2023年10月16日-19日，2023北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見APP全程直播本次大會。

在10月17日上午舉辦的海上風(fēng)電工程裝備論壇I上，中船海裝研究院副院長文茂詩發(fā)表了題為《淺談海上風(fēng)電系統(tǒng)設(shè)計》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

大家上午好，我是來自中船海裝的文茂詩，今天我從整機(jī)裝備角度給大家?guī)淼姆窒?，淺談海上風(fēng)電的系統(tǒng)設(shè)計。

從四個方面開展我的介紹。首先還是簡單提一下國內(nèi)外海上風(fēng)電的一個現(xiàn)狀，由此引入我們的主題。我國風(fēng)電累計并網(wǎng)裝機(jī)容量已經(jīng)突破3億千瓦，同比增長29%，連續(xù)12年位居全球第一。近5年來，中國海上風(fēng)電呈突破式增長，自2021年平價破冰以來，中國的海上風(fēng)電發(fā)展進(jìn)入了更快的步伐，但如何進(jìn)一步提升基礎(chǔ)能效，降低海上風(fēng)電的開發(fā)成本，仍是我們當(dāng)期面臨的受要技術(shù)問題，我希望通過整機(jī)核心參數(shù)匹配設(shè)計，全局最優(yōu)的載荷優(yōu)化迭代，成熟IPC技術(shù)及再創(chuàng)新三個方面來簡單分享一下海裝是如何通過系統(tǒng)性創(chuàng)新來打造一個平臺兩款機(jī)型，破局當(dāng)時我們南北海上風(fēng)電平價過程。

首先談系統(tǒng)設(shè)計，那么第一步就是我的基型規(guī)劃，也就是我們功率等級，風(fēng)輪直徑的選擇。右邊的圖是人們談?wù)摍C(jī)型規(guī)劃的時候喜歡引用的一些圖，比如大部分的，橫坐標(biāo)是風(fēng)輪直徑，縱坐標(biāo)是功率等級，或者葉片重量等等，人們希望通過單位千瓦掃風(fēng)面積，或者其他的一些規(guī)律找到預(yù)測未來機(jī)型的方法，但其實(shí)這里就算是趨勢性非常顯著，也無法解答我們機(jī)型是否適應(yīng)評價這個問題，因?yàn)樵谶@里面沒有體現(xiàn)平價的主要工程問題。

其實(shí)，投資收益率才是決定海上風(fēng)電是否能夠平價的關(guān)鍵要素，比如我們選擇的風(fēng)能直徑越大，意味著我們的發(fā)電量越高，機(jī)組成本也會越高，功率等級越大，發(fā)電量雖然降低，但是整體造價也會有所降低，風(fēng)輪直徑，功率等級是通過影響到風(fēng)場投資和收益，從而影響投資收益率，按照傳統(tǒng)設(shè)計方法，我們首先確定風(fēng)輪直徑，功率等級，然后建立詳細(xì)的仿真模型，進(jìn)行載荷迭代，輸出詳細(xì)的載荷結(jié)果，然后完成詳細(xì)設(shè)計，至少是要完成概念設(shè)計，才能得到比較具體的基礎(chǔ)成本，最終才能結(jié)合風(fēng)場進(jìn)行投標(biāo)的精細(xì)測算。

但是這種方式顯然存在很大的風(fēng)險，也就是我機(jī)組織在設(shè)計末期，才能結(jié)合風(fēng)場實(shí)際情況，測算這個機(jī)型是否滿足平價，是否我們開始思考，是否我們一定需要通過計算，通過設(shè)計，才能夠得到我們機(jī)組發(fā)電量，機(jī)組成本以及我機(jī)組的詳細(xì)內(nèi)容。實(shí)際上，我們開始反思，實(shí)際上有一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，我們開始嘗試經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛蛲ㄔO(shè)計全鏈條，基于風(fēng)場投資經(jīng)濟(jì)性測算反過來確定我們需要的機(jī)型。

