據(jù)外媒消息，明陽智能16.6MW Nezzy²雙機頭機組即將完成全尺寸樣機的詳細(xì)工程工作，該機組包含兩個中速8.3MW MySE8.3-180風(fēng)電機組，葉輪直徑180米，預(yù)計全尺寸樣機將在2022年底或2023年初安裝在明陽開發(fā)的位于中國南部沿海的海上風(fēng)電試驗場，該海域水深約為40米。具體安裝時間取決于合適的天氣條件。

明陽智能是 Nezzy² 在中國的技術(shù)合作伙伴和被許可方。

雙機頭解決方案的競爭優(yōu)勢

德國EnBW公司土建、風(fēng)能和海洋技術(shù)團(tuán)隊經(jīng)理 Klaus Ulrich Drechsel 表示：“對于未來的應(yīng)用，Nezzy² 雙機頭解決方案將與傳統(tǒng)的單頭風(fēng)電機組方案和其他多頭風(fēng)機系統(tǒng)競爭。與最新一代、單機規(guī)模更大的單頭風(fēng)電機組相比，該公司成熟的全尺寸雙頭機組模型的兩個單元通常能提供更高的單個漂浮式基礎(chǔ)可支持的機組容量。雖然EnBW公司對不同的技術(shù)方案持開放態(tài)度，也在不斷評估這些漂浮式系統(tǒng)——但與此同時，公司相信 Nezzy² 雙頭機組的概念依然具有其優(yōu)勢。”

該系統(tǒng)的合作伙伴部署了一種稱為技術(shù)準(zhǔn)備就緒水平 (TRL) 的系統(tǒng)方法來評估構(gòu)成 Nezzy² 的新技術(shù)的成熟度。對于 1:10 比例的演示樣機而言，該就緒水平達(dá)到了 TRL 5.而正在中國開發(fā)的 1:1 樣機的技術(shù)成熟度則達(dá)到了 7 級。TRL 7 被定義為“在商業(yè)前規(guī)模的操作環(huán)境中應(yīng)用的示范系統(tǒng)”。在歐洲，EnBW 正在考慮與一家 EPCI 承包商合作，再建造另一個全面的演示樣機，希望能達(dá)到最高級別——TRL 9——這代表了完整的商業(yè)應(yīng)用階段。

　　明陽智能張啟應(yīng)表示，就目前的Nezzy²產(chǎn)品開發(fā)而言，包括機艙和輪轂在內(nèi)的所有主要機組部件都已完成。此外，公司還加強了變速箱軸承和集成變速箱的轉(zhuǎn)子軸承，以補償塔頂更高的慣性負(fù)載。他透露說，這些額外的負(fù)載相當(dāng)于 0.2-0.3g 的加速度補充，而固定基礎(chǔ)的 MySE8.3-180 應(yīng)用的頂部慣性“僅僅只有”0.1g。由于 Nezzy² 特有的反向葉輪的工作原理，明陽還必須制造兩種不同的葉片組——一組用于順時針方向旋轉(zhuǎn)的葉輪，另一組用于逆時針旋轉(zhuǎn)的葉輪。”。

水滴形塔筒結(jié)構(gòu)

據(jù)張啟應(yīng)介紹，制造符合空氣動力學(xué)的水滴形鋼塔筒比預(yù)期的要容易。這種特制的橫截面形狀，類似于1:10示范樣機的布局，可以增強通過整個結(jié)構(gòu)的風(fēng)流。Nezzy² 采用兩座獨立的塔筒結(jié)構(gòu)，呈 V 字形排列，共用一個漂浮式基座，底部共同安裝到一個短一點的管狀鋼塔上，再安裝在混凝土漂浮式基礎(chǔ)上。

