面朝大海，人們經(jīng)常能看到這么一幅美麗的畫面：一座座擎天而立的風(fēng)車迎來朝陽，送走晚霞，挽著海風(fēng)，悠悠旋轉(zhuǎn)。美的同時(shí)，創(chuàng)造著源源不斷的綠色能源。
殊不知，為了傲立大海，這些大家伙在入海前卻要經(jīng)歷“魔鬼般”的考驗(yàn)。近日，記者走進(jìn)國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地，探究海上風(fēng)機(jī)是怎么“煉”成的。
海上風(fēng)機(jī)的“體檢中心”
福建省福清市東南角的陸海連接處，坐落著占地200畝的國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地。走進(jìn)基地，兩棟建筑格外醒目，它們分別是基地的兩大核心設(shè)備——傳動鏈平臺和葉片試驗(yàn)平臺。
去年12月，傳動鏈平臺建成投運(yùn)。如今，葉片試驗(yàn)平臺已完成封頂，正在進(jìn)行筏板基礎(chǔ)和支墩澆筑工作。
為什么要建設(shè)海上風(fēng)電試驗(yàn)基地？沒有該基地，以往又是如何給海上風(fēng)機(jī)“體檢”？
基地建設(shè)方代表王瑞告訴記者，近年來我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，海上風(fēng)電機(jī)組從最初的6兆瓦逐步發(fā)展到10兆瓦、18兆瓦，去年全球單機(jī)容量最大的26兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組也成功下線。大兆瓦機(jī)型因?yàn)榘l(fā)電效益高，受到風(fēng)機(jī)廠家的青睞。我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將全面進(jìn)入“20兆瓦+”時(shí)代。
然而，新的問題產(chǎn)生——大容量的海上風(fēng)機(jī)缺乏“實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)”。這就需要一個(gè)試驗(yàn)基地，驗(yàn)證它們的性能。
王瑞說，以前，海上風(fēng)機(jī)是在陸上“體檢”。這種方式無法模擬真實(shí)海上環(huán)境，也無法進(jìn)行海上發(fā)電并網(wǎng)試驗(yàn)，各個(gè)“體檢中心”不僅試驗(yàn)?zāi)芰⒉畈积R，還存在檢測周期長、成本高的弊端，已無法適應(yīng)當(dāng)前高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求。因此，建設(shè)海上風(fēng)電試驗(yàn)基地迫在眉睫。
2023年12月，在國家電網(wǎng)有限公司和中國華電集團(tuán)有限公司等單位共同投資下，我國首個(gè)國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地開工建設(shè)。
基地規(guī)劃建設(shè)6個(gè)陸上試驗(yàn)機(jī)位和20至40個(gè)海上試驗(yàn)機(jī)位，可以提供包括海上風(fēng)電并網(wǎng)檢測、型式認(rèn)證、整機(jī)和部件試驗(yàn)、電網(wǎng)友好型試驗(yàn)、基礎(chǔ)試驗(yàn)、葉片試驗(yàn)在內(nèi)6大類19項(xiàng)設(shè)備檢測與認(rèn)證服務(wù)。“原來檢測1套海上風(fēng)電機(jī)組大約需要一兩年時(shí)間，我們的試驗(yàn)基地建成后，不再需要看天吃飯，每年能完成3—4套設(shè)備的檢測。”王瑞說。
極端環(huán)境下的“抗壓考試”
基地是如何給海上風(fēng)機(jī)做“體檢”的？為此，這里“精心準(zhǔn)備”了多重關(guān)卡。
第一關(guān)是大風(fēng)的考驗(yàn)。風(fēng)機(jī)工作時(shí)，看似慢慢地勻速轉(zhuǎn)動，其實(shí)不然。當(dāng)大風(fēng)襲來，葉片會受到一種力的作用，這個(gè)力就是葉片所承受的一種載荷。想象一下，風(fēng)機(jī)就像一個(gè)長跑運(yùn)動員，在跑步過程中承受了多重“負(fù)擔(dān)”，除自身的重力外，還有風(fēng)給身體帶來的阻力，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力等。海浪沖刷風(fēng)機(jī)塔筒，也會給葉片帶來力的作用，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)還會產(chǎn)生離心力。
但大自然的風(fēng)不會那么“聽話”，時(shí)而暴躁、時(shí)而溫柔，風(fēng)向不定，復(fù)雜多樣。
國網(wǎng)福建電科院海上風(fēng)電科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干曾志杰介紹，基地的傳動鏈平臺，可真實(shí)、可控、全面地構(gòu)建海上風(fēng)電場自然工況，同時(shí)還能模擬海上風(fēng)電交流、直流不同送出方式下的復(fù)雜并網(wǎng)環(huán)境及各類故障擾動工況。
被試驗(yàn)的海上風(fēng)機(jī)在該平臺的六自由度載荷模擬裝置里，會受到六個(gè)維度的力的肆意極限拉扯。按現(xiàn)場試驗(yàn)人員的話講，要過關(guān)必須經(jīng)受最“妖”的風(fēng)、最“野”的浪、最“亂”的流。
