大国又添一重器,一帮30岁小年轻鼓捣

主播君的话

掌握关键核心技术,打造属于自己的大国重器,推动我国海上风电发展从亚洲走向世界,而这支研发团队平均年龄只有30岁。

2020年7月12日21时25分,在三峡集团福建福清兴化湾二期海上风电场,现场一片沸腾。

现场研发团队负责人余业祥回忆道,虽然环境很恶劣,时间紧张,压力大,任务重,但顺利并网的那一刻,成就感和欣慰足以支撑他们继续坚持下去。

我国投入运行的首台10兆瓦级、亚洲单机容量最大的海上风电机组的成功并网发电不仅刷新了我国海上风电机组单机容量新纪录,也标志着我国已完全具备10兆瓦级大容量海上风电机组自主研发、制造、安装能力,实现历史性跨越,跻身世界第一方阵。

这份骄人成绩的背后,是东方电气一支平均年龄只有30岁的研发团队,凭着一股不服输的韧劲,“熬”出来的成果,让“中国制造”打破了国外技术垄断,再次实现了技术突破。

「研发前的抉择」

中国海上风电资源丰富,海上风电开发前景非常广阔。

立项初期,定位是自主开发8兆瓦等级海上风电机组。当时,我国海上机组容量在5 兆瓦左右,竞争力不强,国外一流风电整机厂商在海上风电领域已经走在前面,功率等级达到8兆瓦,叶片、发电机、变桨系统等关键技术被国外垄断。

研讨会上,大家一致认为不能总跟着西方国家走,东方电气有60多年发电设备研制的深厚积淀,为什么不能从5兆瓦跨过8兆瓦直接到10兆瓦,摆脱长期“跟跑”的局面?

2018年8月,在时任公司党委副书记、董事长兼总经理,水力发电设备研发领域专家贺建华的主导下,决定自主跨代开发10兆瓦级海上风电机组。

“当时也有人认为我们步子迈得太大,但作出这样的决定,我们是有底气的,因为风电的发电机、叶片、控制系统等关键核心部件,我们都有完全独立自主研制能力。”东方电气风电股份有限公司副总经理刘世洪说。

「从研发到安装,遭遇重重难关」

回想起10兆瓦机组的研发,研发队成员们用“煎熬”来形容。

机组配套叶片的研制三改设计,只为追求性能最优的叶片。随着机组功率的增大,对配套叶片提出了更高的要求。自主研制的10兆瓦机组配套叶片单支长度90米,这支叶片比空客A380的翼展长10米多,一支叶片上可以并排站150个成年人。首次采用碳纤维材料,碳纤主梁帽幅宽是世界上最宽的,整支叶片要铺放100多层碳布,碳纤维布材质轻、回弹性特别好,一层一层进行铺放,整个过程不能出现任何按压、任何的弯曲,一个极小的褶皱都可能引起后续的“质变”。

就是因为前所未有的制造难度,东方电气试制的前两支叶片都以失败告终,这给研发人员带来很大的打击。

为了攻克难关,研发人员每天连续几天吃住在公司,扎根生产现场,守着铺放碳布,反复检查,终于找到了那个细微至毫米的“病灶”,研究制定优化措施,完成叶片制造,通过各项试验测试。

整机机舱结构布局设计就进行了至少3次颠覆性的方案设计,每次都是把结构三维建完后分析验证不合适然后推翻从新开始,相当于完整设计了三个机型。结构设计需要十几个团队成员完成方案设计、三维模型建立和图纸绘制。为了设计出结构最优、重量最轻的主机架,主机架的模型总共改了约70多次。

除了叶片、整机机舱结构布局,10兆瓦海上风电机组还要克服海上高温、高湿、高盐雾、变化莫测的环境带来的一系列难题。

终于,2019年9月25日,我们自主研制的国内首台10兆瓦海上风电机组下线,为新中国70周年华诞献上了一份特殊的礼物。

研发、生产完毕后,又面临新的挑战。如此大的海上机组在国内安装是首次。

海上天气状况波诡云谲复杂多变,时常连续几天的大风,而风电吊装对风速的要求较高,特别是吊装风轮。为了不错过每一个吊装窗口期,现场“白加黑”24小时轮流值守。

在空间有限的安装船上,将3支90米长的叶片组装在轮毂上,每支叶片上184颗螺栓需安全平稳的安插在与之对应的螺孔内,对工人来说是不小的考验。

组装好的风轮,直径185米,重达226吨,要一次性吊至距离海平面115米的高空,也不是一件容易的事儿。在有限的吊装空间里,庞大的叶轮与吊具之间很容易发生碰撞,由两艘船各牵引一条缆风绳,辅助叶轮在空中完成超过270度的旋转后,才能与发电机完成对接。

「10兆瓦海上风电机组实现批量生产应用」

10兆瓦海上风电机组自2020年7月12日投运以来,各项指标优异,已经累计发出5000多万度清洁能源。目前, 10兆瓦机组在福建长乐海域投入批量应用,是中国第一个批量使用10MW等级的风场。

回首10兆瓦海上风电机组的研制,从立项到并网运行,研发团队时刻与时间赛跑,用时不到三年,干成了同行5年才能干成的事情。如此大的工作量仅靠正常上班时间根本无法完成,工作日从早上8点半到晚上10点保持高强度工作不松懈,周末加班也是常态,因长时间坐立,有人已经出现了严重腰肌劳损或颈椎问题,但强烈的使命感驱使他们坚持不懈,涌现出多位劳动模范。

基于成熟的10兆瓦平台,东方电气后续又开发了13兆瓦的海上风电机组,今年也要实现并网发电,13兆瓦跟10兆瓦比,年发电量可以提高25%以上,能满足25000个三口之家一年的家庭正常用电,每年就减少燃煤消耗1.3万吨,减少碳排放3.5万吨。

东方电气通过技术自主化在海上风电领域“弯道超车”,有力推动我国由“风电大国”向“风电强国”迈进。

“我们研发团队从来不怕困难、不怕麻烦,靠的是足够的耐心、勇气和魄力,一直在追求设计最优的方案。”

——10兆瓦风力发电机组主任设计赵伟

“关键技术是讨不来、要不来的,只有靠自主创新,通过集团各方面的力量,逐项攻关、攻克,才能把最终技术掌握在自己手里。”

——东方电气风电股份有限公司副总经理刘世洪

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