东海大桥,坐落在上海市浦东新区,它连接着上海和近40公里外的洋山港。在这座笔直的大桥两侧,是我国目前投入商业运营的、最大规模的风电工程。
驾车行驶在桥面上,可以看到一座座“拔海而起”的巨大白色风车,叶片随着海风的强弱转动。它们中的每一座,都有40余层楼的高度,仅叶片直径就有余米,这些就是SL风力发电机,仅一台就能创造4亿元的收益。
一座座白色的“风车”,整齐地矗立在在东海大桥的两侧,像一片白色的森林,护卫着珠三角的用电安全。从研发、生产到装机,SL风力机组均由我国自主完成。毫无疑问,放诸世界这也是首屈一指的工程奇观。
但辉煌的背后,往往承载着艰辛。SL从研发到投产,经历了怎样的过程呢?它的运营又带给我们怎样的意义呢?
史无前例的工程挑战,“白色森林”的诞生
年8月2日,杭州湾的海面上,蔓延着不同寻常的气息。海面上,矗立着两座“钢铁巨兽”,保持着待命的姿势。
一座俯卧在近海处,它是我国最大的海上双臂式起吊船——风范号。另一座候在38海里外的洋山岛边,它是我国最大的自行式履带吊车——据说它的价值等同于一架波音,它引擎全开可以带来匹马力,将辆轿车一次性送上40米的高度上。
这两个大家伙,为什么会同时出现在这里?因为它们即将面临一个史无前例的装载任务,放眼世界,或许也只有这两个大家伙能够完成这项任务。而这项任务的主角就是SL。
之所以叫这个名字,是因为“SL”为其研发公司华锐的英文缩写,“”则是指单机容量为千瓦。之所以能够有这样大的单机容量,与其可谓庞然的“身材”有关——SL,高度余米,重量更是达到惊人的吨。
装机过程中,光是机组重量本身就够装机人员“喝一壶”了,然而大家遇到的问题还不仅只来于此。杭州湾地处西太平洋,一年中有数月都会受到季风影响。当时,9号台风“梅花”,正在不远处虎视眈眈。
巨型叶片、巨型机舱,在吊车和吊船地协作下就位,成年人手臂粗细的颗螺丝严丝合缝地对接,赶在台风到来前,施工的工匠们做好了海面固定,年9月6日,第一座SL机组完成。
此时,参与到这项工程的每一位匠人不由欢呼雀跃。东海大桥风电场,分一二两期,分布在大桥两侧。总投资40亿元,总装机容量20万千瓦。它也是目前世界上最大的海上风电场。
每年由它产生5亿度电,通过海底电缆输送至上海,每年节约的标煤至少24万吨。在“碳达峰”“碳中和”的提法下,东海大桥风电场,发挥了举足轻重的作用。由此,我们也可以看出,为什么我国要着重发展风电。
为什么要发展风电?
多年前,人类发现了交流电,因其强大的能量,一开始我们对之避如蛇蝎。随着工业水平的发展,我们逐渐意识到,交流电对我们的意义。由此,人类社会逐步在生产生活的方方面面使用到了交流电。
于此同时,我们也开始了大规模的发电。众所周知,燃烧矿物能源是最高效、最便利的电力获取方式。然而,矿藏资源不可再生,燃烧过程中产生的废气,也对环境造成了巨大的危害。诸如厄尔尼诺现象频发、南极冰川融化、海岸线上涨等。
而风电,几乎是一种完全不会给环境造成负担的电力来源。对比诸如其他的清洁能源,诸如水电、核电、光伏等,风电造价更低、安全系数更高,同时,风电设备的维护成本也更低。以SL为例,一座机组的计划使用寿命是20年,在这20年间,单个机组将从空气中“制造”4亿元的收益。在理想的环境下,SL机组转动一个小时能够发电度。
尽管对标上海全市日均4亿多的用电量,风力发电还不足以完全覆盖。但随着风电技术的进步,风电场将贡献出越来越多的电量。因为风电的清洁、便利、安全,所以未来将会有更加成熟的风电技术。尽管,我们还将攻克各种各样的难题。
海上风电场的建造,究竟有多难?
