岸上的福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組正在靜待指令，準(zhǔn)備奔赴海域，展翼“捕風(fēng)”。
全球單機(jī)容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕……這個(gè)“海上巨人”，是中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司與新疆金風(fēng)科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱金風(fēng)科技)聯(lián)合打造的超級(jí)大風(fēng)機(jī)。它的葉輪直徑為252米，相當(dāng)于4架波音747的翼展長(zhǎng)度，環(huán)繞一周的掃風(fēng)面積相當(dāng)于7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化足球場(chǎng)的面積總和，機(jī)組滿發(fā)1天即可滿足3.6萬個(gè)家庭一天的用電量。
惟海上之清風(fēng)，取之無禁。依靠強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力，中國“捕風(fēng)人”勇闖研發(fā)、制造、安全三關(guān)，將海上風(fēng)機(jī)不斷推向“大”時(shí)代。
研發(fā)關(guān)：精準(zhǔn)把住風(fēng)機(jī)“脈門”
要把動(dòng)輒百米高的風(fēng)機(jī)造出來，第一步就是模擬、仿真。
通過仿真，科研人員能夠直觀地看到風(fēng)機(jī)大概的模樣，并逐步找到可能存在的設(shè)計(jì)缺陷。尤其是3D立體模型，既能未建先知，又可一目了然，成為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的關(guān)鍵一環(huán)。
不過，鮮為人知的是，能讓風(fēng)機(jī)精準(zhǔn)預(yù)演的工程軟件，并不是國內(nèi)風(fēng)電廠商所擁有的“利器”。時(shí)至今日，風(fēng)機(jī)的大型通用商業(yè)軟件仍被國外壟斷。
說是通用，卻并非傳統(tǒng)意義上的開源。“它就像一個(gè)黑匣子，只告知計(jì)算結(jié)果，不提供分析過程。”金風(fēng)科技研發(fā)代表高亞州告訴科技日?qǐng)?bào)記者，基于安全、權(quán)威的考量，第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)只認(rèn)可為數(shù)不多的幾個(gè)“知名”軟件的計(jì)算結(jié)果。
沒有強(qiáng)大的仿真能力就沒有穩(wěn)定可靠的機(jī)組可言。面對(duì)并不友好的行業(yè)發(fā)展環(huán)境，金風(fēng)科技下決心、開先河，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電整機(jī)仿真軟件。
從底層設(shè)計(jì)軟件開始，金風(fēng)科技投入大型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，做相互之間的校驗(yàn)，讓數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性更高，仿真能力更強(qiáng)。
2022年1月，16兆瓦海上風(fēng)機(jī)正式開始研發(fā)，自主仿真軟件也已迭代成熟。長(zhǎng)達(dá)123米的葉片在自主研發(fā)軟件和國外通用軟件上同時(shí)校核，仿真結(jié)果讓科研團(tuán)隊(duì)倍感振奮——“總體指標(biāo)一致，部分指標(biāo)更優(yōu)”。
“這一步至關(guān)重要!”高亞州說，要知道，中國海域的風(fēng)速、浪流、地基與風(fēng)電發(fā)達(dá)的北歐差異巨大，國際通用軟件只能給出寬泛合理的范圍，而要精準(zhǔn)把住中國風(fēng)機(jī)的“脈門”，還得靠國產(chǎn)仿真軟件的突破。
制造關(guān)：涉入葉片“無人區(qū)”
120米級(jí)葉片，有40余層樓的高度，也是單支16兆瓦海上風(fēng)機(jī)葉片的長(zhǎng)度。它的誕生，一舉刷新了全球風(fēng)機(jī)葉片的紀(jì)錄，預(yù)示著中國風(fēng)機(jī)葉片的制造真正進(jìn)入“無人區(qū)”。
葉片看起來簡(jiǎn)單，實(shí)際上設(shè)計(jì)和制造非常復(fù)雜。從外形上看，葉片就像一個(gè)懸臂梁，一端固定、一端自由，貌似剛性十足，但風(fēng)吹來以后，會(huì)向背面彎曲，而且葉片越長(zhǎng)彎曲越大。
