自2007年我國第一臺海上風電試驗樣機（金風科技GW70/1500）在渤海灣矗立，至今已整10年。對于海上風電，新疆金風科技股份有限公司（下稱“金風科技”）多年來雖甚少發(fā)聲，但相關(guān)研究和實踐卻從未止步。十年磨一劍。2017年，金風科技將攜帶全新的海上風電解決方案重裝啟幕，對推動我國海上風電開發(fā)，他們很有信心。

 

 

2007年我國第一臺海上風電試驗樣機（金風科技GW70/1500）在渤海灣矗立

 

十年蟄伏求華變

 

 

 

“風電是一場長跑，能否笑到最后，靜氣與耐心極為重要。”這是在金風科技耳熟能詳?shù)囊痪湓挘彩撬麄兊慕?jīng)營理念。

 

作為國內(nèi)風電行業(yè)的龍頭企業(yè)，金風科技素來以發(fā)展穩(wěn)健著稱。對于海上風電的開發(fā)，金風科技有著自己的態(tài)度：積極但謹慎，跟進但不冒進。

 

金風科技董事長武鋼對此的解釋是，海上風電的開發(fā)有很多風險因素，整機廠進入海上風電領(lǐng)域需要有豐富的陸上風電設(shè)備研發(fā)、制造、運維經(jīng)驗的積累作為支撐。因為機組一旦出海，對設(shè)備的可靠性要求非常高，施工成本也比陸上高得多，一旦出現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量問題，維修成本可能使得整個項目回報打水漂。機組設(shè)備的高可靠性是需要成熟的研發(fā)和不斷試驗來實現(xiàn)的，冒進帶來的損失是對社會資源的浪費。

 

2007年，金風科技1.5 兆瓦試驗樣機在渤海灣矗立起來，這被業(yè)內(nèi)認為是我國海上風電的開端，也是中國第一臺在海洋環(huán)境中運行的直驅(qū)永磁風電機組。

 

現(xiàn)任金風科技研發(fā)中心副總經(jīng)理兼江蘇金風科技有限公司總經(jīng)理的陳小海作為首任項目經(jīng)理，參與了項目建設(shè)的全過程。“這個項目由于沒有先例可供借鑒，我們采用GW70/1500風電機組，并用亞洲最大的‘藍疆’號5000噸級起吊船安裝建設(shè)，雖然前期并網(wǎng)比較順利，但由于當時對海洋環(huán)境并不十分了解，大家都預(yù)計到機組試驗運行可能會出現(xiàn)一些問題，比如潮濕鹽霧、后期運維等。”陳小海坦言。

 

事實上，出現(xiàn)的問題遠比想象的復(fù)雜。海洋環(huán)境對風電機組帶來的考驗與陸上相比完全不是一個量級，潮氣、鹽霧、惡劣的氣候條件……每一項都給運維團隊正常開展工作帶來嚴峻的考驗。

 

“風電機組第一次面對海洋環(huán)境雖然出現(xiàn)了諸多問題和挑戰(zhàn)，但給我們帶來的經(jīng)驗是十分寶貴的。我們的研發(fā)工程師逐一研究分析技術(shù)難點，并將研究成果全部用到了海上風電的技術(shù)方案改進中，成為金風科技新一代海上風電產(chǎn)品平臺重要的實踐積累和技術(shù)積淀。”金風科技執(zhí)行副總裁吳凱接受《風能》雜志記者采訪時如是說。

 

 

金風科技位于江蘇如東的潮間帶風電項目

 

2012年開始，江蘇如東成為了國內(nèi)海上整裝風電的試驗場，共有國內(nèi)外10個整機廠家的15種機型匯聚于此，金風科技再次參與其中。

 

“相對于2007年的試水，江蘇如東100兆瓦潮間帶項目，我們完成了很多技術(shù)迭代與優(yōu)化，比如將電機由開式改成了閉式，對各金屬器件進行了優(yōu)化防腐處理，但下海后再次出現(xiàn)了意想不到的困難。在滿功率運行狀況下，塔內(nèi)溫度超過塔外，濕氣進入塔內(nèi)后冷凝對變壓器正常運行影響極大。”陳小海介紹說。

 

