質量是海上風電的“生命線”,關乎項目收益和成敗,甚至是項目全生命周期的安全問題。孫國光表示,在降本壓力下,全行業應加強海上風電產業鏈協同,推動產業升級和科技創新,探索降本增效路徑,從而促進海上風電高質量發展。每個海上風能人都要強化質量意識,筑牢底線思維,全面加強質量管理,大力弘揚工匠精神。
受訪人:中鐵大橋局新能源工程指揮部總工程師、教授級高工 孫國光
Q:海上風電向大容量、大基地、深遠海發展,對基礎和機組安裝、海上裝備、建造技術等都提出了哪些更高要求?具體需要從哪些方面去應對?
A:中國海上風電經過近20年的發展,尤其是2021年的“搶裝”,規模上一舉躍居世界第一,已具備規模化發展的堅實基礎和平價建設的條件。然而,我們要清醒地看到,與歐洲的風電發達國家相比,我國海上風電在工程技術方面仍存在一定差距。
隨著我國海上風電工程逐步走向深遠海和大容量,風電建設的平價/競價要求,對海上風電的設計、制造、施工乃至運維均提出了更高的要求,也帶來了更大的挑戰。第一,自然環境方面的挑戰。隨著離岸距離越來越遠,自然環境更加惡劣,風電建設環境越來越差。第二,基礎的結構形式及風電機組單機容量的大型化,給施工裝備和施工工藝帶來新的挑戰。第三,先進的適合目前風電工程建設的施工裝備比較緊缺,即便是2021年以來打造了一些船機,但它們主要集中在2024年投產使用。第四,度電成本的競爭,給制造廠商和施工單位帶來更大的壓力。
面對這些壓力和挑戰,首先,從施工角度來講,需加強產業融合,打通行業界限,融入現代信息技術。行業之間可以相互借鑒,比如橋梁和風電之間,風電和石油之間有一些技術是相通的,可以發揮不同行業優勢,促進基礎和機組安裝技術的進步。其次,要打造一批適合深遠海施工的海上裝備,安裝平臺具有先進的作業參數,具備DP功能,最好能夠做到運裝一體,基礎鋼結構和機組構件都可以集中運輸安裝,提高作業效率。最后,還要在建造技術上進行智能化創新,持續加強新型基礎、新材料、新設備、新工藝的研發應用。
Q:風電行業的價格內卷已經從陸上蔓延到海上,您認為背后的主要原因是什么?在降本壓力下,海上風電質量面臨哪些挑戰?
A:中國海上風電“國補”取消后,這兩年的發展確實越來越“卷”。2022年,福建的競配中標電價低至0.204元/千瓦時;今年,上海公布新一輪的競配結果,最低上網電價為0.207元/千瓦時。這樣的價格是否能夠反映真實的建設成本,我是持懷疑態度的。如果不能,會對風電場的建設和行業的健康可持續發展帶來極大的傷害。造成這種局面,我想其中一個主要原因是缺乏正確的政策引導,從“有國補”時代到“無國補”時代,需要一個平穩健康的過渡期,避免造成“大躍進”式的發展。此外,是風電場缺乏規劃,行業缺乏監管,發電企業之間存在惡性競爭,開發建設環境惡劣,競配、核準及用海等手續審批流程過長,浪費了大量的經濟成本和時間成本。
面對這樣的內卷和壓力,全行業應加強海上風電產業鏈協同合作,推動產業升級和科技創新,探索降本增效路徑,才能促進海上風電高質量發展。政府需科學合理規劃風電場,形成規模化、基地化;開發商要加強整合資源,加快海上風電產業化進程;設計院和制造廠商要進行設計優化和產品升級,最大限度地降低支撐結構和風電機組的建造成本;施工單位要進行工藝創新和裝備研發,實現海上風電智能化建造。
降本增效不僅僅是控制好建設期降本環節,同樣要關注設備技術的成熟,運行穩定。當前機組單機容量越來越大,甚至沒有經過樣機試驗就批量化生產,這對于未來的投產運營,保證足夠的發電小時數和收益,存在較大風險。因此,要穩步推進海上風電健康可持續發展,平穩助力國家碳達峰、碳中和目標的實現。
Q:具體來說,需要通過哪些環節來提高海上風電的質量?
A:質量是海上風電的“生命線”,關乎項目收益和成敗,甚至是項目全生命周期的安全問題,是廣義的質量。項目建設過程要重點關注設計質量、產品質量及制造施工質量。設計人員不僅要考慮項目交付狀態下的質量,同時也應考慮施工狀態下的質量。合理的出圖時間、工藝標準,以及充分考慮施工過程的可行性,是設計人員需要重點考慮的因素,在滿足規范標準的前提下,保證項目能夠順利合格建成。
海上風電項目的產品包括風電場所有的風電機組設備,它們的質量將直接決定項目全生命周期能否順利安全運營。因此,產品的選擇要綜合考慮出廠成本和運維成本,應嚴格把控產品的采購、運輸及驗收環節。最后是關鍵的制造施工質量。作為風電建設者,要堅守質量,傳承創新,不僅應注重實體質量,也需關注外觀質量。要通過工裝設備的研發,工藝質量的創新,實現工裝保工藝,工藝保質量,將設計圖紙變成合格的產品。要牢固樹立“不留遺憾、不當罪人、建不朽工程”的理念,強化源頭、過程和細節控制。技術干部要把好設計審核關、原材料質量關、過程控制關,制定并落實工序質量責任制,以工作質量保證工序質量,以工序質量保證工程質量。
施工現場要堅持和推廣工序流轉實名簽認制度,形成責任可傳遞、質量可追溯、問題可追究的機制。每個海上風能人都要強化質量意識,筑牢底線思維,全面加強質量管理,大力弘揚工匠精神。通過各個環節的質量把控,確保整個風電場全生命周期質量萬無一失。
Q:根據中國海域的不同特點,需要選擇哪些不同類型的基礎形式?其未來的技術發展呈現怎樣的趨勢?
