解碼八仙角海上風電場——“海裝造”緣何創(chuàng)造海上三類風區(qū)的發(fā)電佳績

夏云峰

經(jīng)過數(shù)年的培育，我國海上風電步入了規(guī)?；l(fā)展的快車道，被視為新能源開發(fā)的下一個“風口”，成為各地布局的重點產(chǎn)業(yè)。在這方面，擁有106千米海岸線、風能資源豐富的江蘇如東縣無疑走在全國的前列，建成一批對我國海上風電發(fā)展進程產(chǎn)生過重要影響的項目。由中國海裝與華能聯(lián)手打造的如東八仙角海上風電場（下稱“八仙角海上風電場”），就是其中的典型代表。

自投運以來，在不足7m/s的年平均風速下，這個風電場的全部機組保持著穩(wěn)定運行，20臺“海裝造”更是領(lǐng)跑全場，創(chuàng)造了接近4000小時的三類海上風能資源區(qū)單臺機組年利用小時數(shù)紀錄。

日前，本刊記者走進位于黃海之濱的八仙角海上風電場，實地探尋它的成功之道。

海上風電的黃埔軍校

八仙角海上風電場是由華能江蘇清潔能源分公司投資建設(shè)，總裝機容量為30萬千瓦，共安裝了3個廠家的70臺海上風電機組，于2017年9月全部并網(wǎng)發(fā)電。

投運以來，全場運行表現(xiàn)大大超出預(yù)期。2018年，在6.7m/s的年平均風速下，年發(fā)電量突破9億千瓦時，年利用小時數(shù)超過3000小時。2019年，面對年平均風速為5.96m/s的條件，年發(fā)電量達到6.6億千瓦時，年利用小時數(shù)超過2200小時。

在良好的經(jīng)濟效益之外，八仙角海上風電場開發(fā)產(chǎn)生的更廣泛價值在于，各個參與方從中汲取了大量的實踐經(jīng)驗，為他們加快進軍海上風電市場鋪平道路。

“這是華能集團首個投產(chǎn)的海上風電場，實現(xiàn)集團在海上風電開發(fā)方面從零到一、從無到有的突破?！比A能江蘇清潔能源分公司相關(guān)負責人此前在接受本刊記者采訪時表示，“讓我們在海上風電項目施工建設(shè)、海洋生態(tài)環(huán)境修復(fù)、運維計劃制定和資源調(diào)配等方面積累了寶貴經(jīng)驗?！?/p>

作為關(guān)鍵的整體解決方案提供商，在中國海裝的海上風電業(yè)務(wù)發(fā)展歷程中，八仙角海上風電場同樣占據(jù)著特殊的地位。

中國海裝海上運維中心副總經(jīng)理溫樹森認為，這個項目的建設(shè)，標志著中國海裝在推進海上風電業(yè)務(wù)上取得重要突破：首個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的海上風電機組從樣機運行，進入批量化裝機階段；項目運營上，從前期在潮間帶時，只能通過坐拖拉機、小船等，根據(jù)潮位來進行運維，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫I(yè)化、數(shù)字化、標準化為特征的近海風電運維模式。

“幾年來，我們學到了很多，比如說機組的設(shè)計優(yōu)化，因為批量化裝機后，會發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計上需要逐步改進的地方?！彼榻B道，“基于實際運維中發(fā)現(xiàn)的問題，我們開發(fā)了智能運維系統(tǒng)，建立起標準化的海上運維服務(wù)體系，并打造出一支敢打敢拼的服務(wù)團隊，為后續(xù)訂單的獲取提供堅實支撐。”

有意思的是，依托于該項目，中國海裝在如東成立了江蘇海裝風電設(shè)備有限公司，集整機制造、運維培訓于一體，這也使得八仙角海上風電場在這家企業(yè)的內(nèi)部有了海上風電工程師的“黃埔軍?！敝Q。新員工入職后，通常會在這里接受培訓，內(nèi)容覆蓋安全認知、制造流程、運維實操等。

目前，江蘇海裝風電設(shè)備有限公司能夠年生產(chǎn)風電整機超過50萬千瓦，同時具備大部件的售后服務(wù)和風電項目的EPC能力，主要輻射華南、華中、華東地區(qū)和海外市場。

5年打磨的拳頭產(chǎn)品

八仙角海上風電場廣受關(guān)注的一個原因是，項目安裝了中國海裝的19臺H151-5MW機組以及1臺H171-5MW機組，開創(chuàng)國內(nèi)批量化應(yīng)用5兆瓦海上風電機組的先河。

3年來，20臺機組運行表現(xiàn)搶眼，2018年共計發(fā)電3.2351億千瓦時，年利用小時數(shù)為3235小時，可利用率達到98.8%，在全場對標中排名第一。2019年，這一良好勢頭得以延續(xù)，全年發(fā)電量達到2.42億千瓦時，年利用小時數(shù)為2420小時，可利用率超過99.49%。

能取得如此成績，首先得益于設(shè)計上的多重保障。

溫樹森舉例說，傳感器采用冗余設(shè)計，確保機組可以保持可靠運行；發(fā)電系統(tǒng)采用雙繞組設(shè)計，當一套繞組或一個變頻器失效時，能夠讓機組限功率運行，最大限度降低停機造成的損失。