對金風科技來講，如東試驗項目出現(xiàn)的問題必須逐一解決，否則就無法在海上風電開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)走得更遠。為此，金風科技不僅投入近千萬元研發(fā)資金用于技術(shù)攻關(guān)，同時把幾乎全部一線研發(fā)人員投入到機組改進中，一年半后，這些問題被逐一攻克。

 

金風科技改進后的2.5兆瓦潮間帶機組添加了環(huán)境控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)機組和塔架內(nèi)溫度及濕度雙控制，并過濾掉空氣中的鹽分，保證塔內(nèi)環(huán)境的純凈度，解決了變流器、控制柜等局部環(huán)境的優(yōu)化問題。此外，針對螺栓、防雷模塊等零件部分，都進行了防腐處理，有的模塊還將陸上機組采用的鋁制材料，改成了不銹鋼材質(zhì)，以提高防腐等級。

 

最終該機組憑借著優(yōu)異表現(xiàn)，獲得了項目業(yè)主——龍源電力方面的肯定。數(shù)據(jù)顯示，在這批試驗機組中，2014年利用小時數(shù)最高的是金風科技的2.5兆瓦機組，達到2867小時。

 

 

 金風科技江蘇響水近海三峽風電場項目

 

在此基礎(chǔ)上，2015年，金風科技又攜其3兆瓦機型，中標了三峽江蘇響水近海風電項目。金風科技相關(guān)技術(shù)負責人表示，這款3兆瓦機型是基于2.5兆瓦平臺開發(fā)的，這背后則有金風科技2萬余臺直驅(qū)機組平臺的運行業(yè)績和技術(shù)積累作為支撐，這些成功的經(jīng)驗是保障3兆瓦機型可靠性的基石。再加上金風科技充分了解了中國海上的環(huán)境特點，對3兆瓦機型進行了有針對性的海上適應(yīng)性設(shè)計，該機型將能夠很好地適應(yīng)海上的運行環(huán)境。

 

可靠性與經(jīng)濟性的選擇題

 

當下，雖然開發(fā)海上風電受到了行業(yè)內(nèi)外的關(guān)注，但是對于風電整機企業(yè)來講，如何跨越經(jīng)濟性與可靠性兩大門檻，是擺在面前的最大挑戰(zhàn)。

 

 

 海上風電，不僅是風電項目，更是海洋工程

 

“可以講海上風電和陸上風電完全不同，甚至可以說是兩個行業(yè)。陸上風電就是機組+電網(wǎng)+ 一般性電力工程；海上風電則有兩個特性，第一，它是風電項目，第二，它是海洋工程。”吳凱表達了他的看法。

 

的確，在目前海上風電開發(fā)成本普遍超過陸上風電兩倍以上的情況下，風電整機企業(yè)還面臨著如何克服海洋惡劣環(huán)境等方面的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，企業(yè)又該如何選擇？

 

“只有產(chǎn)品質(zhì)量足夠可靠，后期運行中才會充分體現(xiàn)其經(jīng)濟性。”國家“千人計劃”專家、金風科技總工程師翟恩地認為，可靠性是海上風電的立足之本，風電機組設(shè)計之初不能只考慮質(zhì)保期內(nèi)出現(xiàn)的可能情況，還必須考慮機組全生命周期內(nèi)的運維次數(shù)和大部件更換可能性，并可以此倒推項目建完后的盈利水平。因此，金風科技堅定不移地要把風電機組質(zhì)量做好，并斥巨資在江蘇大豐專門設(shè)立了機組試驗中心，以此提高產(chǎn)品的可靠性。

 

 

金風科技位于江蘇大豐的機組實驗平臺

 

自發(fā)展初期，金風科技就確定了永磁直驅(qū)的技術(shù)路線。近二十年的探索與堅持，讓金風科技在陸上積累了兩萬余臺機組運行的成熟經(jīng)驗。從海上風電的發(fā)展趨勢來看，大容量、大風輪直徑、永磁直驅(qū)技術(shù)路線已得到各廠商的普遍認同，“實踐證明，永磁直驅(qū)技術(shù)這條路線是海上風電發(fā)展的正確方向。”翟恩地補充道。

 

相關(guān)測算顯示，由于永磁直驅(qū)技術(shù)減少了傳動鏈，特別適合海上的復(fù)雜環(huán)境，機組可靠性比其他技術(shù)路線提升20%以上，發(fā)電量可以提高3%~5%。

