你的機組能隨遇而安嗎？

　　二萬多臺風電機組分布于各地，飽受嚴寒酷暑、風霜雨雪的侵襲。金風科技在布局全系列產品解決方案，努力降低客戶成本并提高發電效率的同時，如何保證這些機組安全度過每一天？
　　
　　湖北龍感湖風電場曾讓業主頭疼不已。這個項目本打算采用一家外資整機商的風電機組，但經過項目評估后發現收益率并不理想，基礎打了一半被迫停工。金風科技的風電場系統解決方案，不但順利解決了風電場的投資收益率問題，而且使風電場適應當地環境條件的能力有了明顯提高。
　　
　　這一方面要歸功于金風科技GW115/2000機型，適合于超低風速地區風電開發，發電能力出眾；另一方面也要歸功于金風科技的鋼混塔架技術，用金風科技一位技術負責人的話說，“不僅可以在不增加額外運輸條件和成本控制條件下增高塔架，還在吊裝、降噪、防水等多方面具備優勢。”
　　
　　據資料顯示，以120米高的塔架為例，鋼混塔架較全鋼制塔架，僅在項目道路成本方面就可節省1000萬元，降低項目投資成本5%至8%。另外，同等強度的混凝土結構剛度是鋼結構的3倍以上，相應地塔架頂部振幅要遠遠小于鋼制塔架，有利于機組安全穩定運行。
　　
　　在湖北龍感湖風電場項目建成后的一場洪水中，鋼混塔架底段堅固的混凝土結構支撐機組巍然屹立，使其保持在正常運行狀態。這只是金風科技利用先進技術，提高設備適應性的一個小例子；卻也是金風科技順應市場需求，努力實現客戶所想所望的一項大戰略。
　　
　　“中國風資源比較好的地方，大多處于限電狀態下。為了維護整個風電投資市場的可持續發展，必須找到一些風資源好、氣候條件比較特殊的市場。比如高溫、低溫、高海拔、低風速等。”金風科技董事長武鋼對記者談到：“適應不同環境條件的風電技術培育和發展，對于投資商獲得穩定的收益與回報，起到非常重要的作用。同時，中國是一個氣候條件相對復雜的國家，在中國不同環境條件的地區裝機，對企業走向國際市場起到有益的產品實踐與技術儲備作用。” 　　 　　
　　“高、大、直”的低風速機組
　　
　　可以說，金風科技是最早布局低風速市場的整機商之一。據其技術負責人介紹，金風科技的低風速技術可以總結為“高、大、直”。
　　
　　“高”是指高輪轂風電塔架技術。金風科技除擁有自主知識產權的鋼混式風電塔架技術，還是國內第一家開發全鋼柔性塔架的風電主機廠家。高輪轂塔架能夠將金風科技的低風速機組托舉在110米至140米的空中，能夠大大增強風電場微觀設計的靈活性，顯著提高風電場的風能利用效率及發電量。“比如金風科技的120米的柔性塔架，在中國做好一年實測實驗后，成功地應用在泰國。這是由于泰國平均風速要低一些，客戶卻想多發電，柔性塔架解決了這個問題。”武鋼介紹。
　　
　　“大”是指大風輪直徑。風輪直徑越大，掃風面積隨之增加，就能捕獲更多風能資源，有效提高發電量。金風科技是最早推出大風輪直徑機組產品，并以此開拓和引領低風速風電市場的廠商。據中國可再生能源學會風能專業委員會（CWEA）數據顯示，在1.5兆瓦機型中，金風科技曾推出了從66米到93米的6種規格的風輪直徑產品；在2兆瓦機型中，則主要推出了108米和115米風輪直徑的產品。當然，葉片直徑越大，機組的載荷和疲勞會受到較大影響，尤其是軸承、塔筒等承載力也會隨之變化。金風科技在加大風輪直徑的同時，十分重視葉片的氣動性能，在保證機組的設計安全、運行安全和運行維護安全的前提下，進行了控制策略優化等一系列改進措施，防止葉片變成“傻大個”。
　　
　　“直”是指永磁直驅技術路線。直驅機組在低風速段具有比較明顯的優勢，尤其是在60%額定風速以下時，效率優勢明顯。“并且由于全功率變流的特點，機組葉輪轉速范圍高于普通雙饋機型，機組的風能吸收效率從很低的風速（3m/s—4m/s）即可以達到最優（普通機型的最優風能效率對應的風速一般在5m/s以上），葉片在更寬的風速范圍內始終保持很高的氣動性能，從而使產品在低風速可以獲得更高的能量。”金風科技技術負責人談到。數據顯示，金風科技GW121/2500機型因具備永磁直驅技術的上述優勢，在低風速地區的發電收益可提高5%以上。