首先，找出我們歷史的所有載荷數(shù)據(jù)庫，上千套載荷數(shù)據(jù)庫，從中發(fā)現(xiàn)一些顧慮，以此我們構(gòu)建了風(fēng)輪直徑、功率等級、整機(jī)載荷、基礎(chǔ)載荷等多維度的內(nèi)在關(guān)系，真正實(shí)現(xiàn)了誤差可控的載荷預(yù)測，通過這樣的模型，我們解決了整個尋優(yōu)過程中的最關(guān)鍵一環(huán)，剩下就簡單多了，我們的發(fā)電量模型是比較成熟的，可以通過一個簡單的二元二次方程來理荷，我們在基礎(chǔ)造價模型上還是下了比較大的工夫，我們針對不同區(qū)域的地質(zhì)條件，虛擬了不同的水深，不同的載荷，共有80多種組合，實(shí)實(shí)在在設(shè)計了80多個單裝機(jī)組，從而構(gòu)建這樣一個載荷，地質(zhì)影響基礎(chǔ)數(shù)量成本的測算模型，剩下的模型比較傳統(tǒng)，不詳細(xì)介紹了。

以上的東西，我們最終建立了一個以電價資源特征和風(fēng)場投資收益率為約束的整機(jī)核心參數(shù)高效匹配的這么一套設(shè)計軟件，基于這套軟件可以針對特定區(qū)域，地質(zhì)條件，上網(wǎng)電價，年均風(fēng)速等計算所有功率等級，所有風(fēng)輪直徑下的收益率舉證，用此來決策我們的機(jī)型開發(fā)，這對我們機(jī)型決策起到至關(guān)重要的作用，當(dāng)時有一種聲音，陸上的小兆瓦機(jī)組下海，可能是平價的一種解決途徑，在這個模型上看來，可能就不是這么一回事。

第二個分享的是全局最優(yōu)的載荷優(yōu)化迭代，內(nèi)部稱為這是效率革命帶來的技術(shù)創(chuàng)新，整機(jī)設(shè)計最關(guān)鍵的在于載荷仿真，初期載荷仿真迭代周期基本上是一個月一輪，全靠人去完成，大概需要數(shù)十萬次的操作，那個時候整機(jī)的設(shè)計，整機(jī)的迭代，主要是為了完成葉片的設(shè)計，沒有什么尋優(yōu)而言，后面隨著各種前后處理的大量的小工具出現(xiàn)，大量取代人的操作，第二代的仿真體系大概把效率提高4倍，基本上一周一輪迭代時間，使我們尋優(yōu)工作產(chǎn)生了可能。隨著輕量化葉片概念提出，大家一輪又一輪迭代，為了降低葉片重量，這種模式依然存在一些弊端，比如這個程序處理完之后，我還是需要人工導(dǎo)到另一個程序處理，這個過程中需要反復(fù)確認(rèn)參數(shù)，避免出錯，人干預(yù)這個工作的時候，人總是需要休息，總是也有干不完的工作，所以這一做一等之間，大量的時間又被浪費(fèi)了。

所以說我們海裝推出的第三代仿真模式徹底取消了程序的界面，直接以模型文件作為驅(qū)動，打通了軟件和軟件之間的連接，實(shí)現(xiàn)快速迭代，真正實(shí)現(xiàn)7乘24小時全天候計算，基于這套體細(xì)，我們繼續(xù)打造SuperBladed+的這么一個平臺，以局部文件為驅(qū)動，自動進(jìn)行模型拼接，自動完成控制器的整定，自動完成仿真，自動的結(jié)果回傳，結(jié)合我們的HPC超算平臺實(shí)現(xiàn)葉片整機(jī)迭代，最快一小時可以完成一輪計算，主要受限于現(xiàn)在的硬件，那么這套系統(tǒng)我們已經(jīng)開發(fā)給了（雙瑞、艾朗）等主流葉片廠家，接下來還會和更多友商進(jìn)行開放。

基于這么一套體系，我們可以做更多的事情，更多的問題，得到我們更想要知道的一些答案，這一代機(jī)組我們進(jìn)行近400多輪迭代，是我們傳統(tǒng)設(shè)計的10倍，這里面解釋了很多載荷影響規(guī)律，借此實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的基礎(chǔ)輕量化設(shè)計，整機(jī)降載超過20%。

第三個是我們成熟的IPC技術(shù)及其再創(chuàng)新應(yīng)用。海裝在獨(dú)立變槳技術(shù)上是第一個吃螃蟹的企業(yè)，我們從2019年在（錦霞）風(fēng)場開始測試過后，已經(jīng)有5年的應(yīng)用時間，有上千臺的批量的成熟運(yùn)用，這里降載效果不再闡述了。我們內(nèi)部認(rèn)為，獨(dú)立變槳技術(shù)是讓風(fēng)機(jī)擁有觸覺的一項(xiàng)創(chuàng)新性基礎(chǔ)，基于穩(wěn)定、可靠的葉根載荷數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)載荷的實(shí)時估計，極限載荷的直接保護(hù)，疲勞載荷的有效預(yù)警以及主動干預(yù)等，極大提升了機(jī)組安全性。