第二關(guān)是經(jīng)受復(fù)雜的并網(wǎng)環(huán)境考驗(yàn)。風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)之間能否“和睦相處”，還要看它是否可以通過電網(wǎng)適應(yīng)性、故障穿越特性、電網(wǎng)支撐特性等幾項(xiàng)測試。
怎么理解？可以把電網(wǎng)想象成一條巨大的“電力高速公路”，風(fēng)電機(jī)組就是行駛在“電力高速公路”上的“車”，這臺“車”上路之前需要檢驗(yàn)其是否掌握“高速公路”的各種交通規(guī)則，能否安全應(yīng)對各種路況，特別是遇到突發(fā)路況。
例如，拿電網(wǎng)適應(yīng)性測試舉例。電網(wǎng)的電壓就像“車道寬度”，頻率就像“車速”。在高速上，車道寬度和限速并非固定不變，電網(wǎng)適應(yīng)性測試就是檢驗(yàn)風(fēng)電機(jī)組這臺“車”在“不規(guī)整車道”上，也就是在電網(wǎng)電壓幅值波動變化時(shí)，是否可以安全運(yùn)行?；蚴窃陔娋W(wǎng)頻率變化時(shí)，能否調(diào)整自己的頻率“車速”，來應(yīng)對“限速”。
還有一場極端的“抗壓考試”。就像高速公路上的突發(fā)事故一樣，電網(wǎng)也可能會因?yàn)槟撤N原因出現(xiàn)短路、斷路等故障，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突然下降或者上升。故障電壓穿越能力測試可以給風(fēng)機(jī)提前組織一場突發(fā)狀況下的“抗壓考試”，可用于分析機(jī)組在遇到“意外狀況”時(shí)，能否持續(xù)運(yùn)行，以及“意外狀況”消失后能否快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
真實(shí)的測試遠(yuǎn)不止這些。曾志杰說，電網(wǎng)適應(yīng)性測試、故障電壓穿越能力測試、寬頻阻抗測試……這些都是為了驗(yàn)證并網(wǎng)風(fēng)機(jī)足夠“堅(jiān)強(qiáng)”。
產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合
海上風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上游為海上風(fēng)電裝備制造，主要包括風(fēng)電葉片、齒輪箱等零部件的設(shè)計(jì)制造和整機(jī)裝配等；中游為海上風(fēng)電裝備試驗(yàn)、運(yùn)輸及施工建設(shè)；下游為海上風(fēng)電運(yùn)維、并網(wǎng)消納以及風(fēng)電應(yīng)用。
《全球海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，我國風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)能占全球市場的60%，葉片產(chǎn)能占全球市場的64%，齒輪箱產(chǎn)能占全球市場的80%，發(fā)電機(jī)產(chǎn)能占全球市場的73%。
對于正處于蓬勃發(fā)展中的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)而言，海上風(fēng)電試驗(yàn)基地的開工建設(shè)，不僅能為相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的科技攻關(guān)創(chuàng)造良好條件，更將為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈的深入融合提供寶貴機(jī)遇。
“基地可以為海上風(fēng)電裝備制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、運(yùn)營單位等產(chǎn)業(yè)鏈上下游提供科研攻關(guān)、試驗(yàn)驗(yàn)證、交流共享等全方位服務(wù)。這將推動形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，加速產(chǎn)品研發(fā)升級，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。”國網(wǎng)福建電力科技部主任方日升說。
當(dāng)前，福建依托優(yōu)越的海上風(fēng)力資源，加快發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園引進(jìn)金風(fēng)科技、東方電氣等多家知名海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，形成風(fēng)機(jī)以及主要零配件的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)格局，全省海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)集群年產(chǎn)值100億元。
“今后基地將依托強(qiáng)大的東南能源大數(shù)據(jù)中心，促使海上風(fēng)電從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行的每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連，編織成一條完整的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈。”方日升說。