部分水滴形塔筒段

該項目另一個創(chuàng)新的減重功能是連接“開放式”上塔筒和機艙末端的兩根拉線，拉線有助于對轉(zhuǎn)動的葉輪根據(jù)特定旋轉(zhuǎn)模式始終保持張力。拉線還將每個機艙連接到逆風(fēng)和相鄰的順風(fēng)漂浮元件上。

對于全尺寸樣機而言，明陽智能將使用荷蘭 DSM 公司提供的原始高強度 Dyneema 合成線纜轉(zhuǎn)換為可在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的傳統(tǒng)多股鋼索。

“兩個葉輪反向旋轉(zhuǎn)的一個整體好處，是每個葉輪在運轉(zhuǎn)期間都可抵消由對方引起的扭矩力矩，這對浮子的穩(wěn)定性和使用壽命將帶來積極的影響。兩個全尺寸葉輪的葉片尖端之間僅僅只有 3m 的距離，這樣距離下的反向旋轉(zhuǎn)帶來的“耦合渦流”現(xiàn)象，可提高大約 2% 的年發(fā)電量，與葉輪距離較遠(yuǎn)的方案相比，葉尖約 3m 的距離被證明是反向旋轉(zhuǎn)葉輪之間的最佳尖端距離。發(fā)電量的提高已經(jīng)在aerodyn公司對全尺寸 Nezzy² 的初始模擬中得到了體現(xiàn)，現(xiàn)在將得到明陽智能的證實。”設(shè)計師Siegfriedsen 和張啟應(yīng)解釋說。

　　他們還解釋了Nezzy² 系統(tǒng)的其他幾個優(yōu)勢。首先，由于單點系泊系統(tǒng)，順風(fēng)旋翼總是面對迎面而來的風(fēng)，因此不需要單獨的風(fēng)機偏航系統(tǒng)。其次，全尺寸的 Nezzy² 很大程度上是一個被動系統(tǒng)，其中葉輪平面通過主動控制各個葉輪的速度，通過主動偏航支持將自身與占主導(dǎo)地位的風(fēng)向?qū)R。兩人聲稱，由于雙葉輪系統(tǒng)上的力是完全集成的，因此雙葉輪的錯位小于單頭陸上風(fēng)電機組的錯位。陸上風(fēng)電機組通常在更加不穩(wěn)定的環(huán)境中運行，其中風(fēng)向改變更頻繁。

尾流損失減半

另一個優(yōu)勢是，在風(fēng)電場布置中使用該系統(tǒng)的尾流損失只有約5%，但采用 16.6MW 單機容量或類似容量的單葉輪風(fēng)電機組的尾流損失可達(dá) 10%。根據(jù) Siegfriedsen 和張啟應(yīng)的說法，這是由于 Nezzy² 采用直徑180米的葉輪，但單位面積容量與更大尺寸的葉輪(直徑約 254m 的葉輪)相比差不多，都能達(dá)到 326W/m2 的額定值。但采用小一點的葉輪，意味著機組的重心可以下降約 37m，這反過來又可以使用更小、更便宜的水下浮子來實現(xiàn)類似的穩(wěn)定性能。

“將尾流損失減少一半，還可以使 Nezzy² 風(fēng)電機組之間的間距更近——這在類似中國等風(fēng)電可用海域有限的市場尤其有利。”

穩(wěn)定性也是漂浮式風(fēng)電的關(guān)鍵，MySE8.3-180 風(fēng)電機組的頭部重量相對較低，這使得每個機艙和葉輪不到 460 噸，無需額外的偏航系統(tǒng)。

最后一個 Nezzy² 的特性是在“無風(fēng)”的條件下，葉輪向接近風(fēng)的方向傾斜 2.5 度，在正常運行情況下則變?yōu)榕c葉輪平面相差 0 度。然而在極端風(fēng)況下又可增加 2.5 度，從而消除對主動壓載系統(tǒng)的需要。

