厲害了!中國企業攻克世界最嚴苛風電并網標準
在新增裝機連續多年居全球首位之后,中國風電行業正加速全球產業布局,成為我國企業服務“一帶一路”建設最為活躍的領域之一。
更可貴的是,我國風電企業也把最高端的技術帶到了“一帶一路”沿線國家。
就在今年年初,國電聯合動力技術有限公司(以下簡稱“聯合動力”)獲得南非國家電網公司(ESKOM)簽發的并網模型及測試一致性驗證報告,一次性通過南非電網驗收。至此,聯合動力完成了我國出口海外最大風電項目——龍源南非德阿風電場的并網模型仿真、現場測試、實測與模型的一致性驗證工作,標志著我國風電并網技術步入國際先進水平。
在業內看來,作為整機供應商,聯合動力一次性通過南非電網驗收,再次表明了中國資本帶動中國裝備、技術、標準、服務“走出去”這一模式的優越性。
高標管理、嚴格質控
保障項目如期完成
龍源南非德阿項目是龍源電力首個海外EPC總承包工程。作為整機提供商,該項目同樣考驗著聯合動力的項目管理能力和質量管控能力。
聯合動力連云港公司自2015 年9 月開始啟動南非項目前期準備工作, 2016 年1 月22 日首批10 臺套風電機組順利通過BV 監造方、聯合動力總部、思達公司、和業主委托的運輸方的驗收,完成工廠交付。
聯合動力相關負責人告訴記者,南非項目執行初期,不僅對所有采購部件進行了100% 檢驗、產品100% 聯調,還對關鍵部件進行了監造、新增識別并控制裝配過程關鍵點31 項,對所有技改項目進行了重點檢查、50%全功率實驗。
“根據當時收到的現場問題反饋,我們發現60% 以上問題均為產品細節問題。” 聯合動力相關負責人回憶說。
以此為契機,聯合動力重新梳理了在產品細節方面的要求,分別從設計細節、工藝細節、操作細節、零部件檢驗標準及產品包裝細節方面做出改進30 余項,很大程度上改變了聯合動力的產品形象,為出口項目奠定了基礎。
功夫在細節里。聯合動力相關負責人說,以螺栓防腐噴涂為例,改進前,某些高強度螺栓、螺母、墊片,在安裝過程中容易發生涂層破損,不美觀且易生銹;使用冷鍍鋅涂料進行改進后追加防腐,防銹又美觀。
質量管控只是一個縮影。聯合動力相關負責人告訴記者,在整個項目實施過程中,以客戶需求為導向,圍繞打造樣板工程目標,成立南非項目部,運用大項目管理模式打破部門壁壘,加強協同運作,從生產、質量、技術、調試、并網、運維等各個環節高水平管理、精細化推進,最終確保項目強有力執行。
因地制宜、定制開發
最大程度發揮機組效能
龍源南非德阿項目是中國海外單體容量最大風電項目,總容量為244.5MW,均采用聯合動力自主研發制造風電機組,共計163臺。
風電機組特別講究適宜性。如何針對南非德阿的風資源條件和氣候條件,進行優化改進是擺在聯合動力技術團隊面前的首要難題。
技術負責人告訴記者,聯合動力結合多年國內成熟風電機組設計運營的經驗,首次對該機型從安全性設計、可靠性設計、可維護性設計、經濟型設計四大板塊進行了多達100余項的重要設計優化,保證最新出廠機組應用全部優化設計方案。
安全性是前提。相關負責人表示,進行了機艙罩頂部吊裝孔蓋固定改進、吊物孔護欄改進、吊物孔方形蓋板易脫落處理方案等多項優化,增強了現場人員作業時的安全保證。
可靠性關系著機組的發電量表現。聯合動力通過一系列工藝改造,可靠性設計優化,持續提升風電機組可靠性,不斷刷新風機的平均無故障間隔時間。
在安全性和可靠性的基礎上,技術團隊還對機組經濟性、可維護性等方面進行了改進,進一步優化了機組發電效能,助力全生命周期度電成本的降低。
反復測試、聯合攻關
攻克世界最嚴苛并網標準
據介紹,南非國家電網新能源并網標準源自歐洲并網標準,2016年7月發布的最新并網導則更是世界最嚴苛的并網導則之一,遠遠高于中國國內標準。
那么,南非國家電網新能源并網標準到底苛刻到什么程度?
