上海電氣風電副總工馬文勇：聚焦中高風速地區，解析陸上大型風機設計要點

　　2018年10月17日-19日，2018北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2018）在北京新國展隆重召開。本次大會由中國可再生能源學會風能專業委員會、中國循環經濟協會可再生能源專業委員會、全球風能理事會、中國農業機械工業協會風力機械分會、國家可再生能源中心和中國電子信息產業發展研究院（賽迪集團）六大權威機構聯合主辦。

　　

　　上海電氣風電集團有限公司副總工程師馬文勇在“風電機組大型化技術論壇”中發表主旨演講。

　　

　　他在演講中表示，隨著去年開始三北市場復蘇，我們應該清醒認識到今天的三北市場和十年前迥然不同，三北今年是競價，我們也可以預見將會最先進行平價，我們面對的是無補貼的，另外從營銷模式來講，也不再是以前的各司其職，應該會出現發電方、售電方和服務方打滾參與角逐的局面。

　　

　　

　　

　　我們今天要講風機的設計不是孤立的，必須考慮全生命周期，把其他這些各個組成要素進行一個深度的耦合，這樣我們才能拿出一款合適的風機來投放這個市場。接下來我們在對三北市場和中國陸上風電市場做一個認識。在前兩年是中東南部市場一枝獨秀的狀態，隨著去年開始三北市場復蘇，我們已經開啟了南北兩條戰線同時作戰的局面，很多人對三北認為是比較理解的，說我們十年前就是三北，但是我們應該清醒認識到今天的三北和十年前迥然不同，現在的三北和以前的要求也是不同的，這里面有一些具體的差異，我就不細說，但是有一點大家都可以意識到，就是說現在的三北今年是競價，我們也可以預見將會最先進性評價，我們面對的是無補貼的，再一個營銷模式來講，也不再是以前的各司其職，應該會出現發電方、售電方和我們服務方打滾參與角逐的局面。

　　

　　再簡單介紹一下我們上海電氣，很多朋友對我們的了解都是來自于海上，我們有4兆瓦、6兆瓦明星級的海上產品，但是我們今天想說的說，上海電氣的優秀不只是來自于海上，我們在陸上也值得各位朋友的信賴。在陸上我們裝機方面有6千多臺風電組織裝機，在產品系列上我們有2.X、2.5和3.X多款機組，我們能夠提供從前期選址到后期的這種運維，全生命周期的解決方案。

　　

　　我們說產品是來自于市場，要想做一款好的產品要理解市場，我們現在就用比較少的時間分析一下市場情況。這是三北資源情況，我們說現在中國的中高風速區域主要集中在三北區域，在南部沿海地區有少量的，不是開發主要的目標點。三北市場的特點，前面講過有市場的特點，消納的特點，還有一些環境、造價，這里重點說的還是電價的情況。我在右邊的圖里面留出了幾個大家看標紅的數據，這就是各省地區脫硫脫硝煤電的電價，如果我們下一步平價上網這就是我們的目標電價，大家可以比對一下與我們現在實際上各地風電電價還是有比較大的差距，這也是說我們做基礎開發和做整個發電廠開發所要努力克服的一個點。

　　

　　具體的一些市場情況，這一輪我們三北的復蘇還是以內蒙為代表的，對于內蒙來講很多項目是沿著特高壓通道來開展的，我說有一點今天的三北不是十年前，另外一個因素就是資源有差異，之前我們三北是二類到一類，好的風速是特別多的，但是這一輪三北再啟動的時候，更多的風速還是在7米上下當地空氣密度這樣一個風資源，相對是一個中高風速，大家應該充分考慮到這一類資源的特色。

　　

