海上風(fēng)能資源比陸地豐富而且穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)發(fā)電時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)電場(chǎng)既不占用寶貴的土地資源，又靠近電力負(fù)荷中心，還遠(yuǎn)離居民生活區(qū)。在陸上風(fēng)資源行將枯竭、開(kāi)發(fā)受限的今天，這幅遠(yuǎn)景藍(lán)圖寄托了渴望綠色能源的地球人的無(wú)限期待。但是，如果我們翻一翻海上風(fēng)電的最新成績(jī)單就會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)與期望值相去甚遠(yuǎn)！據(jù)彭博社新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布消息稱，至2015年底，全球海上風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)1100萬(wàn)千瓦，而穩(wěn)居全球風(fēng)電裝機(jī)榜首的中國(guó)僅100萬(wàn)千瓦，不及陸上風(fēng)電的1%。如此說(shuō)來(lái)，海上風(fēng)電只是看上去很美，骨子里滿是“櫻桃好吃樹(shù)難栽”的無(wú)奈！
　　有痛點(diǎn)就得找痛的原因。海上風(fēng)電之所以“圍觀者眾，上門(mén)踢館者寡”，業(yè)界比較一致的觀點(diǎn)是，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)成本比陸上高出2-3倍！有人天真地認(rèn)為，如果政府把海上風(fēng)電的上網(wǎng)電價(jià)相應(yīng)地提高2-3倍，問(wèn)題就有解了。可是據(jù)筆者的觀察，政府（至少我國(guó)是這樣）不但沒(méi)有這樣的政策設(shè)計(jì)，相反，一幅去理想化的圖景擺在業(yè)者面前：國(guó)家《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》明確指出，要逐步退出風(fēng)電補(bǔ)貼政策，十三五末也就是到2020年，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)要與火電齊平。開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的大幕還沒(méi)有完全展開(kāi)，收?qǐng)龅墓狞c(diǎn)聲卻在隱隱傳來(lái)。試問(wèn)，海上風(fēng)電有理由做到例外嗎？如果沒(méi)有，業(yè)界將如何因應(yīng)？
　　有“開(kāi)發(fā)成本高”這只攔路虎在眼前，我們就不必再找其它的原因了，盡管影響海上風(fēng)電的因素還有很多。問(wèn)題再回到痛點(diǎn)：海上風(fēng)電有解決方案嗎？筆者的回答是肯定的，這就是創(chuàng)新與突破！海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)要在技術(shù)路線與商業(yè)模式等方面開(kāi)拓創(chuàng)新，大膽突破，集約化大規(guī)模高效開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電，大幅度降低開(kāi)發(fā)成本，徹底擺脫政策依賴，重新回到以市場(chǎng)為主導(dǎo)的良性發(fā)展軌道。
　　第一，技術(shù)路線上尋求突破
　　通過(guò)多年對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究，筆者認(rèn)為傳統(tǒng)主流三葉片水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)從結(jié)構(gòu)到設(shè)計(jì)理念都存在缺陷。首先，風(fēng)機(jī)功率受制于葉片長(zhǎng)度。由于受葉片材料的制約，葉片長(zhǎng)度目前已經(jīng)接近極限，例如8MW的風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度已超過(guò)80米。如果要繼續(xù)增加單機(jī)功率，勢(shì)必要繼續(xù)增加葉片長(zhǎng)度，而這在短時(shí)間內(nèi)是不可能有重大突破的。其次，水平軸三葉片風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。懸臂結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)葉片因?yàn)橐３制渥銐虻膹?qiáng)度與剛度，其根部設(shè)計(jì)成有一定長(zhǎng)度的大直徑圓柱體，葉片梢部尖薄又顯剛性不足。這兩部分的氣動(dòng)外形不符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，導(dǎo)致葉片的最佳工作長(zhǎng)度不足葉片全長(zhǎng)的70%，風(fēng)機(jī)的整體性能與效率大大降低。再次，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)理念的束縛。三葉片水平軸風(fēng)機(jī)是在以往各類風(fēng)機(jī)模型基礎(chǔ)上提煉出來(lái)的最佳機(jī)型，特別適用于風(fēng)機(jī)高度在200米左右的空間，這一理念已經(jīng)深入人心，主流設(shè)計(jì)人員視其為圭臬、正統(tǒng)，其它技術(shù)方案很難進(jìn)入其視野。但實(shí)踐證明，要大幅度提高風(fēng)機(jī)的單機(jī)功率，三葉片懸臂結(jié)構(gòu)僅從其葉片技術(shù)角度看已經(jīng)沒(méi)有可能。因此，在設(shè)計(jì)理念上應(yīng)當(dāng)有新的思考與突破，不能墨守成規(guī)。