 

不僅如此，金風科技還率先提出了機組“免維護”的理念，即相關(guān)新機型可靠性將達到一年免維護的水平。“目前海上風電機組的關(guān)鍵部位，諸如葉片、電機、軸承等如果發(fā)生損壞，更換的成本一次就至少需要800萬元，成本實在太高。”相關(guān)負責人介紹說。

 

為此，金風科技建立了專門的海上質(zhì)量管控標準和體系，實現(xiàn)對關(guān)鍵工序和關(guān)鍵零部件的全過程質(zhì)量管控，嚴把供貨商產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。記者了解到，此前，金風科技已經(jīng)建立了較完備的零部件供應(yīng)商體系和評價標準，并將供貨商分為A、B、C 三級。針對海上風電產(chǎn)品，金風科技明確提出，零部件必須由A級，即產(chǎn)品質(zhì)量控制最好的企業(yè)供貨，產(chǎn)品一律采用優(yōu)等品（不允許產(chǎn)品有一處缺陷），保證產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)。

 

為了讓供應(yīng)商切實了解海上風電的復(fù)雜性和特殊性，金風科技多次組織零部件供應(yīng)商召開專題研討會，針對提升零部件質(zhì)量進行深度交流探討。并組織相關(guān)企業(yè)負責人和管理人員深入金風科技海上項目現(xiàn)場，親自體驗海上作業(yè)的艱辛。多數(shù)供應(yīng)商均表示對提升機組零部件質(zhì)量及可靠性有了更清晰的認識，將全力支持并高度重視金風科技的海上項目。

 

不僅如此，產(chǎn)品設(shè)計伊始，金風科技的研發(fā)團隊還著重進行了冗余設(shè)計，保證產(chǎn)品的一個部件發(fā)生損壞，不會影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。“目前金風科技圍繞新產(chǎn)品設(shè)計了兩套電機繞組，確保一套出了問題，另一套可以替代工作，功率模塊也備份了兩組，并可以實現(xiàn)遠距離檢測和遙控動作。”相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計師透露，下一步，“免維護”將能夠?qū)崿F(xiàn)機組故障的自診斷、自修復(fù)，并配備工業(yè)機器人進行相關(guān)操作。

 

 

 金風科技位于北京的全球監(jiān)控中心

 

近年來，金風科技積極推動大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的應(yīng)用，并打造了國內(nèi)領(lǐng)先的風電數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)分析處理平臺，正為金風科技全球超過近2.7萬臺機組、近千座風電場提供技術(shù)支持，而未來的海上風電機組也將全面應(yīng)用這些技術(shù)。

 

通過這些新技術(shù)的應(yīng)用，每臺機組像人一樣有了“神經(jīng)系統(tǒng)”，而作為“中樞神經(jīng)”的中心控制系統(tǒng)可以隨時了解每臺機組的“喜怒哀樂”，最終目的是提高發(fā)電效率和降低成本，給客戶帶來價值和高收益回報。

 

“ 當前，互聯(lián)網(wǎng)對整個行業(yè)的影響非常大，有人說互聯(lián)網(wǎng)注重客戶體驗，質(zhì)量不是最重要的，我不太認同這個觀點，我認為質(zhì)量永遠都是能給客戶帶來最好體驗的關(guān)鍵要素。一方面，我們要苦練內(nèi)功，把產(chǎn)品質(zhì)量做好。另一方面要充分利用互聯(lián)網(wǎng)帶來的變化，提高可再生能源的使用效率。”武鋼此前在接受媒體采訪時明確表達了他的看法。

 

探尋市場化開發(fā)新路徑

 

我國擁有近18000公里的海岸線，可利用海域面積300多萬平方公里，海上風能資源十分豐富。國家能源主管部門明確提出，加快海上風電項目建設(shè)，對促進沿海地區(qū)治理大氣霧霾、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式具有重要意義，先后出臺了《全國海上風電開發(fā)建設(shè)方案（2014-2016）》《海上風電開發(fā)建設(shè)管理辦法》等文件，支持開發(fā)海上風電。

 

根據(jù)“ 十三五” 規(guī)劃的相關(guān)要求， 到2020年，全國海上風電開工建設(shè)規(guī)模將達到1000 萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達到500萬千瓦以上。