面朝大海，人們經(jīng)常能看到這么一幅美麗的畫面：一座座擎天而立的風(fēng)車迎來朝陽，送走晚霞，挽著海風(fēng)，悠悠旋轉(zhuǎn)。美的同時(shí)，創(chuàng)造著源源不斷的綠色能源。
殊不知，為了傲立大海，這些大家伙在入海前卻要經(jīng)歷“魔鬼般”的考驗(yàn)。近日，記者走進(jìn)國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地，探究海上風(fēng)機(jī)是怎么“煉”成的。
海上風(fēng)機(jī)的“體檢中心”
福建省福清市東南角的陸海連接處，坐落著占地200畝的國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地。走進(jìn)基地，兩棟建筑格外醒目，它們分別是基地的兩大核心設(shè)備——傳動鏈平臺和葉片試驗(yàn)平臺。
去年12月，傳動鏈平臺建成投運(yùn)。如今，葉片試驗(yàn)平臺已完成封頂，正在進(jìn)行筏板基礎(chǔ)和支墩澆筑工作。
為什么要建設(shè)海上風(fēng)電試驗(yàn)基地？沒有該基地，以往又是如何給海上風(fēng)機(jī)“體檢”？
基地建設(shè)方代表王瑞告訴記者，近年來我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，海上風(fēng)電機(jī)組從最初的6兆瓦逐步發(fā)展到10兆瓦、18兆瓦，去年全球單機(jī)容量最大的26兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組也成功下線。大兆瓦機(jī)型因?yàn)榘l(fā)電效益高，受到風(fēng)機(jī)廠家的青睞。我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將全面進(jìn)入“20兆瓦+”時(shí)代。
然而，新的問題產(chǎn)生——大容量的海上風(fēng)機(jī)缺乏“實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)”。這就需要一個(gè)試驗(yàn)基地，驗(yàn)證它們的性能。
王瑞說，以前，海上風(fēng)機(jī)是在陸上“體檢”。這種方式無法模擬真實(shí)海上環(huán)境，也無法進(jìn)行海上發(fā)電并網(wǎng)試驗(yàn)，各個(gè)“體檢中心”不僅試驗(yàn)?zāi)芰⒉畈积R，還存在檢測周期長、成本高的弊端，已無法適應(yīng)當(dāng)前高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求。因此，建設(shè)海上風(fēng)電試驗(yàn)基地迫在眉睫。
2023年12月，在國家電網(wǎng)有限公司和中國華電集團(tuán)有限公司等單位共同投資下，我國首個(gè)國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地開工建設(shè)。
基地規(guī)劃建設(shè)6個(gè)陸上試驗(yàn)機(jī)位和20至40個(gè)海上試驗(yàn)機(jī)位，可以提供包括海上風(fēng)電并網(wǎng)檢測、型式認(rèn)證、整機(jī)和部件試驗(yàn)、電網(wǎng)友好型試驗(yàn)、基礎(chǔ)試驗(yàn)、葉片試驗(yàn)在內(nèi)6大類19項(xiàng)設(shè)備檢測與認(rèn)證服務(wù)。“原來檢測1套海上風(fēng)電機(jī)組大約需要一兩年時(shí)間，我們的試驗(yàn)基地建成后，不再需要看天吃飯，每年能完成3—4套設(shè)備的檢測。”王瑞說。
極端環(huán)境下的“抗壓考試”
基地是如何給海上風(fēng)機(jī)做“體檢”的？為此，這里“精心準(zhǔn)備”了多重關(guān)卡。
第一關(guān)是大風(fēng)的考驗(yàn)。風(fēng)機(jī)工作時(shí)，看似慢慢地勻速轉(zhuǎn)動，其實(shí)不然。當(dāng)大風(fēng)襲來，葉片會受到一種力的作用，這個(gè)力就是葉片所承受的一種載荷。想象一下，風(fēng)機(jī)就像一個(gè)長跑運(yùn)動員，在跑步過程中承受了多重“負(fù)擔(dān)”，除自身的重力外，還有風(fēng)給身體帶來的阻力，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力等。海浪沖刷風(fēng)機(jī)塔筒，也會給葉片帶來力的作用，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)還會產(chǎn)生離心力。
但大自然的風(fēng)不會那么“聽話”，時(shí)而暴躁、時(shí)而溫柔，風(fēng)向不定，復(fù)雜多樣。
國網(wǎng)福建電科院海上風(fēng)電科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干曾志杰介紹，基地的傳動鏈平臺，可真實(shí)、可控、全面地構(gòu)建海上風(fēng)電場自然工況，同時(shí)還能模擬海上風(fēng)電交流、直流不同送出方式下的復(fù)雜并網(wǎng)環(huán)境及各類故障擾動工況。
被試驗(yàn)的海上風(fēng)機(jī)在該平臺的六自由度載荷模擬裝置里，會受到六個(gè)維度的力的肆意極限拉扯。按現(xiàn)場試驗(yàn)人員的話講，要過關(guān)必須經(jīng)受最“妖”的風(fēng)、最“野”的浪、最“亂”的流。
