近日，在距離我國東部領海海岸線39公里的海面，中國華能集團盛東如東海上風電工程現場異常忙碌。由中國華能、中國海裝聯合研制的國產化5兆瓦大容量海上風電機組上正在緊鑼密鼓開展調試工作。這臺海上“巨無霸”實現了機組一級部件國產化率100%、整機國產化率超過95%，海上風電機組核心關鍵裝備國產化取得重大突破。
勇于正視矛盾，推進關鍵部件國產化
“海上風電十年快速發展，積累了豐富經驗，也面臨著不少挑戰，現在要以問題為導向，抓住機遇，走出一條自主創新之路。”華能清潔能源技術研究院黨委書記、董事長李衛東說。
目前，我國海上風電增長迅速，2020年底累計裝機量已成為世界第二。然而，大容量海上風電機組仍有多種關鍵部件被國外廠家壟斷。巨大的壓力轉化為動力，驅動著海上風電產業的所有參與者將每一項技術挖掘到極致，關鍵部件國產化嘗試也逐漸成為關注的焦點。
中國華能集團作為中國最大的海上風電開發商之一，組建創新聯合體，發揮產業鏈“鏈長”作用，站在產業鏈整體角度思考中國海上風電的未來。通過詳細的評估與論證，大型海上風電機組國產化將是我國未來海上風電發展的重要抓手之一，也是國家能源安全的重要保障。對此，華能集團設立了國產化海上風電機組研制項目，集中突破海上風電機組國產化關鍵技術，將海上風電發展掌握在中國人自己手中。華能集團依托華能清潔能源技術研究院（以下簡稱“華能清能院”），聯合中國海裝等多家技術單位共同開展國產化機組研制生產工作，并在華能江蘇盛東如東海上風電場應用示范。機組研制過程中得到了華能江蘇公司、西安熱工研究院的大力支持與華能浙江公司的協助。
國產化海上風電機組正趕上2021年交付高峰期，從上游部件供應商到下游的機組總裝、海上吊裝，每個環節都承受著巨大的壓力。“我國海上風電機組的國產化必須借此風口迎難而上，才能為海上風電的持續高質量發展注入充沛動力。”項目技術攻關組組長、華能清能院黨委委員、副院長郭小江說。
項目組堅持兩手抓，兩手硬，一手抓質量，一手抓進度，確保技術不過關不放行，同時加班加點搶抓時間節點。“從機組整體方案設計機組成功下線，項目組每周召開督導會，督導項目進展，從未中斷。”華能清能院海上風電部共產黨員，副所長唐巍說。
項目組緊盯既定目標，堅持問題導向，從基礎的技術細節抓起，開展詳細技術論證，邀請行業內技術專家評審技術方案，為機組國產化方案細細把脈，排除每一個潛在的隱患。同時緊鑼密鼓地推進研制進度，每出現一個問題直接落實至相關技術負責人，迅速制定對策，調集力量解決。正是因為各個參研單位工作人員夜以繼日，以強烈的責任使命擔當，保證了研制進展的順利推進。
勇于聚焦核心，推進項目攻關新突破
項目攻關過程中，項目團隊攻克了一個又一個的技術難關，突破了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承、主控PLC、變流器IGBT等一系列核心關鍵部件國產化，應用了華能自主研發的主控系統、機組-塔架-基礎整體化設計、數字智能感知檢測系統等技術，取得了機組關鍵核心部件全部國產化的驕人成績。
——葉片，如同風電機組的心臟，對主梁碳纖維進行了完全國產化替代。“國產化機組所配備的WB171葉片長達83.6米，在5兆瓦這個級別上是國內最長。”華能集團共產黨員、科技部專責葉昭良說。“尤其是第一次采用國產的碳纖維織物材料，對我們現有的工藝路線是嚴峻的考驗。”洛陽雙瑞風電葉片公司共產黨員、副總經理馮威說。為此，項目組革新已有的技術路線，大膽采取新型工藝。葉片制造中應用了自動化鋪設技術，減少了碳布鋪設中的人為操作失誤影響，降低了鋪層褶皺和灌注缺陷的風險。同時，精確控制編織工藝，針對國產碳纖維的特性，定制化開發工藝手段，降低了纖維磨損，使纖維排布更加均勻，更好地保證了材料性能。