 

國家能源局相關(guān)負責人曾公開表示，“十二五”規(guī)劃提出的500萬千瓦海上風電發(fā)展目標沒有實現(xiàn)，已經(jīng)說明海上風電的實施難度。“十三五”海上風電發(fā)展的政策思路是積極穩(wěn)妥推進，絕不催熟。這也需要企業(yè)明確思路，找到癥結(jié)，推動海上風電進入快速發(fā)展軌道，形成健康完善的產(chǎn)業(yè)體系，為未來發(fā)展打下基礎(chǔ)。

 

 

金風科技近海風電項目

 

“‘十二五’期間，金風科技等企業(yè)通過相關(guān)項目的開展，增進了對海上風能資源特性和情況的了解，技術(shù)也有了長足的進步。”中國可再生能源學(xué)會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖認為，未來隨著企業(yè)對研發(fā)投入的加大，機組研制、施工技術(shù)將逐步成熟，技術(shù)路線也將逐步統(tǒng)一，500萬千瓦規(guī)劃的實施將帶動海上風電市場的發(fā)展，同時將開發(fā)成本降下來，從而保證“十四五”期間能夠大規(guī)模發(fā)展海上風電。

 

對于全行業(yè)來講，探索出一條適合我國海上風電開發(fā)的市場化機制，減少因項目驅(qū)動產(chǎn)生的開發(fā)風險是當前的一道新課題。

 

記者了解到，金風科技近年來在參與海外市場開發(fā)的過程中，也接觸到了很多國外的新理念和做法。比如，國外項目競標時，機組發(fā)電量都是由獨立的第三方機構(gòu)進行評估，而不同評估機構(gòu)的標準和判斷都有所區(qū)別，這就對企業(yè)產(chǎn)品提出了更高要求。此外，國外業(yè)主為減少項目開發(fā)的風險，會力推保險評估、銀行融資等機構(gòu)的介入，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，加之相關(guān)完善的法律法規(guī)體系。“這都是目前國內(nèi)風電開發(fā)所欠缺的。”吳凱強調(diào)說。

 

“ 我們希望并力推行業(yè)能夠建立起相關(guān)的市場化機制，以減少項目開發(fā)的風險性，推動產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。”吳凱表示，“金風科技是行業(yè)內(nèi)為數(shù)不多的長期預(yù)備質(zhì)量撥備的企業(yè)，可以承擔任何由產(chǎn)品本身或不可抗力帶來的風險。”

 

價格將是決定海上風電能否市場化發(fā)展的關(guān)鍵性因素，國家為扶持其發(fā)展，對近海風電項目確定了0.85元/千瓦時的上網(wǎng)電價，但早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)則是行業(yè)企業(yè)的追求目標。

 

 

 2015年，江蘇大豐港，金風科技首臺6MW海上樣機成功吊裝。2016年7月實現(xiàn)滿發(fā)后，始終保持良好的運行狀況

 

“目前，在海上風電項目的成本結(jié)構(gòu)中，機組占整個項目成本的35%左右，塔架基礎(chǔ)和安裝成本分別占25%和10%左右，其他（含升壓站、海纜、陸上集控中心、項目管理等）占30%左右。”翟恩地告訴《風能》雜志記者，未來要使海上風電有競爭力，產(chǎn)品的技術(shù)進步和規(guī)模化開發(fā)會推動成本的快速下降。機組研發(fā)和商業(yè)化正朝著大容量方向邁進，金風科技2015年已研制出6兆瓦海上風電樣機，并在江蘇大豐進行了近兩年的測試，運行表現(xiàn)非常不錯。我國也正在重點研究8MW~10MW陸/海上風電機組關(guān)鍵技術(shù)。未來隨著大容量機組投入市場，在風電場總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，所需安裝的機組臺數(shù)會減少，使得塔架基礎(chǔ)和安裝的造價都會降低，并且運維成本也會下降，進而推動整個風電場成本的下降。且隨著開發(fā)日益走向深海，機組的利用效率可獲得大幅提升，經(jīng)濟性優(yōu)勢將愈加明顯。

 