A:中國擁有約18000km海岸線,海域特點不盡相同。然而,隨著海上風電走向深遠海和大容量,不論是渤海灣、長三角、閩南、粵東,還是北部灣,短期內都將以固定式基礎為主。對于漂浮式基礎,從中國海上風電中遠期規劃來看,至少在“十四五”期間無法形成規模化發展。未來,基礎形式主要以單樁、四樁導管架、嵌巖式導管架及吸力式導管架基礎應用更為廣泛。2021年“搶裝”后,大部分開工建設項目都采用單樁基礎,因為單樁基礎的建設成本和施工周期相對可控,但隨著水深達到35m以上,機組單機容量上升至10MW以上,單樁基礎受到限制。
未來,除渤海灣和北部灣海域外,還是以導管架基礎為主。四樁導管架基礎形式相對比較成熟,適應水深可達70m。在福建、廣東地區,基礎經常會遇到巖層,嵌巖式導管架基礎,尤其是植樁的嵌巖式導管架基礎將會有廣泛的應用空間,其質量有保證,工期上更可控。自2021年以來,吸力式導管架基礎經過幾個風電場的應用,顯現出一定的優勢,基礎鋼結構全部在工廠制造完成,現場只需一次吊裝工作,效率更高。
接下來的一段時間,適應深遠海、大容量的基礎形式將以這種導管架基礎為主,不論是樁式,還是吸力式導管架,其基礎剛度大,結構安全穩固,適應水深范圍大。也無須擔心導管架架體過高,起重船無法滿足吊高、吊重要求。未來,可以研究分體制造、分體安裝的施工方式。如果這項技術能夠攻關成功,對吊裝施工的起重船的作業參數要求會大大降低,導管架基礎也許還可以適應更深的海域。
Q:在創新時,需要哪些新的外部學科或智能化手段支持,為這一行業賦能?
A:海上風電作為新能源產業的重要組成部分,有著廣闊的發展前景。然而,要保證風電行業健康可持續發展,同樣面臨著巨大挑戰,智能化建造平臺的研發,“卡脖子”技術的攻關,關鍵裝備的國產化,需要每個風能人開拓進取,持續創新。創新永遠在路上,可以是多元的,行業之間、學科之間相互借鑒,相互促進。可以充分利用數字技術,讓數字創造價值,打造海上風電智能建造平臺,融合智能吊裝、智慧測量、海況監測及安全監控等技術,助力海上風電智能建造技術發展。
還可以大力發展制氫技術,解決海上風電遠距離輸送和儲存的問題,它更是減少棄風并提高利用效率的最優方案之一。也可以探索海洋牧場與海上風電融合發展,利用海上風電基礎的穩固性,將牧場平臺、休閑垂釣及智能化網箱等與基礎融合,不僅可以降低海洋牧場運維成本,還能夠提高生物養殖容量,打造“海上風電功能圈”,實現產業多元化拓展。
Q:從中鐵大橋局建設的海上風電工程項目來看,跨海橋梁建設為海上風電提供哪些經驗參考?如何訓練一支有經驗的對海況能夠準確把控的施工管理團隊?
A:跨海橋梁和海上風電施工兩者在人才、技術、裝備等方面具有高度相通性。跨海橋梁建造本身無論從基礎結構形式,施工組織方案,還是質量保證體系來看,都屬于復雜且成熟的工程領域。跨海橋梁建設中的深水基礎施工方法在風電施工中得到了應用,尤其是在嵌巖樁施工中有比較成熟的工藝和經驗,可以在海上風電建設中進行推廣應用。比如福建興化灣一期項目,全部是嵌巖樁基礎,施工過程借鑒了平潭跨海大橋的施工經驗,重點控制鋼樁打擊能量,避免鋼樁遇到巖石變形,鉆孔過程保證泥漿質量,選擇合理的扭矩進行鉆孔施工,取得了非常好的效果。
跨海橋梁建設中對船舶管理的經驗值得參考,橋梁施工經常會用到幾十艘船舶,相當于一個大型航母艦隊,針對每艘船進行合理調配,發揮最大效率,并保證船舶的航行或失速安全,需要一個有效的船舶管理系統,這套系統可以借鑒到海上風電施工中。
跨海橋梁建設在防臺(臺風)方面已經有了全面的經驗總結,有成熟的防臺預案,有防臺加固措施,有臺風預警撤離程序,包括船舶的避臺應急預案,都可在海上風電建設中推廣應用。跨海橋梁建設中對海況的監測預報技術也可以指導海上風電項目選擇施工窗口期;跨海橋梁建設的智能吊裝技術、智慧測量技術等很多經驗值得參考借鑒。
一支有經驗的對海況能夠準確把控的施工管理團隊,不但要每天根據海況監測預報手段,關注未來7~10天的天氣預報,還需根據預報了解風速、浪高、涌高、周期、流向及潮汐情況,判斷當天和未來幾天適合作業的工序,一定要順勢而為,切不可與大自然對抗,且要確保一個大型作業工序在這個窗口期內完成,否則后果不堪設想。
堅決杜絕一切因沒有及時避風避臺而造成災難的情況發生。經驗是從實踐中得來的,要保證一個施工管理團隊人員結構合理,這個團隊要有決策者、技術管理、吊裝指揮、船舶調度等,長期穩定地在施工一線錘煉,并不斷培養傳承。