第二關(guān)是經(jīng)受復(fù)雜的并網(wǎng)環(huán)境考驗(yàn)。風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)之間能否“和睦相處”，還要看它是否可以通過電網(wǎng)適應(yīng)性、故障穿越特性、電網(wǎng)支撐特性等幾項(xiàng)測試。
怎么理解？可以把電網(wǎng)想象成一條巨大的“電力高速公路”，風(fēng)電機(jī)組就是行駛在“電力高速公路”上的“車”，這臺“車”上路之前需要檢驗(yàn)其是否掌握“高速公路”的各種交通規(guī)則，能否安全應(yīng)對各種路況，特別是遇到突發(fā)路況。
例如，拿電網(wǎng)適應(yīng)性測試舉例。電網(wǎng)的電壓就像“車道寬度”，頻率就像“車速”。在高速上，車道寬度和限速并非固定不變，電網(wǎng)適應(yīng)性測試就是檢驗(yàn)風(fēng)電機(jī)組這臺“車”在“不規(guī)整車道”上，也就是在電網(wǎng)電壓幅值波動變化時(shí)，是否可以安全運(yùn)行?；蚴窃陔娋W(wǎng)頻率變化時(shí)，能否調(diào)整自己的頻率“車速”，來應(yīng)對“限速”。
還有一場極端的“抗壓考試”。就像高速公路上的突發(fā)事故一樣，電網(wǎng)也可能會因?yàn)槟撤N原因出現(xiàn)短路、斷路等故障，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突然下降或者上升。故障電壓穿越能力測試可以給風(fēng)機(jī)提前組織一場突發(fā)狀況下的“抗壓考試”，可用于分析機(jī)組在遇到“意外狀況”時(shí)，能否持續(xù)運(yùn)行，以及“意外狀況”消失后能否快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
真實(shí)的測試遠(yuǎn)不止這些。曾志杰說，電網(wǎng)適應(yīng)性測試、故障電壓穿越能力測試、寬頻阻抗測試……這些都是為了驗(yàn)證并網(wǎng)風(fēng)機(jī)足夠“堅(jiān)強(qiáng)”。
產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合
海上風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上游為海上風(fēng)電裝備制造，主要包括風(fēng)電葉片、齒輪箱等零部件的設(shè)計(jì)制造和整機(jī)裝配等；中游為海上風(fēng)電裝備試驗(yàn)、運(yùn)輸及施工建設(shè)；下游為海上風(fēng)電運(yùn)維、并網(wǎng)消納以及風(fēng)電應(yīng)用。
《全球海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，我國風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)能占全球市場的60%，葉片產(chǎn)能占全球市場的64%，齒輪箱產(chǎn)能占全球市場的80%，發(fā)電機(jī)產(chǎn)能占全球市場的73%。
對于正處于蓬勃發(fā)展中的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)而言，海上風(fēng)電試驗(yàn)基地的開工建設(shè)，不僅能為相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的科技攻關(guān)創(chuàng)造良好條件，更將為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈的深入融合提供寶貴機(jī)遇。
“基地可以為海上風(fēng)電裝備制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、運(yùn)營單位等產(chǎn)業(yè)鏈上下游提供科研攻關(guān)、試驗(yàn)驗(yàn)證、交流共享等全方位服務(wù)。這將推動形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，加速產(chǎn)品研發(fā)升級，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。”國網(wǎng)福建電力科技部主任方日升說。
當(dāng)前，福建依托優(yōu)越的海上風(fēng)力資源，加快發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園引進(jìn)金風(fēng)科技、東方電氣等多家知名海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，形成風(fēng)機(jī)以及主要零配件的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)格局，全省海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)集群年產(chǎn)值100億元。
“今后基地將依托強(qiáng)大的東南能源大數(shù)據(jù)中心，促使海上風(fēng)電從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行的每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連，編織成一條完整的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈。”方日升說。
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