——主軸承，如同風電機組的關節。“這次制造的主軸承外徑達到3200mm,數國產風電主軸承之最，設計制造難度高”，中國海裝工程師肖長遠說。“之前從來沒有生產過這么大型的風電機組主軸承，這無論對我們的設計能力，加工能力，熱處理能力，材料性能都是極大的考驗。”洛陽新強聯研發部長胡占圈說。對此，項目組聯合相關單位，共同推進了現有軸承鋼材的改進工作，查基礎資料、核化學成分、演合成模式，研發人員通過不知多少次的反復實驗，一次次失敗了又一次次重來，最終，軸承材料的淬透性及低溫性能有明顯提升，成為了風電機組主軸承國產化的有力支撐。
——主控，如同風電機組的大腦，本次風電機組突破了國產化PLC技術，關鍵核心芯片完全采用國產產品，控制系統也由華能新銳公司自主研發。“國產PLC的開發需要從頭開展大量的開發和測試工作”，華能新銳公司黨支部書記、總經理褚孝國說。“風電機組主控系統國產化，是我國風電發展的關鍵一環”，中國海裝共產黨員、研究院副院長楊微說。項目團隊聯合相關研制單位，以滿足首臺國產化海上風電機組的應用為目標，全力推進了主控系統的開發，提升了主控系統的信息安全。
——設計方法，風機-塔架-基礎一體化設計技術已在海上風電領域提出多年，然而由于缺少對該技術應用驗證，缺乏對廠家和設計院的總體技術規劃和協調，一直未能充分發揮其作用。“由業主制定一體化設計技術標準，主機廠和設計院協同設計的模式在行業內還未真正實施過。此次一體化設計方法采用了華能清潔能源技術研究院自主研發的核心技術，經過主機廠和設計院多輪迭代設計，成功應用在5兆瓦國產化風電機組上，也將在海上風電項目中進一步推廣。”華能清能院共產黨員、海上風電部副總工張波說。
——監測方法，海上風電機組受到風、浪、流等多重環境特征耦合的影響，其發電能力和故障產生因素復雜。“本次在國產化海上風電機組本體葉片、變槳、輪轂、主軸、齒輪箱、發電機、塔筒和基礎以及機組所處的海上水下環境新增了超過180個測點，采用了激光雷達前饋、結構安全檢測等超過10項智能監控與運維系統。”華能清能院業務經理孫財新說。此技術加強了海上風電機組對于本體和環境的主動感知，提升了海上風電機組主動控制優化的能力，為提高海上風電機組發電性能和故障診斷與預警能力提供了堅實的支撐。
——吊裝，“國產化5兆瓦機組5月22號落駁后，現場起了大風大浪，讓本來都已出港的船不得不回港避風，6月4日才開始吊裝塔筒，”華能江蘇盛東如東項目部共產黨員、經理助理白亮說，“只差最后一只葉片時現場又起了大風，進度又被耽擱了兩天左右。”在現場條件如此惡劣的情況下，華能江蘇盛東如東項目部發揮勇于挑戰、迎難而上的精神，詳細制定吊裝專項施工方案，克服海上環境多變、作業條件艱苦、吊裝流程復雜等諸多困難，科學預測，大膽推進，牢牢抓住部件吊裝的窗口期，經過歷時7天的海上作業，圓滿完成此次吊裝任務。
國產化5兆瓦海上風電機組的成功代表著在解決能源領域“卡脖子”問題上的堅實一步，對海上風電下一步平價化發展意義重大。同時，我國海上風電產業也將隨著技術進步快速向平價化發展，為“30·60”雙碳目標持續貢獻更大的智慧與力量。