　　有鑒于此，筆者大膽突破傳統(tǒng)技術(shù)路線，研究設(shè)計(jì)了一款100MW超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，為實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的高效規(guī)模開(kāi)發(fā)（當(dāng)然也適合陸上風(fēng)電場(chǎng)）提供技術(shù)儲(chǔ)備。該機(jī)組采用直徑600米的雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪，風(fēng)輪掃掠面積28萬(wàn)m2，空間桁架結(jié)構(gòu)的鋼管混凝土塔架高度達(dá)320米，風(fēng)輪最高點(diǎn)超過(guò)620米。等弦長(zhǎng)、變槳距、多葉片設(shè)計(jì)，可以克服傳統(tǒng)三葉片的不利氣動(dòng)影響。發(fā)電機(jī)則采用技術(shù)成熟的電勵(lì)磁同步電機(jī)，與風(fēng)輪葉尖氣動(dòng)調(diào)速，變槳距調(diào)速，偏航調(diào)速，外置同軸永磁電機(jī)調(diào)速，共同組成發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以確保發(fā)電機(jī)處于恒速恒頻工作狀態(tài)。此外，重達(dá)數(shù)千噸的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)可儲(chǔ)存足夠的動(dòng)能，一定程度上能夠克服由于風(fēng)速或外部電網(wǎng)的某些瞬時(shí)變化帶來(lái)的電壓波動(dòng)，有利于提高電能品質(zhì)。
　　以上技術(shù)創(chuàng)新成果部分反映在筆者所擁有的國(guó)家授權(quán)專利《超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組》、《雙掠面多葉片拉索式風(fēng)力渦輪》中。至于技術(shù)認(rèn)證，可以從基礎(chǔ)、塔架、風(fēng)輪系統(tǒng)、傳動(dòng)變速系統(tǒng)、發(fā)配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)分步實(shí)施，以求得整體方案的可行性，盡早進(jìn)入商業(yè)化操作。
　　100MW超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)十分明顯。第一，由于機(jī)組功率巨大，一臺(tái)機(jī)組相當(dāng)于傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)全部機(jī)組的總和，因而極大地節(jié)約了風(fēng)電場(chǎng)的土地資源。無(wú)論在陸地還是海上，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)只需要安裝一臺(tái)機(jī)組，占地面積（占用海域）不超過(guò)3000M2，單機(jī)間距將大于5000米，這與傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)輒幾十平方公里的占地需求，完全不可同日而語(yǔ)！從某種意義上說(shuō)，是把傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)由“片”變?yōu)?ldquo;點(diǎn)”，這對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)而言意義尤其巨大。在中國(guó)沿海，常年活躍著幾十萬(wàn)艘各類船只，傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)的單機(jī)密度過(guò)大，勢(shì)必影響航行、漁業(yè)乃至國(guó)防設(shè)施的安全，風(fēng)電場(chǎng)本身也存在諸多安全隱患。此外，這種稀疏分布又遠(yuǎn)離海岸線的“點(diǎn)式”風(fēng)電場(chǎng)，從安裝到正常運(yùn)維，能最大限度地減少對(duì)海洋環(huán)境的擾動(dòng)，符合綠色環(huán)保發(fā)展理念。
　　第二，從理論上推測(cè)
　　100MW超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率要高于由小功率風(fēng)機(jī)組成的傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)（有待實(shí)踐檢驗(yàn)）。首先從年發(fā)電時(shí)間看，根據(jù)測(cè)算，海上風(fēng)機(jī)年發(fā)電時(shí)間可按5000小時(shí)左右計(jì)，例如廣東珠海桂山海上風(fēng)電場(chǎng)按年發(fā)電時(shí)間4900小時(shí)計(jì)算，歐洲一般按4500-5000小時(shí)計(jì)。筆者估算，100MW超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年發(fā)電時(shí)間應(yīng)在6000小時(shí)以上。理由之一是，該機(jī)組塔架高度320米，風(fēng)輪最高點(diǎn)620米，而風(fēng)速與其平穩(wěn)性在垂直高度上呈指數(shù)遞增，這意味著風(fēng)輪可以吸收更大更穩(wěn)定的風(fēng)能。實(shí)際上如此龐大的風(fēng)輪，如果沒(méi)有諸如故障檢修等特殊原因，一般不會(huì)啟動(dòng)停機(jī)模式。
