7月12日，伴隨著我國第一臺單機容量10兆瓦的海上風(fēng)電機組在福建興化灣二期海上風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電，中國海上風(fēng)電發(fā)展歷史又翻開了新的一頁。

 

10兆瓦海上風(fēng)電機組樣機并網(wǎng)發(fā)電（攝影：葉榮平）

 

目前，我國海上風(fēng)電機組以單機容量4兆瓦到6兆瓦為主力機型。這臺亞太地區(qū)單機容量最大的10兆瓦海上風(fēng)電機組毫無疑問是這片風(fēng)場上的“巨無霸”。它的葉輪直徑達185米，相當(dāng)于三峽大壩的海拔高程；葉輪中心距海平面115米，相當(dāng)于一座40層高的大廈；90米長的葉片也再度刷新了國內(nèi)風(fēng)機葉片長度的紀(jì)錄……

 

根據(jù)該區(qū)域風(fēng)機平均發(fā)電小時數(shù)和2019年我國居民用電情況估算，這樣一臺10兆瓦的風(fēng)機發(fā)電后，可以滿足兩萬個三口之家一年的用電需求。

 

從5兆瓦到10兆瓦

 

這臺由三峽集團攜手東方電氣集團聯(lián)合研制的10兆瓦海上風(fēng)電機組樣機，研發(fā)制造歷時近三年。雙方專門組建了科研團隊共同開展技術(shù)攻關(guān)，僅研究經(jīng)費投入就超過1億元。在此之前，東方電氣的風(fēng)機產(chǎn)品以單機容量2.5兆瓦的陸上風(fēng)機為主，海上風(fēng)機只有從國外引進的5兆瓦機型。

 

三峽集團東方電氣聯(lián)合研制10兆瓦海上風(fēng)電機組樣機（攝影：葉榮平）

 

跨越如此之難，付出如此之巨，也許會讓人產(chǎn)生這樣的疑問：為什么現(xiàn)在一定要做大容量海上風(fēng)電機組呢？

 

01、布局中國海上風(fēng)電

 

隨著國內(nèi)外海上風(fēng)電市場不斷擴大，對大容量風(fēng)電機組的實際需求增加，風(fēng)機制造商整體設(shè)計制造水平經(jīng)過多年的提升具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，各大廠商為了搶占國際風(fēng)電市場、躋身行業(yè)領(lǐng)先行列，紛紛展開技術(shù)攻關(guān)，啟動大容量機組研發(fā)計劃。對于國內(nèi)廠商而言，要想完成從跟隨到并肩直至超越，就只能迎難而上、參與競爭。

 

“除了技術(shù)進步與市場發(fā)展的客觀需求，海上風(fēng)電大容量風(fēng)機的競爭更多的是一種對海上風(fēng)電資源的前瞻性戰(zhàn)略布局，是三峽集團實現(xiàn)海上風(fēng)電技術(shù)引領(lǐng)的重要舉措。”三峽機電工程技術(shù)有限公司黨委副書記、總經(jīng)理胡偉明說，“早在2015年，三峽集團就對海上風(fēng)電開發(fā)進行了整體規(guī)劃。經(jīng)過多方考察和對不同研發(fā)路線的摸索，在2017年明確第一階段海上風(fēng)電機組研發(fā)目標(biāo)與總體方案，同時明確了與國內(nèi)風(fēng)機制造商以‘自主創(chuàng)新、聯(lián)合研發(fā)’的合作模式開展大容量海上風(fēng)電機組的研發(fā)制造工作。”

 

三峽集團先后選擇了多家國內(nèi)風(fēng)機制造商開展8到10兆瓦的海上風(fēng)電機組聯(lián)合研制工作。與東方電氣集團合作的10兆瓦海上風(fēng)電機組項目于2017年啟動聯(lián)合研制工作，2018年底完成樣機的詳細(xì)設(shè)計評審，2019年9月完成樣機下線，2020年7月實現(xiàn)并網(wǎng)試運行。

