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贺小兵:风电技术创新为碳中和插上双翼

日期:2022-09-06    来源:国际能源网

国际风力发电网

2022
09/06
17:40
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关键词: 风电技术 大功率风电机组 风电智能化 明阳智能

正是得益于风电技术的不断创新,度电成本不断地下降,才使得近些年风机装机规模高速地增长,为实现“双碳”目标注入强劲动力。明阳智能作为国内知名的风电整机厂商,始终不移地谋求风电领域的创新。9月1日,2022年太原低碳发展论坛新能源新技术产业论坛召开,本次论坛由山西发展和改革委员会主办,山西省太阳能协会、国际能源网、山西国润储能科技有限公司承办,明阳智能集团总工程师贺小兵在论坛上,发表了主题为《风电技术创新与全球可持续发展》的演讲。下文是贺小兵演讲的摘录:

▲明阳智能集团总工程师 贺小兵

风力发电是碳中和关键的一环

据国际能源网记者了解,随着气候变化的形势越来越严峻,各个国家和地区纷纷制定了碳中和的发展战略,例如中国力求在2060年实现碳中和,欧盟的碳中和时间节点设定在2050年。届时,可再生能源的装机量占比将从2017年的25%跃升至86%的水平。之于中国而言,我们制定了分阶段的发展目标,2030年前实现碳达峰,将非化石能源消费占比提升至25%以及清洁电量占比提升到40%。

为实现这样的目标,贺小兵强调我们要从能源结构上,由粗放式发展转向集约式发展;在能源消费上,促进电力、工业、建筑和交通领域能源消费提效;在能源生产上,利用风光等可再生能源将重塑电力体系,有序推进源侧、负荷侧风光储一体化建设,构建以清洁能源为主的坚强电网。

在碳达峰碳中和的旅途中,风力发电将是其中关键的一环。贺小兵谈到,国家在政策宏观层面,从五个方面促进风力发电的发展。首先,推进以大基地为主的清洁能源建设,国家重点规划了9个大型清洁能源基地,前两批沙戈荒基地总装机容量高达5.52亿千瓦。同时,配套新疆、内蒙、山西等多个特高压工程建设,将“三北”源侧与负荷侧连接,带动绿电的消纳。海上风电和分散式风电是未来风电产业持续发展的两股动力,其中海上风电特点是大基地、大容量和规模化,而分散式风电的发展呈现以市或县为最小单位整体打包的特征。在清洁能源或风力发电的形式上,从省级到市县级、园区级,推动源网荷储一体化和多能互补。

贺小兵认为以风光为主的可再生能源在过去几十年跨越式的发展,将人类社会引领到了第三次能源技术革命。第一次能源技术革命下出现了煤炭和蒸汽动力,第二次能源技术革命以石油和电力为主,而第三次能源技术革命是一场清洁能源革命,它以清洁电力替代为动力,有效降低当前能源系统碳排放,助力中国在2030年前完成碳达峰,实现以新能源为主体的现代能源体系的伟大历史的转变。

风电创新呈现大功率化和智能化

风电技术创新的一大特征是超大功率化。贺小兵谈到,截止到今年,陆上风机的最大功率已经达到7兆瓦,今后两年时间左右,陆上风机的最大功率将会来到10兆瓦级别。海上风机,今年已经投产下线的一些产品功率达到16兆瓦,预计在“十四五”末,海上风机的功率将会发展到25兆瓦,而“十五五”期间,海上风机功率会进一步提升至30兆瓦的水平。

风电机组的功率大型化一方面要求叶片越来越长,以捕捉更大面积的风能。2022年,国内主流风电机组机型的叶轮直径都超过200米,未来两年叶轮直径会超过230米。海上风电机组的叶轮直径已经规划到300米。如此长的叶片,必然对重量和强度提出更高的要求,对于当下主流的叶片材料显然很难满足。所以,叶片新材料方面将会有新的研发进展。比如,当下碳纤维材料,已经在超长叶片上有了一些应用,但是成本的限制因素还导致其无法规模化量产。除了在材料方面改善超长叶片的性能,在结构方面,比如通过叶片的分段式设计,亦可提升超长叶片的性能。

风电机组的功率大型化另一方面也在要求塔架越来越高,以利用更高空的优质风能资源。目前,在平原地区,陆上风机的塔架最高高度达到180米,未来,塔架高度会朝着200米迈进。高塔架不只分布在平原地区,在很多山区也多有应用,这样做的目的是为了形成对风能资源开发的立体化发展。除了塔架的高度,塔架的结构呈现多样化的特点,包括全钢标准、全钢大直径、钢混混合型、桁架塔架、分片式钢塔架等,多功能塔架会将重力储能、抽水蓄能等结合起来。

风电机组功率大型化的优点也是显而易见的,它能最大效力降低度电成本。十几二十年前,风电机组的功率仅仅几千千瓦,如今,十倍功率的增长幅度会极大减少建设工程量和降低征地成本,同时还提升了单位面积的开发容量。

风电技术创新的另一大特征是智能化。贺小兵认为,这种智能化在微观层面表现在风电机组本身的智能化。现在应用的风机不仅可以感知温度与湿度,也能感知到自身的运动状态。根据实际每日每周的运转状况,发出需要运维保养的信号。在过去,风电场运维人员往往依据固定的时间节点对风机进行检修,如今走向智能化不仅降低人力成本,更能最大优化机组运行状态。

在宏观层面,风电场区的运维呈现智能化。现在,智能化风电场内的每台风电机组形成了滚动式感知连锁反应,相互进行信息交换。如果第一台风机感知到风速的变化,实时将信号传输到下一台风机,以提前进行变功和变桨的准备。所以,智能化风电场的运行效率,相比以往,有一个实质性的提升。除此之外,智能化风电场还在一个20年的全生命周期内对每台风电机组进行差别式管理,以最大程度提升风电机组的运行寿命。以内蒙古霍林河示范项目为例,通过集中管理、统一调度、360°全方位监控和业务可视化,极大优化了风电场的运维水平。


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