2024年上半年我國風電技術發展趨勢

2024年上半年,我國風電技術與產品創新成果豐富。陸上風電新機型迭代加速,大型化呈跳躍式發展趨勢。海上風電則成為技術創新與產品研發的關鍵輸出領域,新的亮點層出不窮。構網型與漂浮式技術研發的持續推進,為風電發展打開了更大空間。關鍵零部件企業努力推陳出新,有力支持著我國風電整機降本增效。一艘艘風電安裝船與運維母船的吉水或交付,逐漸補齊了海上風電開發的最大短板。

集中測試10MW級陸上風電樣機

2024年上半年,是我國陸上風電機組集體邁進10MW級別的關鍵節點。多家企業開始對10MW級風電機組樣機進行吊裝或測試,為年度大容量陸上風電機組項目招標提供了更豐富的選項。

1月24日,運達股份WD230-10MW風電機組在位于河北省張家口市張北縣的鑒衡牡丹實驗風電場成功完成樣機吊裝,并展開測試。該機型成為由鑒衡認證中心開展測試、最大風輪直徑的陸上風電機型。3天后,中車株洲所10MWD230陸上風電機組完成吊裝。同一天,聯合動力海陸共平臺10MW-236風電機組在山東完成吊裝,再次刷新當時全球陸上風電機組最大風輪直徑紀錄。3月,華銳風電10.X/230陸上風電機組完成吊裝。該機型采用了10MW級陸上大功率整機產品平臺,單機容量可覆蓋8~11.5MW,風輪直徑可覆蓋230~250m。

連續推出構網型風電機組

構網型機組可以在交流電網發生波動時表現為電壓源特性,通過系統感知主動為電網提供電壓支撐,自發快速響應頻率變化,解決跟網型機組在弱電網下的穩定運行問題,可以滿足電網強度弱、慣量低的高比例新能源發電系統需求。

近年來,風電整機商紛紛推出構網型機組產品。今年3月,明陽智能在新疆達坂城華冉風電場完成了當時全球最大的構網型雙饋機組MySE6.25-193的測試驗證工作。2個月后,電氣風電在江蘇省東臺市下線了當時全球最大單機容量的構網型機組,單機容量達到10MW。

陸上風電機組單機容量實現跨越式提升

2023年,我國整機商推出的大型陸上風電機型,其單機容量基本在10~11MW。在2023北京國際風能大會暨展覽會上,三一重能率先宣布推出海陸共用的15MW機型。

到2024年上半年,一些整機商已經啟動陸上15MW級風電機組的研制工作。以運達股份為例,該公司開展的16MW“沙戈荒”大功率風電機組相關研究項目納入了內蒙古自治區低碳能源領域“揭榜掛帥”科技計劃,成為新能源領域的創新重大示范工程。借助海陸共用策略,三一重能與運達股份的產品研發將我國陸上風電機組的主流單機容量直接由10~11MW拉升至15~16MW,可謂是“跨越式”。

多款16~18MW級海上風電機組完成并網

自2023年金風科技實現首臺16MW海上風電機組并網后,多家整機商加快了大兆瓦海上機組研發的步伐,紛紛在2024年上半年投運了自己的16~18MW海上風電機型。

2024年1月,遠景能源16-18MW海上機組在射陽零碳產業園下線。到5月,該公司又在江蘇省鹽城市射陽縣實現了EN-256/16.7樣機的并網。該機型的單機容量達到16.7MW,是當時全球已并網的最大單機容量風電機組,主要為深遠海市場設計。

6月,電氣風電發布了全球單機容量最大的低頻海上風電機組,單機容量達到16MW,為深遠海風電項目送出環節的降本提供了有力支撐。

最為引人矚目的是在2024年上半年即將結束的最后幾天,兩款18MW海上風電機型的先后吊裝、并網。6月26日,東方電氣18MW機型在廣東汕頭風電臨海試驗基地實現并網,刷新已并網機組單機容量的世界紀錄。4天后,中船海裝

18MW海上風電機組在經過一年多的全面測試后,于遼寧省營口市華能仙人島熱電廠完成吊裝,創造已吊裝機型風輪直徑、單機容量“兩個全球第一”的紀錄。

除整機外,還有不少新推出的技術解決方案在為海上風電機組的安全高效運行保駕護航。例如,牧鐳激光與憬知夢藍均推出了漂浮式激光雷達測風系統,大大提升了海上風電項目測風的準確性與可行性,降低了測風成本。