打造一款能抗彎的海上風(fēng)機(jī)葉片，在大型化的同時(shí)，還要足夠輕質(zhì)、高強(qiáng)度、可靠性好，這對(duì)葉片的材料、設(shè)計(jì)和加工工藝等提出了更高的要求，也注定不是一片坦途。
葉片攻堅(jiān)恰是新冠疫情形勢(shì)嚴(yán)峻之時(shí)。時(shí)間緊、任務(wù)重，為了改進(jìn)葉片工藝，封閉起來搞研發(fā)的成員之間恨不得見面就要“打架”，因?yàn)槊總€(gè)環(huán)節(jié)都想實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，有爭(zhēng)論、有分歧。
歷經(jīng)3個(gè)月攻關(guān)，首支16兆瓦海上風(fēng)機(jī)葉片終于成形。當(dāng)葉片被架上檢測(cè)平臺(tái)時(shí)，所有研發(fā)人員精神緊繃，期待著它的表現(xiàn)——
只見固定在葉片上的鋼絲繩持續(xù)下拉，葉片開始彎曲變形，10萬牛的力落在葉片上，變形幅度最大達(dá)到30米。在現(xiàn)場(chǎng)，研發(fā)人員都能聽到葉片加載時(shí)鋼絲繩卷曲發(fā)出的“吱吱”聲音。
一個(gè)小時(shí)的加載和卸載，葉片檢測(cè)一次過關(guān)。但追求極致的研發(fā)人員仍不滿意，他們想讓葉片更加完美。
不斷迭代，反復(fù)修正，又是一個(gè)月的艱苦磨煉，16兆瓦海上風(fēng)機(jī)葉片順利通過極限測(cè)試。至此，我國自主研發(fā)和制造的全球最長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)葉片經(jīng)受住了極端工況的考驗(yàn)，開啟了挑戰(zhàn)更長(zhǎng)紀(jì)錄的新征程。
安全關(guān)：自主控制風(fēng)機(jī)“大腦”
隨著海上風(fēng)電逐漸向深遠(yuǎn)海域進(jìn)軍，智能化超大容量機(jī)組的發(fā)電優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，但安全風(fēng)險(xiǎn)也進(jìn)一步突出。
看著辦公桌上的風(fēng)機(jī)模型，金風(fēng)科技控制軟件研發(fā)代表丁國棟用力一撥，葉片飛速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，忽然“撲通”一聲，機(jī)頭帶著葉片掉到了桌面上。
“如果這是在風(fēng)電場(chǎng)，就是一次嚴(yán)重的‘飛車’事故。”丁國棟對(duì)記者說，“我們努力實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)國產(chǎn)PLC(可編程控制系統(tǒng))，就是要讓這樣的‘撥動(dòng)’不會(huì)在大型海上風(fēng)機(jī)上發(fā)生。”
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，2016年起，金風(fēng)科技即向國產(chǎn)化PLC發(fā)起科研攻關(guān)，一方面在軟件上自主研發(fā)工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程采集與控制模塊，另一方面著手硬件設(shè)備的替代性研究。
短短3年時(shí)光，金風(fēng)科技的部分軟件模塊開始試水國產(chǎn)化應(yīng)用。此后，國產(chǎn)風(fēng)電PLC產(chǎn)品成功在新疆達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)樣機(jī)上掛機(jī)運(yùn)行，國產(chǎn)自主可控風(fēng)電PLC產(chǎn)品在關(guān)鍵軟硬件上均實(shí)現(xiàn)突破，進(jìn)一步夯實(shí)了安全屏障。
黨的二十大報(bào)告明確指出，“我們要推進(jìn)美麗中國建設(shè)”“協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長(zhǎng)，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展”。
如今，16兆瓦海上風(fēng)機(jī)正在測(cè)試配置國產(chǎn)PLC。遍布在風(fēng)機(jī)上的數(shù)百個(gè)傳感器、激光雷達(dá)如同“神經(jīng)末梢”，將與國產(chǎn)“智慧大腦”協(xié)力配合，共同驅(qū)動(dòng)著“海上巨人”，和風(fēng)而立，化風(fēng)為寶!