與1:10演示樣機一樣，該機型的漂浮式基礎(chǔ)由三個中空的主要元件組成，其中一個長一點的單腿結(jié)合了帶集成電力輸出的單點旋轉(zhuǎn)系泊系統(tǒng)，兩個短腿呈 V字形。組裝后的浮體結(jié)構(gòu)長120m，寬105m。

張啟應(yīng)介紹說，浮體結(jié)構(gòu)中最簡單的部分，例如鋼制連接器等，預(yù)計將于今年 9 月完工。與當(dāng)?shù)卮皦狠d技術(shù)專業(yè)公司合作開發(fā)的三個“被動壓載”浮力系統(tǒng)也已經(jīng)訂購。他表示，高強度混凝土中空浮子元件的研發(fā)和測試過程需要投入更多的資源和時間。目前各個混凝土專家面臨的一系列挑戰(zhàn)包括復(fù)雜的化學(xué)，例如了解變形過程以確保必要的尺寸精度，固化過程中的溫度控制和工藝微調(diào)等。

制作模具

在技術(shù)開發(fā)和制造前試驗過程中仔細(xì)考慮后，明陽智能決定采用躺臥式方法制作建設(shè)混凝土浮子元件的大型模具。明陽智能選擇與一家專業(yè)公司合作，該公司主要生產(chǎn)用于建造橋梁的模具。

整個過程涉及到生產(chǎn)十個較短的模具，以研究所需的材料強度特性和制造過程。張啟應(yīng)解釋說，制造過程方面還涉及到一些重要方面，例如實現(xiàn)足夠精確的尺寸設(shè)計，同時防止放熱固化循環(huán)期間釋放的熱量導(dǎo)致可能的裂縫產(chǎn)生。經(jīng)過一整年的密集加工，這些模具現(xiàn)已準(zhǔn)備就緒。公司下一個優(yōu)先事項是將樣機準(zhǔn)備好。

而Nezzy² 未來發(fā)展的重點是繼續(xù)降低平準(zhǔn)化度電成本 (LCoE)，這對于 2021 年底國家取消上網(wǎng)電價補貼后的中國至關(guān)重要。中國海域雖然臺風(fēng)多發(fā)，但主要是一個低風(fēng)速市場，平均風(fēng)速僅為 7.5-8.0m/s。Nezzy² 平臺在未來的擴(kuò)展?jié)摿Γ瑢⒅饕Q于風(fēng)浪條件、水深情況，以及是否有合適的港口供設(shè)施的組裝。

進(jìn)一步，幾家合作伙伴計劃通過微調(diào)浮體的設(shè)計(因模具制造非常昂貴)以及葉輪尺寸和特定的額定功率等方法看看如何擴(kuò)大規(guī)模。Nezzy² 平臺針對明陽智能的輕質(zhì)風(fēng)力技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，第一個設(shè)想的步驟將是以 MySE8.3-180 為參考，引入更靈活的額定功率。這意味著中國北方等低風(fēng)速地區(qū)的額定功率將降低，而強風(fēng)地區(qū)市場的額定功率將提高 10-15%，這可通過同時使用設(shè)計時容量的儲備和提高額定風(fēng)速來實現(xiàn)。

另一種選擇：雙葉片

明陽智能以前曾經(jīng)安裝了一臺基于 aerodyn 超緊湊驅(qū)動 (SCD) 設(shè)計的雙葉片海上風(fēng)電基地，因此在該雙頭漂浮式海上風(fēng)電方案上仍然保留了選擇雙葉片設(shè)計結(jié)構(gòu)的可能性。

張啟應(yīng)介紹說，明陽智能公司也正在重新研究雙葉片葉輪結(jié)構(gòu)，希望能與公司過去幾年中取得的控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。與三葉片模型相比，雙葉片結(jié)構(gòu)可能有助于顯著降低 LCoE。但這還需要正確的論據(jù)來說服金融機構(gòu)，因為這類風(fēng)電項目的可融資性是最大的挑戰(zhàn)之一。