　　其次從風(fēng)輪的工作模式看，由于傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)大多由小功率風(fēng)機(jī)群組成，塔影效應(yīng)與尾流效應(yīng)十分顯著，加上如前所述葉片根部與梢部的不利氣動(dòng)影響，將會(huì)降低風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效率。100MW超大型風(fēng)機(jī)雖然也存在塔架以及拉索的所謂塔影效應(yīng)，但由于風(fēng)輪直徑巨大，塔影效應(yīng)從輪轂中心逐漸向葉尖遞減。此外，風(fēng)輪葉片的氣動(dòng)外形在徑向上全程符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，使得流經(jīng)前掃掠面的風(fēng)速風(fēng)向基本不受影響，而且經(jīng)過(guò)前掃掠面做功的風(fēng)速經(jīng)過(guò)后掃掠面時(shí)再次做功，風(fēng)輪可最大限度的吸收風(fēng)能，顯然比小功率機(jī)群的整體效果要好。
　　第三，商業(yè)模式上尋求創(chuàng)新
　　全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，主要有零部件供應(yīng)、 整機(jī)制造和風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)等 3個(gè)環(huán)節(jié)。近年來(lái)由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，行業(yè)內(nèi)部發(fā)生許多新的變化，其中最明顯的莫過(guò)于風(fēng)電開(kāi)發(fā)商已逐漸成為產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)。為適應(yīng)這種變化，一些上游風(fēng)電整機(jī)商開(kāi)始把業(yè)務(wù)向下游延伸，如我國(guó)風(fēng)電龍頭企業(yè)金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、明陽(yáng)風(fēng)電等，都已經(jīng)開(kāi)始或者準(zhǔn)備試水風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)。
　　筆者對(duì)現(xiàn)階段行業(yè)趨勢(shì)做過(guò)認(rèn)真研判，認(rèn)為這一發(fā)展趨勢(shì)符合風(fēng)電行業(yè)本身特性。風(fēng)電整機(jī)技術(shù)集成度高，出質(zhì)保期的維護(hù)量較大，風(fēng)電開(kāi)發(fā)商對(duì)整機(jī)商的要求越來(lái)越高，導(dǎo)致整機(jī)商與開(kāi)發(fā)商的利潤(rùn)空間都受到擠壓。但從外部看，風(fēng)電整機(jī)商與風(fēng)電開(kāi)發(fā)商更像一個(gè)整體，他們共同為電網(wǎng)提供電力產(chǎn)品。筆者認(rèn)為與其人為地分割一個(gè)有機(jī)整體，還不如一體化經(jīng)營(yíng)這個(gè)整體，可以更有效地整合各自的優(yōu)勢(shì)資源，因此提出“風(fēng)電一體化規(guī)模開(kāi)發(fā)”的新模式。
　　所謂一體化，就是貫通風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的上下游環(huán)節(jié)，集產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、發(fā)電、運(yùn)營(yíng)維護(hù)于一身，最終向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力產(chǎn)品，從中獲得穩(wěn)定收益。這種商業(yè)模式不是傳統(tǒng)意義上的“貪大求全”，更不是要集成全產(chǎn)業(yè)鏈上的實(shí)體。它只是在形式上打通上下游環(huán)節(jié)，企業(yè)只做核心和關(guān)鍵部分，如產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵零部件的加工制造，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等，凡涉及低端或傳統(tǒng)加工業(yè)務(wù)應(yīng)當(dāng)全部外包。