此外，為了提高可靠性，中國海裝還對5MW機組進行了長時間驗證以及持續(xù)優(yōu)化。

據(jù)悉，早在2010年，中國海裝即啟動5MW機組的設(shè)計。2012年，2臺樣機并網(wǎng)發(fā)電，而到八仙角海上風電場投運，已經(jīng)歷時5年。期間，根據(jù)樣機運行中發(fā)現(xiàn)的問題，技術(shù)人員對該機型的齒輪箱、扭纜、狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（CMS）等開展過多項技改。

“只有我們認為一款產(chǎn)品已經(jīng)成熟，部件性能非常穩(wěn)定了，才會選擇批量裝機?！敝袊Ｑb相關(guān)負責人強調(diào)。

值得注意的是，H171-5MW機組的風輪直徑達到171米，創(chuàng)造了當時的全球之最。它的單位千瓦掃風面積為4.59m2，比主流海上風電機組增加30%以上。

溫樹森指出，長江以北的廣大海域年平均風速較低，增加機組的掃風面積，能夠在一定程度上提高發(fā)電量，給業(yè)主創(chuàng)造更高的收益。

同時，在繼承H151-5MW機組優(yōu)點的基礎(chǔ)上，H171-5MW機組還吸收了多項最新的技術(shù)創(chuàng)新成果，包括葉根分離載荷、螺栓疲勞載荷計算、變槳軸承設(shè)計迭代分析方法、系統(tǒng)分解等。該機型采用了當時全球5MW機組中重量最輕的葉片，主梁為碳纖維真空灌注，厚度及長度均為全球第一。此外，技術(shù)人員還優(yōu)化了增速箱和變槳、偏航軸承齒輪的安全系數(shù)。

實際運行中，H171-5MW機組不負眾望。2018年，其年利用小時數(shù)高達3957小時。2019年，雖然風速較低，該機組的年利用小時數(shù)依然突破3000小時。

“這就為中低風速海上風電市場提供一個新的選擇，相應(yīng)拓寬了海上風電降本的空間。”溫樹森說。

海上運維的智慧未來

總裝機30萬千瓦，為國內(nèi)投產(chǎn)規(guī)模最大的海上風電項目；平均離岸距離達23千米，被業(yè)內(nèi)稱為“中國遠海風電項目的領(lǐng)跑者”，八仙角海上風電場所具有的這兩個顯著特征都給運維工作造成巨大挑戰(zhàn)。

溫樹森坦言，海上風電運維中面臨的主要問題是可達性差，經(jīng)驗積累也不足，“亟待從提高運維船只的專業(yè)化程度與運維環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平著手加以解決”。

據(jù)悉，當前，國內(nèi)海上風電運維船仍以普通運維船為主，耐波性、靠泊能力、裝載能力、安全性等較差，對專業(yè)運維船、運維母船的需求日益迫切。為此，中國海裝正在聯(lián)合中國船舶集團內(nèi)的兄弟單位加快建造專業(yè)運維船。

在數(shù)字化運維平臺的部署方面，這家企業(yè)的探索已經(jīng)初見成效。從項目現(xiàn)場到重慶總部，一個基于LiGa大數(shù)據(jù)平臺的智能運維體系初步搭建起來。

溫樹森指出，設(shè)計這套系統(tǒng)的初衷是，提前發(fā)現(xiàn)問題，通過智能排程，以最小的成本處理故障。

記者了解到，借助這套系統(tǒng)，整個運維過程形成了閉環(huán)。

首先，機組的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)會上傳至LiGa大數(shù)據(jù)平臺，經(jīng)過解析后，它們緊接著被輸入到智能預(yù)警平臺，由相應(yīng)的模型對故障進行診斷，再結(jié)合專家?guī)旖o出解決方案。

隨后，工作任務(wù)被發(fā)送到智能排程系統(tǒng)中，由系統(tǒng)綜合任務(wù)要求，氣象、人員、船舶等條件，形成一個最優(yōu)的執(zhí)行方案，涵蓋出海路徑、時間、人員、物資等方面的詳細安排。再將相關(guān)結(jié)果下發(fā)到調(diào)度系統(tǒng)進行分配，并推送到現(xiàn)場運維人員的手機客戶端上，通知他們執(zhí)行任務(wù)。

任務(wù)結(jié)束后，運維人員需要回填工作內(nèi)容，并自動推送到故障診斷和智能排程平臺，作為經(jīng)驗數(shù)據(jù)供模型不斷自學習，使之運行得越來越準確。

在溫樹森看來，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)?；⑦\維裝備的專業(yè)化、運維過程的數(shù)字化，將是推動海上風電成本進一步下降的主要驅(qū)動力。

運維過程中，安全是另一個必須予以高度重視的方面。

在八仙角海上風電場，運維人員均接受過嚴格的海上應(yīng)急逃生、急救等培訓。出海前，以班組為單位對任務(wù)進行分析，開展安全教育。執(zhí)行任務(wù)過程中，會通過智能運維系統(tǒng)推送安全隱患信息，提醒運維人員注意。

“安全問題出現(xiàn)的根源還是思想上的松懈，如果大家嚴格遵守規(guī)章制度，風險就會被降到最低?！睖貥渖赋?，“我們通過不斷增強現(xiàn)場人員的安全意識，使他們養(yǎng)成規(guī)范化操作的習慣，來降低發(fā)生事故的概率?！?/p>