相關負責人告訴記者,根據南非標準,要求提供整場并網仿真模型,并且必須包括針對全部電網故障工況的高穿零穿仿真、暫態穩定性仿真和小擾動穩定域仿真等;風電場的頻率響應控制、并網點電壓控制以及風電機組的高電壓穿越和零電壓穿越的響應時間控制和精度標準極高。
在無經驗可借鑒的情況下,聯合動力技術攻關團隊,歷時一年,攻克了風電機組及風電場電磁暫態模型的機理描述準確性和大型風電場功率-電壓-頻率的弱電網智能主動支撐等世界性難題,實現多項技術創新。
特別值得一提的是,相對于南非其他同期項目均經歷多次測試和延期豁免才能并網的現實,聯合動力一次性先后通過了項目的并網模型仿真評估、并網試運行現場測試、運行測試數據與模型的一致性驗證等工作,體現了中國企業核心技術創新優勢和研發實力。
通過Digsilent建模仿真,實現電網32個故障工況仿真模擬,驗證了整場設備在弱電網條件下的并網友好性,尤其是機組在零穿和無功支撐方面的性能表現優異。“提前取得了南非電網對于聯合動力整場仿真模型驗證的書面認可,這在國內風電設備制造廠家中尚屬首例。” 聯合動力相關負責人在向記者講述時難掩自豪之情。
聯合動力負責人表示,南非德阿項目為聯合動力積累了海外電網環境的并網技術經驗,提升了海外服務技術力量,也標志著中國企業具備了世界先進的風電場并網評估能力,為中國風電裝備“走出去”提供了堅實的技術支撐和可供參照的模板。
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解剖聯合動力的創新基因
(《風能》雜志 2018年第1期)
在風電產業更加注重追求效益、市場競爭日趨激烈的當下,裝備制造企業壯大的立足點在哪里?聯合動力經過長期探索,將答案鎖定在創新上,視之為自己的靈魂所在。
↑ 聯合動力的整機分廠
2017 年,一則新聞在風電行業內掀起不小的波瀾。這一年,中國電力企業聯合會依照慣例評選出了年度全國優秀風電場,其中有53個風電場(風電企業)選用聯合動力的風電機組,占全部獲獎風電場(風電企業)的近五分之一。數據說明一切,這家企業的產品憑借高效和高可靠性,已經深受業主的認可。
而在2017 年度中國電力科學技術獎頒獎儀式上,外界得以管窺聯合動力取得上述成績的背后原因。該公司的“基于柔性多體動力學的風電機組載荷耦合機理及控制關鍵技術與應用”項目被授予2017 年度中國電力科學技術進步獎一等獎。
公開資料顯示,“中國電力科學技術獎”由中國電機工程學會設立并組織評獎,旨在推動對中國電力工業科技進步具有重要作用的科技項目,是中國電力領域最具影響力和權威性的獎項。聯合動力本次在電力行業眾多企業中脫穎而出,成為唯一獲得一等獎的新能源企業,體現了其自主創新能力和核心競爭力。
那么,這家企業是如何走向如今的創新高度的?帶著這個問題,本刊記者日前深入聯合動力,尋找其將創新基因根植于自身發展的每個足跡。
在走訪中,聯合動力辦公樓榮譽室內的各類證書和獎章令記者應接不暇,彰顯了這家企業的雄厚實力。據聯合動力相關負責人介紹,2017 年,該公司新增申請專利107 項,發明專利61 項,發表學術論文14 篇,制定國家標準5 項。截至目前,累計獲得了國家科技進步獎二等獎、國家能源科技進步獎一等獎、中國電力創新獎一等獎等57 項獎勵榮譽。“創新驅動發展的活力已經全面被激發。”
美國著名咨詢機構Totaro & Associates于2017 年1 月發布的《全球風能創新趨勢報告》則成為了最好的注腳。報告顯示,聯合動力在風電整機制造商技術創新能力排名中位居國內全球第四。