其实,风电看似是一种“完美”的清洁能源,但它的短板早已刻进了它的基因里,那就是——不稳定。时至今日,世界范围内都没有一位能人,可以确保风力、风速的稳定输出。
这也意味着,要运用风能,需要强大的电网系统做好电力的控制和稳定的输送。特别是像东海大桥风电场这样的海上风电场。虽然,其所在的杭州湾,在季风气候的影响下,风能充足。但也常常饱受台风的肆虐。
如何“安抚”风能,让SL既能有效蓄能,又能抵御风力过大的侵袭,正是在其设计之初,就困扰着各位科研人员的一大难题。虽然华锐承担了SL的全部设计内容,但各个部件的生产,是由全国各个高精尖工厂共同生产,最后在上海组装完成的。
SL承载着前所未有的单机容量,同时它所处的环境将经历大风力的“摧残”,因此叶片要结实、但不能笨重,这是两个看似矛盾的设计需求。为了满足这一需求,科学家们最后敲定了叶片的材质为环氧树脂。
仅仅是环氧树脂还远远不够,因为虽然这种材料可塑性强、质量轻,但它太“脆”,根本无法抵御极端天气侵袭。这时候,科学家们想到了钢筋混泥土结构,于是在环氧树脂中,加入了编织制造出了一种全新的复合材料,最终敲定了SL长达64米的叶片材料。
除了叶片之外,另一个重要的部件就是轴承。轴承本就是精密部件,但由于SL的“大块头”,它的轴承也达到了惊人的3米直径。制作轴承的是位于大连瓦房店的精密轴承工厂,世界上能生产这种轴承的工厂仅有三家。
在对轴承做质量检测时,用到了世界先进的三维精密检测仪,为了确保良好的传导性,仪器的检测头用到的材料是昂贵的红宝石,它能检测出3米直径内,0.8微米的误差。相当于在一块直径3平方米的平整地面,检测出一块砂砾的凸起。
当然,承载叶片和轴承的主机架和机舱,也是组成SL必不可少的一部分。由于要在海面上经受住长达20年海水地侵蚀和台风的撼动,装机前SL的每一个零部件,都经受住了严苛的质检和测试。
可以说,东海大桥风电场的投产和运营,是举全国制造业之能事,形成的这片“白色森林”。当然,也可以说明早在年,我国就形成了工业全产业链之雏形。
风电技术,从追赶别国到领跑世界!
年,东海大桥风电场一期工程的交付,意味着我国超越美国,成为了世界第一的风电大国。然而,中国的雄心绝不止于此!这仅仅是个开始。
在“双碳”背景下,包括风能在内的清洁能源,越来越多受到了重视。早在年我国就开始了对风力发电的研究。从我国第一个风力电场到现在的海上风电场,目前我国的风电并网装机容量已经突破了3亿千万。
年至今,我国已经连续12年蝉联世界第一风力发电大国,是美国装机容量的近3倍。虽然,早已风电发展势头早已“攻守易型”,但我们的对手从来不是其他国家,我们需要超越的,只有自己!
幅员之内,不仅内陆拥有丰沛的风力资源,绵延的1.8万公里海岸线,更是蕴藏了难以计量的“金山银山”。据不完全统计,目前可以发展成为海上风电场的海域面积,高达万平方公里。从萌芽到规模化建设,我们走过了艰辛的36年。
结语
视线回到杭州湾,如果从高处俯瞰东海大桥,我们将看到的是一条笔直的通途,连接着浦东和洋山港。30多公里的桥面一眼望不到尽头,它两侧点缀着60余座“白色巨塔”,这是西太平洋上、属于中国的、卓然于世界的风电里程碑。
此后的十余年间,这座由巨型风力发电机组成的“林场”,将继续迎着风的方向、直面海浪,不断制造能量、储备能量,通过70公里的海底电缆,点亮珠三角一盏盏寄托着希望的灯。
虽然,SL发电机是我国目前投入运营的最大风电机组,但在其投入使用至今的十年间,风力发电技术已经完成了数次迭代。曾经的荣耀,逐渐被更先进的机组代替。
这样的迭代,是无数大国工匠日以继夜、呕心沥血地付出。这样的成果,也让每个国人心怀激荡。“与天斗,其乐无穷”,我国的风能发电技术,从跟跑、并跑,发展到现在的领跑。这是制造业实力的体现,也是大国崛起吹响的号角!