　　前面簡單分析了一下市場，接下來我們就開始聚焦這個市場來談談我們的機組開發。第一個點就是做機組開發時，我們的設計理念和優化目標是什么，一個成功的產品首先要解決給我們的項目能夠帶來一個好的收益，在我們現在競價上網這個環境下，LCOE度電成本可以描述收益情況，在分子的部分就是各項的投入，包括建設成本還有我們生命周期運行維護成本，分母是全生命周期的發電量，大家從公式可以看出來，我們想獲得好的收益，讓建造成本更低，發電量更高，我們需要考慮的成本的降低不僅僅是機組自身售價的降低，我從機組帶來的塔架和基礎用量也要少，然后在20年的生命周期內，我們所投入維護費用也要低，只有這樣才能做到成本上的降低。另外一個就是發電量要多，因為LCOE指標里面發電量的權重大于成本，所以說我們應該在這樣的項目里面要更關注我的發電量。

　　

　　綜合這個角度來講，做陸上大型風電機組的設計的基礎上，以風資源為前提，以風場為載體，考慮當地電網要求，然后把我們的環保理念放在里面，這樣機組開發最終的目標還是要實現LCOE的最優。

　　

　　

　　接下來我要談的第二個話題就是功率和葉輪的平衡，三北良好風速支持更大的單機功率，所以說我們可以獲得比中東南部更高的等級和容量，同時在這種競價上網的前提下，發電量在LCOE的占比權重那么高，所以說我們對于能夠提供的發電效率有更高的要求，這就折射出我們要有更大的葉輪直徑，有更高的掃風的效率，要單機大容量這樣的機型，圖片右邊是一張來自（英文）的統計圖，綠色是大型機組，4.X級別，大型機組占比比較高，亞太市場里面大家能明顯看到綠色占比比較低，就是因為亞太以中國為主的市場目前風速資源相對較低的，所以說我們在這樣一個市場里面來走大型化的機組，一定要有額外的需求，就是要配上一個大葉輪。

　　

　　當然了我們這個不是說這個命題一直這樣，我們要把三北機型開發分兩個階段，短期來講要做好控制，葉輪直徑大到什么程度，二者要取得平衡，三北市場進一步開拓，特高壓可以往北走，風速資源上去了，會支持更大的功率等級。所以說我在下面有兩條結論，第一就是短期內我們認為單機功率大于3兆瓦基本上就是合適的，掃風找到5或者6，在6以上這樣一個情況，在中長期的話，隨著通道的建設，然后風資源進一步向好，可以支持到5兆瓦以上的級別的，按照5兆瓦單位兆瓦的掃風也不能低于4個平方米。

　　

　　我們上海電氣目前在三北有兩款機型投放市場，第一款就是3.X146標準等級是二類，能到8.5米，最大的5.6。第二款今天剛剛下午發布的，能夠到6.3，基本上對于三北地區8米以上到9米，7米5的風速能夠實現很好的覆蓋。

　　

　　

　　第三個話題就是技術路線的選擇，其實對于路線的選擇，我們的觀點是技術路線沒有最好的只有最合適的，我不能對另外的技術路線去探究，這個我認為是太教條了，把自己限制死了。在上海電氣來講，我們是陸上產品2.5或者是3.0，我們走得是齒輪箱技術路線，然后后面的考慮到海上的特色是直走驅的路線，所以說從這個角度來講，對于三北地區技術路線選擇大家完全可以拋開這個理念，充分考慮這條技術路線可以帶來什么樣的性能，成本怎么樣，三北的評價，再一個供應鏈是否是安全是否完善，此外還有陸上機組怎么運輸。

　　

　　

　　再下一個話題就是說要基于平臺化開發，目前機型迭代速度非常高，這種情況下我們怎么能夠做到二者之間的平衡，我們只有通過平臺化的開發，一可以加快速度，二可以把核心部件最大程度進行復用提高安全性，也可以擴大各個部件市場份額來降本，讓業主備件的擔憂也沒有了，因為我的平臺一直在用，這個備件不在這個產品上出現在下個產品也有，這是一個產品開發的關鍵。

　　