在聯合動力的管理層看來,這一切絕非偶然。“我們建有‘風電設備及控制國家重點實驗室’和‘國家能源潮汐海洋能發電技術重點實驗室’,擁有8 個省部級科研平臺,已經構建起科技創新的‘一平臺、三體系’,有效聚合了科研資源。近三年來,我們累計投入研發費用14.88 億元。”
依托于此,聯合動力的決策者將構建活力涌動、兼容并蓄的科技創新體系,作為確立先發優勢的關鍵一招,并由此形成了一套完善的創新模式,包括國際先進的集成產品開發(IPD)模式、矩陣式項目組織結構、平臺化產品開發策略等。
為了讓這套體系發揮出最大功用,該公司在管理模式上做了大量創新。“我們深刻把握行業趨勢,確定了建設智慧企業新目標,推動企業由經驗式決策到數據化決策,全面提升企業的市場洞察力、靈敏決策力和戰略執行力,構筑起未來競爭的新優勢。”上述負責人表示。
在實踐中,聯合動力建立了以客戶需求為導向、面向產品全生命周期的協同管理機制,圍繞及時供貨、質量保障、服務時效、新產品研發等重點工作進行有效橫向分解,加強各部門協同聯動,逐步打破“部門墻”,形成“1+1> 2”的工作效能。
例如,2017 年,公司積極動員全員參與發明、創新活動,共開展了108 個質量控制課題,節約工時5882 小時,改進成果獲全國二等獎2 個、三等獎2 個,榮獲“全國優秀質量管理”稱號。
目前來看,這些舉措取得了不錯的效果。比如,2017 年,這家企業首創基于高精度仿真和多學科協同的風電機組一體化設計平臺,一批設計冗余得到優化,關鍵部件載荷降低5%~20%。
同時,創新還促使產品的質量大幅提升。記者拿到的數據顯示,2017 年,該公司在運機組的故障率為0.015 次/ 臺天,同比下降37.5%。
當然,機組的可靠運行與運維服務的高效率休戚相關。為此,聯合動力將創新精神延伸到運維環節。
記者在采訪中獲悉,該公司基于標準化的運維服務體系,實現一站式和標準化服務體系,服務質量達到國際標準,探索建立“故障樹”和“缺陷樹”檢修管理辦法。目前,“故障樹”已經可以覆蓋95% 以上的故障。
此外,2017 年,聯合動力完成WindEYE智慧風電場服務新系統的開發,風電場數據傳輸速度提高50 倍。
“我們還率先在行業內提出‘臺套檢修’思路,嚴格控制停機時間,大大加快服務響應速度,單次故障處理時間三年累計下降67%。”該公司運維服務的負責人指出。
這也讓聯合動力的服務贏得市場青睞。2017 年,這家企業在風電服務市場中新簽合同額同比增長28.4%,創歷史新高。
創新離不開人才,從某種意義上來說,企業的技術創新實力是其人才深度的直接體現。聯合動力作為一家以技術立身的企業,自然深知這一點。
據了解,目前,這家公司共有技術研發人員260 人,其中,擁有碩士以上學歷的人員占72.9%,包括“國家百千萬人才工程”人才1 人。僅2017 年,就引進28 名技術、質量高端人才,已經組建起一支面向國際風電科技前沿的優秀團隊。
↑ 吊裝3 3臺聯合動力機組的廣西桂林燕子山風電場
基于為這些人才創造良好發展環境的考慮,聯合動力十分注重激勵機制和培訓體系的搭建,已經制定了科技項目獎、科技成果轉化獎、科技創新成果獎、總經理獎組成的“四獎勵一考核”機制,并深入推進技術要素參與收益分配,給予項目參與人員專項獎勵;僅2017 年就組織了1458 人次的一線人才參與培訓學習,培養中級工程師34 人和高級工程師15 人。
高素質的人才團隊和高效率的研發體系有效確保聯合動力可以靈活應對產業發展重心的轉變。