中國可再生能源學(xué)會風能專業(yè)委員會的數(shù)據(jù)也顯示，2016年我國海上風電規(guī)劃和建設(shè)速度明顯加速，全年海上風電新增裝機（吊裝量）154臺，容量達59萬千瓦，比上年增長64%，為歷年之最；累計裝機量達163萬千瓦，已居全球第三位。

 

個性化解決方案的實踐

 

我國漫長的海岸線使得各地區(qū)風能資源和海況各有特點，總體可分為三類：江蘇以北地區(qū)90米高度處的平均風速7米/秒左右，被認為是Ⅲ類風資源區(qū)，機組冬季還將面臨覆冰的挑戰(zhàn)；浙江、廣東等地為Ⅱ類風資源區(qū)，平均風速超過7米/秒，但在夏季，臺風等自然災(zāi)害易發(fā)；福建地區(qū)的平均風速可達9米/秒，被認為是Ⅰ類風資源區(qū)，但海床多為巖石，基礎(chǔ)施工難度較大。

 

“不同地區(qū)自然特征不同，這就要求整機企業(yè)必須提供個性化、定制化的解決方案。”翟恩地認為，綜合已開展的項目經(jīng)驗，福建地區(qū)的機組年利用小時數(shù)可達3500~4000小時，但施工造價較北方地區(qū)略高。江蘇地區(qū)的機組年利用小時數(shù)可達2500~2700小時，造價成本約為陸上機組的兩倍左右。

 

據(jù)了解，金風科技將攜帶新一代GW6.X海上平臺及整體解決方案亮相今年10月舉行的2017 北京國際風能大會暨展覽會，其中一款名為6.45-171的海上風電機組將被重點推出。“這款機組繼承了金風科技產(chǎn)品的優(yōu)良‘基因’，繼續(xù)采用成熟的永磁直驅(qū)外轉(zhuǎn)子技術(shù)，在一年多的試驗周期內(nèi)，上百位研發(fā)人員進行了200多項的實驗驗證，保障零部件、單系統(tǒng)、系統(tǒng)聯(lián)合及整機等全方位最優(yōu)。為了適應(yīng)不同的海況，還配置了154米、164米不同規(guī)格的風輪直徑，可以在不同風區(qū)狀況下穩(wěn)定運行。”陳小海介紹說。 “從研發(fā)初期我們就遵循著整機產(chǎn)品一體化設(shè)計、塔架基礎(chǔ)一體化設(shè)計、運輸安裝一體化設(shè)計、運行維護一體化設(shè)計的四個一體化設(shè)計理念，提升產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，最大化降低全生命周期的投資成本。”陳小海告訴記者，比如6.X-171機型單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案能夠使得機型與單樁基礎(chǔ)實現(xiàn)更好協(xié)調(diào)，縮短了安裝時間，并使得風能可利用率更高，實現(xiàn)業(yè)主在江蘇及其以北地區(qū)發(fā)電收益的最大化。

 

 

金風科技海上風電項目吊裝現(xiàn)場

 

據(jù)悉，在海上風電一體化運維解決方案中，金風科技一方面通過開發(fā)海上風電場專用運維設(shè)備，如：應(yīng)急生存艙、機組部件維護工裝、基礎(chǔ)平臺吊機、風電專用雙體運維船舶等提高人員和物資的可達性，從而提升運維效率。另一方面通過開發(fā)海上運維調(diào)度管理軟件系統(tǒng)，將故障維護、定檢維護、預(yù)警維護等作業(yè)有機結(jié)合，根據(jù)水文氣象預(yù)報、交通、人員、備件及工具、機組運行狀態(tài)信息進行智能分析，自動生成并發(fā)送運維工單，同時對當天出海任務(wù)進行智能監(jiān)控，從而實現(xiàn)海上風電場的故障維護向預(yù)警性維護、預(yù)防性維護過渡，有效降低運維成本，提高業(yè)主發(fā)電量，提升風電場發(fā)電收益。

 

對于金風科技來講，海上風電開發(fā)帶來的挑戰(zhàn)，就好比馬拉松跑到30公里，達到生理極限的時候，既是挑戰(zhàn)自身綜合素質(zhì)和意志力的階段，也是與競爭對手拉開距離，追趕前方的關(guān)鍵時刻。突破海上風電產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)中國在風電高端制造行業(yè)的全球引領(lǐng)，這也是金風人的使命，他們將堅定不移地跑下去。