這里可能不是太清晰，右上角是我們一個真實(shí)風(fēng)場運(yùn)行一個月的多臺機(jī)組的這么一個葉片和齒輪箱的疲勞壽命的一個累計情況，從這上面可以看到我現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行情況非常良好，下面是我們一個傳統(tǒng)鏈極限扭距保護(hù)的測試，這里面測試結(jié)果效果也是非常良好的。這里分享一下沒有獨(dú)立變價技術(shù)和沒有IPC干預(yù)的情況，左上角呈現(xiàn)是我們某機(jī)組在三個月時間內(nèi)，葉根MY疲勞載荷，疲勞壽命快速增長，右圖闡述這個事情，這個圖垂直的，正對于我們的這個面，表示風(fēng)輪平面，垂直往里表示時間軸，這個風(fēng)輪平面原本應(yīng)該是一個圓形，往內(nèi)凹的部分表示載荷變小，往外凸表示載荷變大，藍(lán)色紅色也是表示這個意思。這里闡述一個湍流非常小，基本上風(fēng)速沒什么變化，載荷特征也沒什么變化，但是切面非常大的這么一個過程，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，我們湍流切面，切面應(yīng)該是0.16，但是這個實(shí)際的切面達(dá)到了大概是0.5的水平，遠(yuǎn)超設(shè)計認(rèn)知，短短6個小時時間里面，發(fā)現(xiàn)葉片疲勞損上，機(jī)架疲勞損傷可以達(dá)到一個月的程度。

下面這個圖是跟上面這個圖展示方式一樣，換了一個視角，四處藍(lán)色的區(qū)域，這里的原因，根本原因是上游機(jī)組產(chǎn)生的尾流影響，作用在風(fēng)流一側(cè)，導(dǎo)致葉片旋轉(zhuǎn)的時候，交替進(jìn)入尾流影響區(qū)域和沒有尾流影響區(qū)域，導(dǎo)致了很大的葉片載荷交變，同樣產(chǎn)生在機(jī)架上，也導(dǎo)致非常大的這么機(jī)架載荷的交變，同樣產(chǎn)生數(shù)倍的這么疲勞損傷，而這一切的問題在有獨(dú)立變槳技術(shù)的基礎(chǔ)上，是天然可以規(guī)避掉的。

最終我們基于科學(xué)合理的系統(tǒng)設(shè)計，基于深度的載荷優(yōu)化，基于自主的保護(hù)策略，率先研制出適應(yīng)海上風(fēng)電平價需求的輕量化、高可靠的210 10兆瓦，220 8兆瓦的海上機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了機(jī)頭重量降低30%，同級別載荷降低10%以上的效果，率先破局平價市場。

前面說的都是以前，未來海裝如何持續(xù)優(yōu)化，助力海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展的？首先，立足高起點(diǎn)，我們依然依托與80兆瓦平臺進(jìn)一步挖掘余量，進(jìn)一步突破載荷仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同平臺，盡可能不變情況下，升級到260，12.5兆瓦明星產(chǎn)品。依托于海上風(fēng)電，長葉片領(lǐng)跑者的業(yè)績，依托高功率密，傳動鏈技術(shù)，高濕高溫倉內(nèi)控制技術(shù)，智能感知技術(shù)以及我們的模塊化易安裝，易維護(hù)的特點(diǎn)，以及我們大數(shù)據(jù)智能化運(yùn)維，助力我們海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展。

最后是一點(diǎn)展望，目前海上風(fēng)電的建設(shè)成本和運(yùn)營成本仍然很高，也是限制發(fā)展的主要因素之一，隨著技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的擴(kuò)大，成本也將逐漸下降，此外政府的支持和鼓勵也會促進(jìn)海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展。在技術(shù)方面仍然需要在氣彈設(shè)計、海洋工程、數(shù)字化技術(shù)、材料科學(xué)、海洋裝備技術(shù)等領(lǐng)域持續(xù)不斷創(chuàng)新，進(jìn)一步提高海上風(fēng)電基礎(chǔ)能效，使得風(fēng)電機(jī)組成本更低，運(yùn)行更穩(wěn)定，生產(chǎn)更安全。好，我的分享結(jié)束，謝謝大家。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）