“我們很早就提出了‘上山、下海、進軍低風速’的發展戰略。‘十三五’期間,我們會緊緊把握這一主旋律。”技術部門負責人強調。他透露,聯合動力瞄準大功率、高塔架等技術方向持續發力,實現了低風速風電機組設計、制造、檢測一體化和系統性的自主創新,已從技術跟隨走向引領全球低風速風電技術發展階段。“2017 年,低風速風電機組的銷售收入在我們公司全部銷售額中的占比超過了90%。”
早在2013 年,該公司就專門針對低風速風電市場推出了UP1500-97 機型,是當時同系列機組中掃風面積最大的風電機組,在實際運行中發電量超過同系列競爭對手機型的8%。該機型一經推出,迅速受到南方地區項目業主的歡迎,讓聯合動力在低風速市場中占得了先機。
此后, 這家企業并未放慢低風速風電機組研發的步伐,陸續推出UP2000-115、UP2000-121 等多款經典機型。其中的UP2000-121 機組具有卓越性能,將可經濟開發的風速下探到5 米/ 秒,極大提升了我國低風速風能資源的開發價值。
2017 年,聯合動力集中推出2MW-121-120m 柔性塔筒、2MW-129、3MW-136 和3MW-146 四款風電機組。其中,2MW-129、3MW-146 機組還分別是全球2MW、3MW 風電機組中單位千瓦掃風面積最大的機型。
據相關技術負責人介紹,2MW-121-120m 柔性塔筒風電機組在同等條件下可大幅提升發電量達8% 以上,重量比同高度鋼塔可下降35%~40% ;3MW-136 風電機組適用于中低風速區,可大幅降低度電成本;2MW-129 和3MW-146 風電機組具有較大的單位千瓦掃風面積,能顯著提高發電效率。后者的研發還充分考慮了海外業務需要,可以滿足“一帶一路”沿線國家的電網標準要求。
說起聯合動力的高海拔型機組,業內一定還記得這家企業的超高海拔型風電機組巍然屹立于“世界屋脊”的歷史時刻。2013 年8 月8 日,聯合動力通過成功采用一系列創新技術,自主研發首批5 臺1.5MW 超高海拔型風電機組在西藏那曲完成吊裝。具有深遠意義的是,那曲超高海拔試驗風電場是迄今世界上海拔最高的風電項目,在驗證聯合動力高海拔型機組的研發實力的同時,也實現了西藏高原風電“零”的突破。
海拔約4786 米的那曲,氣壓低、日照強度高、雷暴多發、空氣密度極低、溫差幅度較大,這樣特殊的環境對于機組的考驗非同尋常。一是超低的空氣密度會導致額定功率下降,風電機組存在提前失速的可能;二是稀薄的空氣介質會給所有的電氣設備帶來絕緣等問題。在這種惡劣環境下,聯合動力的1.5MW 超高海拔型風電機組投運后依然實現了安全穩定運行。
一直以來,聯合動力秉承穩健發展的本色,從陸上走向海上,一步一個腳印,扎實推進海上風電業務。
2017 年8 月4 日,在廣東省珠海桂山項目中,聯合動力自主研發的3MW 海上風電機組正式啟動吊裝,這是廣東省的第一個海上風電項目。“桂山項目中,我們采用多項新的工藝技術,順利完成了機組的設計、生產制造、實驗測試、運輸吊裝。”聯合動力的項目經理說道。
就在2017 年8 月23 日12 時50 分左右,2017 年以來登陸我國的最強臺風——第13 號臺風“天鴿”在珠海金灣區沿海登陸,中心附近最大風力14 級(45 米/ 秒),瞬時大風打破當地風速紀錄,來勢兇猛。
雖然適逢珠海桂山海上風電項目的作業期間,但“天鴿”的來襲并沒有對聯合動力的設備造成任何損失,待超強臺風過后,機組全部巋然屹立。
上述項目經理表示,“我們成立抗臺風應急小組,啟動自然災害應急響應機制,時時追蹤臺風走向,指導現場有序開展抗臺風工作,確保現場設備安全。”