 

“集中連片規(guī)模化開發(fā)海上風(fēng)電、引領(lǐng)海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展，是國家賦予三峽集團改革發(fā)展的重要使命。這次10兆瓦風(fēng)機聯(lián)合研發(fā)的成功對三峽集團海上風(fēng)電戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。無論是為行業(yè)發(fā)展出力，還是落實國家政策和三峽集團戰(zhàn)略，牽頭聯(lián)合各單位開展大容量海上風(fēng)電機組的研發(fā)工作，三峽機電公司責(zé)無旁貸。”胡偉明說。

 

02、大容量風(fēng)機的經(jīng)濟賬

 

2013年以來的數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)海上風(fēng)電度電成本呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。2019年1月，我國發(fā)布《關(guān)于積極推進風(fēng)電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》，海上風(fēng)電平價上網(wǎng)的目標(biāo)進一步明確，在當(dāng)前更加注重度電成本的大背景下，大容量海上風(fēng)電機組成為全球共同追求的技術(shù)方向之一。

 

“我們測算過，同等總裝機容量下，用10兆瓦風(fēng)機和用5兆瓦風(fēng)機相比，一個風(fēng)場的成本能降低30%。”東方電氣風(fēng)電有限公司（以下稱“東方風(fēng)電”）黨委副書記、董事長、總經(jīng)理賀建華說，“我國福建海域風(fēng)能資源非常豐富但海況復(fù)雜，一臺風(fēng)機的安裝施工很不容易。如果想減少裝機臺數(shù)、降低工程投入、提高發(fā)電效率，那就得把單機容量做大。”

 

放眼全球，海洋資源分布不均，能開發(fā)的資源越來越有限，在風(fēng)電場總裝機容量一定、單位千瓦掃風(fēng)面積一致的情況下，選擇大容量海上風(fēng)電機組能夠減少裝機臺數(shù)，節(jié)省用海面積，降低安裝施工投資和工程成本，提高風(fēng)場發(fā)電量，具有顯著的經(jīng)濟性與海洋資源環(huán)境友好性。

 

而大容量風(fēng)機的應(yīng)用帶來風(fēng)電成本的降低，也逐漸使得風(fēng)電成為大眾消費得起的清潔能源，對促進我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、推進全球可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。

 

03、我們更需要適合中國的風(fēng)機

 

開發(fā)大容量風(fēng)機的路徑，除了費時費力的自主研發(fā)這條路，還有依靠外部引進這么一條相對容易的道路。那么，為什么不直接引進國外技術(shù)成熟的10兆瓦級海上風(fēng)電機組呢？

 

對此，賀建華表示，完全使用從國外引進的風(fēng)機在我國海域不一定適用。比如與歐洲相比，我國海上風(fēng)能資源最為富集的東南沿海一帶，具有臺風(fēng)多發(fā)，日常風(fēng)速低、極限風(fēng)速高，洋流條件、海底地質(zhì)條件復(fù)雜等特點，鹽霧腐蝕程度比歐洲風(fēng)場強2到3倍。他說，“歐洲市場的風(fēng)機不一定適合我們，我們還是更需要適應(yīng)中國海域條件和氣候的風(fēng)機。這臺10兆瓦風(fēng)機的抗臺風(fēng)、抗鹽霧性能俱佳，通過一系列測試表明，即使是拿到國際市場上，我們的風(fēng)機都是有競爭力的”。

 

業(yè)內(nèi)人士表示，中國的海上風(fēng)電技術(shù)不僅高度重視抗臺風(fēng)性能，還需要具備利用臺風(fēng)安全發(fā)電的能力。對太平洋西海岸沿線國家和地區(qū)而言，抗臺風(fēng)海上風(fēng)電技術(shù)的市場適應(yīng)性更強，有望為更多國家和地區(qū)開發(fā)海上清潔能源提供助力。因此，海上風(fēng)電機組從5兆瓦到10兆瓦的自主研發(fā)之路，我們必須自己闖。

