技術聯盟,有針對性開展關鍵技術攻關。江蘇省風電產業關聯企業已達150余家,組建以風電核心企業為龍頭,風電關聯企業為主體,產、學、研一體化的技術創新聯盟。聯盟瞄準風電產業領域國際先進水平,組織風電行業專家與聯盟企業,開展風電產業戰略研究、高端技術研究、關鍵設備開發,引導企業通過技術的創新、機制的創新、管理的創新以及資源配置的創新,提升江蘇風電產業鏈層級,打造風電產業的核心競爭力。
來源:新華日報

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