　　與傳統(tǒng)商業(yè)模式相比，新模式實(shí)質(zhì)上改變了企業(yè)的產(chǎn)品屬性與盈利模式，由原來(lái)向下游市場(chǎng)供應(yīng)風(fēng)電整機(jī)或運(yùn)維服務(wù)，變?yōu)橹苯酉蛱囟ㄓ脩籼峁╇娏Ξa(chǎn)品。由于電力產(chǎn)品的特殊性，企業(yè)可以減少產(chǎn)品營(yíng)銷這個(gè)重要環(huán)節(jié)的大量投入，把有限資源集中在如何提供優(yōu)質(zhì)電力產(chǎn)品上。新模式無(wú)疑會(huì)增強(qiáng)企業(yè)盈利的可持續(xù)性，可以說(shuō)在風(fēng)電機(jī)組的全生命周期內(nèi)，每年都能從電網(wǎng)獲得穩(wěn)定的收益，從而大大弱化了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。
　　新模式的不足之處是，企業(yè)運(yùn)營(yíng)要有強(qiáng)大的資金流做支撐，否則發(fā)展速度和規(guī)模都會(huì)受到制約。為了克服此類短板，企業(yè)在融資渠道和方式上同樣要有創(chuàng)新和突破，在風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下，合理利用財(cái)務(wù)杠桿，在國(guó)家退出風(fēng)電補(bǔ)貼政策之前，把企業(yè)做大到一個(gè)適當(dāng)?shù)囊?guī)模，為后續(xù)的擴(kuò)張發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　那么，以100MW超大型風(fēng)電機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品，采取這種創(chuàng)新的商業(yè)模式是否真的切實(shí)可行呢？答案可以從成本和效益分析上找到。首先從成本結(jié)構(gòu)上分析。據(jù)筆者初步核算，100MW超大型風(fēng)電機(jī)組的總造價(jià)在12億元人民幣以內(nèi)，其中基礎(chǔ)2億元，塔架2億元，機(jī)艙及其內(nèi)部傳動(dòng)和發(fā)電設(shè)備等3億元，風(fēng)輪2億元，控制系統(tǒng)1億元，海底電纜等輸變電設(shè)備1億元，不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)1億元。單位千瓦造價(jià)約合1.2萬(wàn)元/KW，只相當(dāng)于現(xiàn)在已建成的我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)造價(jià)的60%，價(jià)格優(yōu)勢(shì)十分明顯。此外，在機(jī)組的全生命周期內(nèi)，由于維護(hù)作業(yè)點(diǎn)少，智能化自動(dòng)化程度高，運(yùn)維成本應(yīng)當(dāng)比傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)更低。
　　再?gòu)慕?jīng)濟(jì)效益角度分析，如果按國(guó)家規(guī)定的海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)0.85元/KW計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電6000小時(shí)，則年發(fā)電量6億千瓦時(shí)，年?duì)I收可達(dá)5.1億元。即使今后上網(wǎng)電價(jià)與火電看齊，按南方電網(wǎng)火電上網(wǎng)均價(jià)0.42元/KW計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組年?duì)I收仍可達(dá)2-3億元，收益率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組要高。從中還可以得出結(jié)論，單機(jī)年發(fā)電量所得收益，高于銷售一臺(tái)風(fēng)電整機(jī)的一次性收益。以我國(guó)風(fēng)電龍頭企業(yè)金風(fēng)科技2015年年報(bào)作參考，該公司以全年裝機(jī)780萬(wàn)千瓦居全球首位，年凈利潤(rùn)34億元，凈利潤(rùn)率4360萬(wàn)元/10萬(wàn)千瓦。考察我國(guó)年裝機(jī)100萬(wàn)千瓦以上的風(fēng)電企業(yè)，凈利潤(rùn)率大致如此。兩相對(duì)比，兩種商業(yè)模式的盈利能力一目了然。當(dāng)然，后者的資金占用規(guī)模比新模式要小，但是100MW超大型風(fēng)電機(jī)組在25年的生命周期內(nèi)，可以創(chuàng)造超過(guò)50億元的營(yíng)收，收益穩(wěn)定性與持久性亦不可小覷。
　　以上分析可見(jiàn)，以100MW超大型風(fēng)電機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品，采取一體化大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的新模式，就是一個(gè)完美的海上風(fēng)電整體解決方案。傳統(tǒng)主流風(fēng)電機(jī)組如果沒(méi)有新的技術(shù)或商業(yè)模式的重大突破，將很難與之抗衡。
　　今日長(zhǎng)纓在手，何時(shí)縛住蒼龍？筆者期待與業(yè)界有識(shí)之士攜手合作，共創(chuàng)雙嬴！
　　該篇文章由作者李祖輝授權(quán)東方風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)獨(dú)家發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處