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机组大型化:让风“吹”出更多电

2023-11-15 08:55:26 中国科学报   作者: 黄守道  
 


风力发电机组。吕铭晟/摄

能源攸关国计民生和国家安全。党的十八大以来,极速体育直播和清洁能源发展被放在了更加突出的位置,以风力发电、极速体育直播发电为代表的极速体育直播产业实现快速发展。截至今年9月底,我国风电累计装机容量突破4亿千瓦,是2000年的1170多倍,装机总量连续13年稳居世界第一。

目前,风电已成我国发电量占比排首的第一大极速体育直播电源,经济优势越发凸显。据国际可再生能源署统计,按现有汇率计算,中国2022年陆上风电平均成本为每千瓦0.154元,基本实现平价;海上风电平均成本为每千瓦0.329元,趋于平价。

大型化技术持续创新

成本持续下降,离不开我国风电机组的持续创新和产品大型化迭代。在本世纪的20多年时间里,我国的各类科研计划对风电机组大型化技术给予资助,涵盖兆瓦级到20兆瓦级功率等级,包括国家“863”计划项目“1.5兆瓦低风速风力发电机组关键技术开发和整机研制”、国家重点研发计划项目“20兆瓦级海上新型风力发电实现机理及关键技术”等,其中一些项目的科技成果获得了国家科技进步奖二等奖、国家技术发明奖二等奖。

这一系列的风电机组大型化技术创新,有力支撑了风机产品迭代发展。我国于本世纪初实现了600千瓦级风电机组的批量生产,国产兆瓦级风电机组于2006年开始批量生产。到2022年,陆上风电机组大型化引领全球,6兆瓦机组成为主流机型,10兆瓦陆上机组下线。海上风电机组迭代速度则更快,10兆瓦机组成为主流机型,16兆瓦机组也于2023年装机并网。

风电降本的有效路径

为何风电机组大型化是风电降本的有效路径?一方面,风电机组大型化可以摊薄非设备成本。例如,将1吉瓦项目所需的100台10兆瓦风机升级为72台14兆瓦风机,可减少28个塔筒、塔桩的基建成本,进而对线路、塔架等的投入产生影响,推动整体配套、运维成本下降。数据显示,在1吉瓦海上风电场安装14兆瓦风机比10兆瓦风机节约超7亿元成本。另一方面,单机容量的提升意味着更大的扫风面积和更高的轮毂高度,切入风速更低,在同一地理位置可以捕获更多风能,提升风机利用小时数,增加有效发电量,最终降低度电成本。

风电机组大型化降本也有着清晰的路径,内生动力强劲。面向未来,风电机组容量将向20兆瓦、25兆瓦等大型化迈进,首要任务是风电机组大型化模式变革创新。现阶段风机大型化模式单一,均是沿着兆瓦级风机的技术路线进行放大,在增大容量、加长叶片和增高塔架方面进行创新。未来在20兆瓦、25兆瓦风机的研发上,若继续采取老方法将无法满足更大单机容量、更低度电成本的要求,需在风机结构形式和新型材料应用等方面进行底层革新,促进大型化发展模式全面变革,助推双机头风机、多叶轮风电系统等新技术的涌现和快速发展。

完善配套服务链与保障质量

要实现风电全产业链协同发展,完善配套服务链尤为重要。风电大型化加速发展,相应的运输、安装、施工等产业链条配套也要跟上。例如,海上风电需海上施工、海上船舶等行业的支持,匹配海上风电大型化发展速度。研究机构统计,截至2022年底,我国现役海上风电安装船仅有1艘具备15兆瓦风电机组吊装的能力、2艘可以满足10兆瓦以上风电机组安装需求;在建安装船以及驳船中,能够安装15兆瓦至16兆瓦风电机组的仅有5艘。

风电机组的大型化快速迭代,更要注重保障产品质量。与国外行业龙头产品的迭代速度相比,我国的风电机组迭代速度快了1倍以上,仅2022年我国风电企业就推出220余款新机型。风机迭代促使供应链不断被淘汰与更新,但新研发的大兆瓦风机缺少足够的测试,在得到充分验证之前就批量交付应用,可能存在一定的风机质量风险。因此,需关注大型化机组的可靠运行能力,给技术创新更多的验证时间,做好大部件的设计和试验,同时全面保障整机的工程试验验证,只有产品质量过关达优,机组的大型化变革才能真正推动全行业健康持续发展。

(作者系海上风力发电装备与风能高效利用全国重点实验室主任、湖南大学教授,本报记者王昊昊整理)




责任编辑: 李颖

标签:风电机组,大型化