針對南方海域臺風頻發的特點,聯合動力依托多年的海上風電機組研發經驗,對3MW機組進行了針對性設計,從多方面提高該機型的環境適應性,從而確保機組的MTBF (平均故障間隔時間)在 4400 小時以上,免維護周期長達 6 個月之久。
“我們在該機型中引入可抵抗極限風速70米/ 秒的抗臺技術。控制系統中也增加了臺風運行模式,可在臺風登陸風電場前一天(通過氣象預報)進入臺風模式運行,確保控制安全,為機組完美表現提供可靠保證。”相關技術研發負責人進一步指出。
在布局國內風電市場的同時,聯合動力還積極進軍國際市場,不斷實現核心關鍵技術的突破。以國電集團在非洲第一個集投資、建設、整機設備供應、運營為一體的風電項目——龍源南非德阿風電項目為例,聯合動力對標全球標準,用25 天時間完成了原定需要3 個月的南非并網符合性測試工作。這在推動國電集團海外風電板塊的跨越式發展的同時,也有效帶動了我國風電裝備、技術、標準、服務的“走出去”。
南非當地時間2017 年8 月31 日,隨著龍源南非德阿風電項目最后一臺風電機組調試完成,該項目采用聯合動力自主研發的163 臺1.5MW 風電機組全部成功并網,這是該公司第二個實現整機批量出口的風電項目,也成為目前我國風電設備出口單個項目最大的訂單。
2017 年9 月28 日凌晨兩點四十五分和10 月10 日凌晨零點四十四分,分別位于南非北開普省德阿鎮西南和東北處的龍源南非德阿一期、二期項目順利通過南非電網公司的并網復合型測試,成功并入南非國家電網,這標志著聯合動力自主研發制造的風電機組通過了最嚴格的歐洲并網驗收標準,達到國際先進水平,再次彰顯了聯合動力雄厚的技術實力、卓越的機組品質以及優秀的并網友好性能。
同時,這與聯合動力對南非風電項目的高度重視是分不開的。針對德阿項目,該公司專門成立了領導小組,由一把手擔任組長。他向記者介紹:“南非項目部制定針對性的風電機組安裝調試、運行維護方案,通過科學組織嚴格管理,為項目順利開展提供有力組織保障。”
由于南非電網更新速度快,需要企業不斷提高并網技術。面對這一問題,聯合動力成立了專門的技術攻堅團隊。“我們組織國網南瑞、南高齒、湘電和華電天仁等核心部件供應商組成強大的技術團隊,攻克了在弱電網條件下高電壓耐受、高無功支撐、高調節速率、高調節精度的‘四高’并網控制策略,順利覆蓋了最嚴苛歐洲標準制定的南非電網2.9 新版并網導則,針對南非電網特性,對現有機型進行三十多項升級與優化。”上述領導小組組長補充道。
↑ 2017年11月17日,聯合動力南非德阿24.45萬千瓦項目竣工投產
最終,聯合動力成功研發出適應南非市場的新機型,確保了項目的順利并網發電,項目如期投入商業運行。在整個項目合作過程中,聯合動力以客戶需求為導向,以雄厚技術實力、卓越的產品及服務品質逐步贏得業主和當地政府的認可,成為業主穩定可靠的戰略合作伙伴。
風雨兼程,砥礪前行。關于未來,聯合動力將一如既往聚焦綠色發展,實施科技創新戰略。該公司相關負責人展望:“下一步,聯合動力將以勇于擔當的歷史責任感,認真貫徹落實集團公司各項戰略性部署和全局性舉措,以更大決心和更加扎實的工作作風,全力以赴打好提質增效攻堅戰,為新時代國家能源集團風電發展提供高質量供給,推動企業在新征程實現新發展,力爭為我國新能源事業發展作出新的更大貢獻。”
責任編輯:仁德財
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