　　另外一個話題，我們在基礎設計的時候，這里有一個上下游的穿透，這種穿透我們可以把整機和零部件和對方做一個分享，可以實現彼此在設計參數的優化，獲得整機最優，除此之外我們現在的做法，在這個層次上進行一個穿透，能夠對于某些大型基地項目根據基地體量進行量身定做，把各個產業之間深度融合出來，才能夠把機組開發當成全產業鏈的事。

　　

　　

　　下一個話題就是數字化和智能化，一要智能發電，帶來更多的電能，第二支持智能的運維，為我后面20年生命周期提供便利，第三隨著環保各個方面的嚴苛，我要求能夠對于不同的場景有針對性的適應能力。另外一方面就要實現數字化，同樣我們也要打通從數字設計到運維，可以說不只是大型機組，是我們風電下一步要想發展要想健康必備方向。

　　

　　

　　最后談一下開發模式，開發速度很快，各家有各家的流程和章法，但是產品開發，尤其是風機和手機一樣，高度市場化的開發你需要科學的工具對你進行指導。我們這里面介紹的這種IPD，大家都知道是IBM當時起死回生的良方，這些理念不多講，我只是說這種開發方式是有利于我們保證產品開發速度和開發質量的，我們上海電氣在新產品開發過程中已經全面引入了IPD的流程，可以保證準確性和質量。

　　

　　前面都是關于風電機組設計大的觀點，下面我再具體落到技術點上和大家分享探討一下。第一個點就是獨立變槳技術，對于這一輪大型化機組要有大的容量和大的風輪，150、160，獨立變槳就成了剛需，有很多的技術路線，這里不做詳細解讀。但是我想說，不管你選擇什么，你的獨立變槳技術一定要具備低成本能夠高可靠性，而且我們獨立變槳你所要追求的目標，你所有部件綜合的最優。右邊就是上海電氣我們做的獨立變槳方面的工作，我們已經在樣機進行試驗了。

　　

　　另外一個技術點就是大型的葉片技術，因為葉片是機組最關鍵的環節，我想和大家探討的幾點。第一點就是說，我們要做到這種整機和葉片一體化設計，我可以把整機優化和葉片優化放在一個平臺下考量，通過我們的控制，通過我們的載荷綜合獲得一個全都優的結果，實現量身定制。上海電氣陸上產品葉片全是自主開發，采用一體化設計進行的。還有一個點關于碳纖維的使用，目前碳纖維的使用主要受成本因素的影響，但是碳纖維和整個價格差異，不能從每公斤的角度去考慮，應該從彈性模量去考慮，因為可以提供的彈性模量是不同的，從這個角度來看這個成本沒有那么高，我們會在下一步產品中逐步引入碳纖維。

　　

　　還有一個話題就是關于分段式葉片，分段式葉片去不去做，關鍵點在于分段的時候帶來的葉片的增重，葉片成本增加，它們兩個成本哪一天達到平衡了，如果不能滿足了，就是分段式葉片推向市場的真正階段。

　　

　　再一個控制技術，大家現在都在談差異化、談激光雷達，我們這里想說一點，下一步陸上大型風機，傳統的閉環控制可能要被多輸出的控制來進行替代，這種基于模型的MPC的控制會為我們提供更好的控制手段，能夠從這個層次上首先以一個跨越式的降載，這是我們必須引入的方向。

　　

　　最后一個點，基于概率設計的探索，之前在設計過程中一直追尋傳統設計準則，我的載荷算好以后，我有載荷安全系數，上面的圖要往左放大一部分，我的零部件，自己理論的強度和我準備輸出的強度也是要做一個，這樣的話整個看起來余量很大，基于概率的角度就可以縮小差異，能夠獲得更好的分享。

　　

　　最后是總結，剛剛我在里面都提到了，我不再詳細講了，這是我們新發布的一款3.X-15X的風電機組，如果大家有興趣可以到我們的展臺進行溝通。