漂浮式與相關技術的研發取得新的進展

在未來的深遠海風電開發中,漂浮式風電機組將成為最佳選擇。截至2023年年底,我國已安裝或投運4臺漂浮式機組,并有多家整機商宣布推出16~18MW漂浮式機組。

2024年上半年,中車株洲所向全球發布了其首款漂浮式機組“啟航號”。該機型的單機容量達到20MW,是目前已發布的此類產品中單機容量最大的機型。

2024年4月,明陽智能雙轉子漂浮式機組“明陽天成號”的浮體基礎下水,開始進入塔架吊裝階段。到6月中旬,明陽陽江16.6MW漂浮式海上風電示范項目核準前公示,標志著明陽智能上述機型即將完成靠岸安裝,進入機位點安裝階段。截至2024年上半年,該機型已完成除風輪外的全部部件安裝工作。

葉片長度不斷刷新紀錄

更長的葉片,能夠使風電機組的捕風能力更強,從而提升相同容量下機組的中低風速發電能力,或是為更大單機容量機組保持發電能力提供支撐。

2024年上半年,我國生產的風電葉片的長度紀錄不斷被刷新。1月,時代新材在江蘇射陽下線了首支120m海上風電葉片；三一重能則在內蒙古巴彥淖爾下線了131m陸上風電葉片,創造了當時最長陸上風電葉片的紀錄。5月,明陽智能143m風電葉片運往廣東省陽江市,隨后在國家海上風電裝備質量檢驗檢測中心開展測試工作,是當時全球已下線最長的風電葉片。

關鍵零部件支持整機大型化發展

除葉片外,其他關鍵零部件的研發工作也在2024年上半年取得了新的突破。2月,南高齒推出了20MW全集成傳動鏈齒輪箱,低速端和電機端均采用高度集成的設計,并采用多行星輪及滑動軸承設計方案,使齒輪箱扭矩密度達到230kNm/t以上。3月,東方電氣的18.XMW海上永磁半直驅風力發電機,順利通過了背靠背型式試驗。同月,全球首臺25MW級風電主軸軸承及齒輪箱軸承在洛陽軸研科技下線,刷新了全球風電軸承最大單機容量紀錄。此外,鑒衡認證中心為華斯壯研發設計的185m預應力構架式風電機組塔架頒發設計評估符合證明。該塔架的節地優勢非常顯著,結構底部采用4個小型基礎,單個露出面積不足1.5m2,4個基礎實際占地只有6m2,并在設計時將構架式塔架底部箱變改為置于塔架中間平臺,節約了箱變用地。

風電安裝船起重船接連下水交付

風電安裝船舶一直是我國乃至全球海上風電開發的瓶頸之一,尤其是具備20MW級機組安裝能力的風電安裝船,數量極為有限。2024年上半年,一些大起吊能力的風電安裝船紛紛下水或交付。1月,啟東中遠海運海工N1063自升式風電安裝船項目安全下水,可以運輸并安裝7套完整的15MW或5套20MW以上機組,成為當時全球技術規格最高、最先進和最環保的海上風電安裝船。5月,中集來福士為荷蘭VanOord公司建造的新型海上風電安裝船BOREAS下水。該船主吊起重能力超過3000t,吊臂高155m,能夠安裝20MW級海上風電機組。同月,中鐵大橋局2000t自升式海上風電安裝平臺“大橋海風”號在江蘇省南通市交付。該船擁有當時海上風電安裝平臺最長的樁腿和最強的綜合起重能力,可在70m深海域作業,雙鉤吊重2000t,副鉤吊重800t,甲板以上吊高160m,具備2套25MW級風電機組的運輸、安裝一體化施工能力。6月底,“鐵建風電2000”在江蘇南通吉水。該安裝船的主起重機達到2000t起吊能力,甲板以上吊高165m,具備20MW及以上不同機型海上機組安裝能力。

2024上半年,我國下水或交付了多艘起重船。例如,在4月,5000t自航式全回轉起重船“中天39”交付,可滿足國內海上起重作業需要,專業從事海上風電工程總包（EPC）和海洋資源開發。6月底,“鐵建起重5000”在江蘇南通吉水。該船是集運輸、起重、吊裝及安裝等多種強大功能于一體的自航式全回轉起重船,主鉤起重能力達5000t,全回轉起重能力達3500t,采用單鉤“四

爪鉤”設計,是國內首例單鉤吊重達到5000t的起重船舶。

運維母船激增滿足遠海大型項目需求

2023年前,我國風電運維船主要以單體與雙體運維船為主,適用于遠海或大型風電項目的運維母船幾乎為空白。2024年上半年,我國有3艘運維母船實現了下水或交付。3月,振華重工為立洋海工建造的5000t自航式全回轉起重船“中天39”順利完成試航,是中國首艘自主設計、建造并擁有完全自主知識產權的大型海上風電多功能運維母船,填補了我國深遠海海纜敷設和運維領域的空白。4月,電氣風電“至臻100”完成首次風電項目實效試航,一次性通過了16項功能測試。6月中旬,“豐華23”號正式交付,是我國自主設計、建造并擁有完全自主知識產權的大型海上風電多功能運維母船。