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铝材是制造海上风电项目和岸基设施的上乘材料

来源:中国有色金属报    时间:2021-11-25

近年来,我国海上风电建设成效显著。今年1-4月,海上风电发电量为99.4亿kWh。据统计,我国海上风电平均利用小时数约为2500h,平均每天利用6.85h,比挪威低,比美国稍高一些,但比国内陆上风电年平均利用小时高出约500h。今年,全国风电、光伏发电量占社会用电量的比重将达11%,后续还会逐年提高。

 三大海上发电场相继并网发电   

我国有12000多公里的海岸线,两大岛屿,已经并网发电的发电站有近30个。今年上半年有3个海上发电场相继并网发电:珠海海上风电场-三角岛桂山二期、山东首座海上风电场—海阳南4号海上风电项目、江苏射阳龙源风电场。    

珠海海上风电场于8月并网发电。大力发展海上风电,是广东省实现碳达峰、碳中和的最佳途径之一。2020年,广东省规划海上风电总装机容量6685万kW,是我国海上风电规划装机容量最大省份,发展前景广阔。尤其是珠海三角岛桂山二期风电场8MW级大容量海上风电机组一体化测试平台正式投运,有力支持了广东海上风电大容量机组规模化发展走在全国前列。     

3MW的小风机桨叶转一圈约可发电3kWh,6MW大风机桨叶转一圈能发电7kWh-8kWh。珠海桂山风电场是广东省首个海上风电示范项目,可于年底全部建成投产,每年可提供4.93亿kWh的洁净电力,节约标准煤约16.02万吨,减排二氧化碳约38.25万吨,对促进粤港澳大湾区节能减排,优化调整电网能源结构具有积极意义。     

截至今年6月,广东电网完成首次并网的海上风电项目总装机规模已达260万kW,预计年底广东海上风电并网容量将超过400万kW,较去年底并网规模翻四倍。另外,为更好地服务海上风电项目并网消纳,广东电网加快新能源配套送出工程建设,确保年底投产海上风电400kW。     

江苏盐城射阳龙源海上风电装机容量突破4万kW。随着射阳龙源H2海上风电项目4月11日正式并网发电,江苏盐城市新能源装机容量达到1004.76万kW。盐城风能资源得天独厚,沿海风电可开发总量占江苏省风能可开发总量的2/3以上。截至去年,盐城海上风电并网规模达352万kW。为实现海上风电的有效并网,江苏在现有两条北电南送输电通道的基础上,正在盐城南通等沿海城市推进500kV沿海输电通道建设,以更好满足海上风电大规模连片开发和向中远海域拓展的需求。      

山东首座海上风电场并网发电。9月12日,在距离山东海阳海岸线 30 km的海面上,随着山东半岛南4号海上风电项目第10回路5台风机开始运转,山东首座海上发电场成功并网发电,实现海上风电零的突破。这个风电项目是山东省首批海上风电示范工程,总装机容量301.6MW。风电场配套建设220kV海上升压站和陆上集控中心各1座,风场内各风机之间、风机与海上升压站之间通过敷设35kV海底电缆连接,海底电缆总长度90km。据介绍,年底前,山东半岛南4号海上风电58台风机可实现全容量并网,对推动山东省能源结构转型升级、加快实现“双碳”目标具有积极意义。

铝材是制造海上风电项目

和岸基设施的上乘材料      

在建造海洋装备和岸基设施用的金属材料中,铝合金是最佳的,具有最好的综合性能和最高的性价比,它的密度低,耐海水侵蚀与抗海洋气氛腐蚀,在运转期间不需要进行日常维护,服役二三十年后所有铝制零部件和结构件都可以全部回收,熔化后的总损耗还不到5%,在所有结构金属中是回收率最高的,可以形成良性闭路循环。笔者粗略匡算了一下,在风机系统(桨叶、连接座、立管柱、传动装置、固定柱桩及平台等)及岸基设施用的金属材料中,大于75%可以用铝材,可用工业纯铝、5XXX系合金、6XXX系合金。在确保安全运转条件下,海上结构件宜多用5XXX合金制造,因为它对海水的抗蚀性最强。     

 风机结构件如桨叶、连接座、立柱管等最好用3D打印工艺制造。3D打印又称增材制造,是近30年来才面世的新工艺。3D打印技术一出现就显现出一种不可一世的姿态,成为一种万能制造工艺,可以制造任何产品,大到建筑群,小到人体骨骼与关节。我国科技人员已完全掌握了这门高深尖端技术,当前已用2219铝合金成功打印出了直径为10m的大型火箭筒体连接环,质量约1t,且仅用1个月时间就制造出来,比用传统工艺快,用的材料也少。为了节约材料与缩短制造时间、提高性能与经济效益,建议有关铝加工企业组建3D打印海上风力发电设备专业化制造项目。     

我国是全球风电的引领者,今年的装机容量超过欧洲、非洲、中东和拉丁美洲的总和。美国今年只有两个并网发电的海上风电项目,分别位于罗得岛和弗吉尼亚州海岸附近,但处于运转状态的风力涡轮机(发电机)还不到10台。与之相比欧洲的海上风电产业正在蓬勃发展,德国、丹麦和英国在海岸附近部署了六七十台巨型风力发电机,在这种形势下,美国总统拜登希望快速发展零排放能源,到2030年,美国海上风电装机容量将达到30GW,以减缓气候变化影响,并能增加更多就业岗位。


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