 

從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)升級

 

要想擁有自主研發(fā)、適用于我國海域的大容量海上風(fēng)電機組，就意味著要在風(fēng)機技術(shù)上實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。從5兆瓦到10兆瓦并不是簡單的加倍，而是從風(fēng)機設(shè)計、加工制造到配套設(shè)施的全面更新?lián)Q代，不可能通過簡單的改進就能實現(xiàn)，必須要突破和創(chuàng)新。

 

10兆瓦海上風(fēng)電機組樣機吊裝現(xiàn)場（攝影：葉榮平）

 

對于大容量風(fēng)機來說，最突出的環(huán)節(jié)之一就是葉片的設(shè)計制造。要把機組容量做大，就不可避免地對風(fēng)機葉片的尺寸、強度、韌性等多個方面提出更高的要求。這對葉片的設(shè)計能力、制造水平、產(chǎn)業(yè)鏈配套都是考驗。

 

這臺10兆瓦風(fēng)機采用的葉片是東方風(fēng)電自主研發(fā)制造的超長柔性碳玻混合葉片，長度達90米，為目前國內(nèi)之最。據(jù)了解，在葉片研發(fā)過程中，制造工藝、葉片結(jié)構(gòu)等設(shè)計方案經(jīng)歷了數(shù)次調(diào)整，葉片經(jīng)過了二十多次試驗后才取得成功。承擔(dān)該樣機葉片制造的廠商也在完成這次任務(wù)以后躋身國內(nèi)一流葉片制造商行列。據(jù)了解，該風(fēng)機已經(jīng)在風(fēng)場完成葉片靜力試驗，葉片性能得到驗證。

 

除了葉片，還有發(fā)電機。在這臺10兆瓦風(fēng)機上，成功實現(xiàn)了亞洲首臺萬千瓦級海上永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的研制，突破萬千瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機軸系結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、電磁絕緣、通風(fēng)冷卻等關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了萬千瓦級風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計平臺。

 

“10兆瓦只是一個起點。有了這個基礎(chǔ)，我們再做12兆瓦甚至15兆瓦就沒有那么困難了。”賀建華說，“這次從5兆瓦到10兆瓦風(fēng)機跨代研發(fā)成功，意味著我們實現(xiàn)了從跟隨國外技術(shù)到自主研發(fā)的跨越，提升了國內(nèi)制造商自主研發(fā)制造大容量風(fēng)機的能力，把10兆瓦風(fēng)機攻克了，也就表示我們具備了挑戰(zhàn)10兆瓦以上更高容量風(fēng)機設(shè)計制造的能力。”

 

而具備了他口中這個“能力”的，不僅僅只是東方風(fēng)電一家，還包括參與10兆瓦風(fēng)機研發(fā)的整條產(chǎn)業(yè)鏈上各個領(lǐng)域的廠商。除了風(fēng)機制造商以外，還有在材料學(xué)、鑄鍛件制造以及高功率電力電子器件制造等多個領(lǐng)域的行業(yè)水平都得到了拉動和提升。

 

10兆瓦海上風(fēng)電機組詳細(xì)設(shè)計評審會（東方風(fēng)電供圖）

 

“發(fā)展大容量海上風(fēng)電機組，長遠來看，我們的著眼點還是在推動行業(yè)發(fā)展進步上。三峽集團在發(fā)展大容量風(fēng)機技術(shù)中起到的作用，主要是引領(lǐng)、定向和提供舞臺。”胡偉明說，“在這個過程中，三峽集團通過聯(lián)合相關(guān)央企、民企及地方企業(yè)，深度整合產(chǎn)業(yè)鏈，在全面分析海上風(fēng)電開發(fā)實際需求與各廠家技術(shù)特點和優(yōu)勢后，選擇合適的國內(nèi)風(fēng)機制造商開展項目合作。通過多輪協(xié)商，明確重要指標(biāo)參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備布置、部件供應(yīng)鏈等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，深度參與研發(fā)全過程。同時，從人力、技術(shù)、資金、行業(yè)協(xié)同上給予廠商支持，從用戶端提供技術(shù)應(yīng)用反饋，與廠商實現(xiàn)共同進步、互利雙贏，進一步促進海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)合作與實力提升，從而推動整個行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。”

 

據(jù)了解，在這臺10兆瓦海上風(fēng)機完成試驗運行后，這款風(fēng)機將在福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園批量化生產(chǎn)，屆時可帶動風(fēng)機葉片、發(fā)電機、主軸承、變壓器、變流器等配套零部件制造的升級換代。在海上風(fēng)電安裝施工方面，也將帶動國內(nèi)吊裝大容量海上風(fēng)機安裝船、海上運輸船等相關(guān)配套裝備的進一步提升。

 

從逐浪江河到攜手出海

 

三峽集團與東方電氣集團的合作由來已久。從大型水輪發(fā)電機組的研發(fā)應(yīng)用開始，已經(jīng)在多個大型水電工程建設(shè)中取得了成功，而這次是雙方在海上風(fēng)電領(lǐng)域的第一次合作。

 

 

胡偉明介紹道，為了促進和推動雙方聯(lián)合研發(fā)順利開展取得成功，三峽集團在資源、資金和政策上都給予了巨大支持。除了提供市場需求來驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新、從用戶端給予信息反饋，還在許多細(xì)節(jié)上給予保障。比如，三峽集團在規(guī)劃中的所有海上風(fēng)電場都預(yù)留了一到兩臺風(fēng)機的位置，可用來給合作廠商試驗新技術(shù)新工藝。

 

賀建華說：“這次雙方合作比以往更加深入，三峽集團依舊扮演著整合國內(nèi)風(fēng)機制造企業(yè)及上下游產(chǎn)業(yè)鏈、推動技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、提供產(chǎn)品應(yīng)用平臺這么一個非常重要的角色，在大容量風(fēng)機的研發(fā)全過程中深度參與，提供了大量支持。未來，我們還將進一步在12兆瓦及以上大容量海上風(fēng)電機組的研發(fā)上展開共同探索。”

 

要想繼續(xù)攻克技術(shù)難關(guān)，甚至在未來向著快速發(fā)展的國際風(fēng)電行業(yè)技術(shù)“少人區(qū)”進發(fā)，團結(jié)協(xié)作、攜手共進是最佳的選擇。胡偉明說，“在與東方風(fēng)電的合作中，從技術(shù)路線制定到每一項參數(shù)的敲定和設(shè)計細(xì)節(jié)的把關(guān)，我們?nèi)虆⑴c、深度合作，一起學(xué)懂弄通做好，攜手前行。”

 

十年前，中國首個大規(guī)模海上風(fēng)電場——東海大橋風(fēng)電場建成，標(biāo)志著中國海上風(fēng)電真正起步。與領(lǐng)跑世界風(fēng)電發(fā)展的歐洲相比，我們起步晚了將近十年。但是近十年來，中國海上風(fēng)電裝機容量增長了45倍，2019年新增裝機容量達到世界第一。

 

十年后的今天，我們有了自主研發(fā)的10兆瓦風(fēng)機，可以說中國已經(jīng)邁入世界海上風(fēng)機研發(fā)制造第一梯隊。今年5月，全球風(fēng)能理事會發(fā)布的《全球風(fēng)電市場供應(yīng)側(cè)報告2019》顯示，中國的風(fēng)機制造商在2019年全球風(fēng)機制造商前十五強中，已占據(jù)八席。

 

“現(xiàn)在，中國已經(jīng)在海上風(fēng)電機組大容量化發(fā)展方面實現(xiàn)與國際一流水平并跑。未來的四到五年內(nèi)，中國海上風(fēng)電發(fā)展將從高速發(fā)展逐漸進入到高質(zhì)量發(fā)展階段。”胡偉明說。