　　
　　“高、大、直”的相互支撐、共同作用，使金風科技低風速機組在很多地區，都實實在在地幫業主爭取了更多的發電量回報。
　　
　　以龍源上海崇明北堡風電場為例，該項目全部安裝了金風科技的GW121/2500機型，在2015年的運行情況與周邊項目相比可謂出類拔萃。在2015年6月、7月、8月、9月，雖然該項目平均風速排名僅在第五、第三、第四和第四，但其各月平均利用小時數卻都名列第一。
　　
　　“這個項目在比設計風速低10%的情況下，居然也能達到2100的設計利用小時數。”龍源電力集團（上海）風力發電有限公司總經理劉勁濤在此前向記者表示：“我們認為主要還是設備給力。”
　　
　　根據了解崇明島項目的人士介紹，上述低風速項目的成功，主要原因在于設備的高可靠性和直驅機組在低風速段優異的發電效率，可以讓“低風速”價值更高。“121/2500機組在風速達到每秒3.2米左右時就可以啟動發電，到風速下降至每秒2.8米左右還能持續運行不停機，這種風速下不但能夠保證機組自身供電，還能發出一部分電。這就是直驅發電的優勢，使每秒5米至6米的風具備了開發價值。”一位崇明北堡項目現場人員談到。
　　
　　如果說崇明北堡項目體現了金風科技2.5兆瓦機型在低風速區域相當靠譜，那么湖北桃花山風電場的運行情況，則揭示了金風科技2兆瓦機型在超低風速區域具備更卓越的技術優勢。 　　 　　
　　據了解，湖北石首桃花山風電場安裝了24臺金風科技GW115/2000超低風速機組和1臺GW93/1500低風速機組。自2015年9月全場并網以來，該項目在年平均風速每秒5.04米的條件下，機組設備可利用率穩定保持在99.5%以上，年均可利用等效小時數超過2000小時。
　　
　　走出國門的高海拔機型
　　
　　“這是我所見過，發電最好的一座風電場。”一位行業專家對記者說。
　　
　　這位專家口中的風電項目，就是裝有11臺金風科技1.5MW高原型機組的厄瓜多爾項目。該項目是中厄建交以來最大的電力工程項目，位于地震烈度高達8度的地區，海拔高度約為2700米，年平均風速在每秒10米以上。在這樣的環境條件下，金風科技的機組平均利用率達到近99%，年平均發電量超過8000萬千瓦時，遠遠高于原合同標定的5957萬千瓦時。
　　
　　“厄瓜多爾項目的機組年利用小時數達到了驚人的5000小時。”金風科技的一位市場負責人說:“這樣的數據，全球少有。”
　　
　　據了解，為了保證該項目的穩定運營，金風科技充分考慮當地存在地震災害可能，進行了綜合詳細的載荷分析，采用了定制化方式設計機組。由于當地吊裝窗口期較短，金風科技的項目施工團隊通過前期的精確調研分析制定了詳細的施工方案，項目的全部吊裝僅在一個月以內完成，有效地保障了客戶的發電收益。由于該項目機組表現超過合同擔保的性能指標，已于2015年12月28日順利簽訂了機組出質保文件。此外，鑒于機組優異的運行表現和金風科技運維團隊的優質服務，業主與金風科技于2016年9月6日簽訂了為期3年的技術服務合同。
　　
　　能夠邁出國門，挑戰如此惡劣的環境，是因為金風科技的技術人員心里有底，早已吃透并熟練掌握了高海拔風電技術。
　　
　　早在2009年，被譽為中國第一個高原型風電項目的大理者摩山風電場，就采用了金風科技的750千瓦機型，直到目前仍運行穩定。此后，金風科技安裝了青海省第一臺高原型風電機組，作為“十二五”期間國家“863項目”中的一個重要子項目，進行高海拔風電技術的研究。通過此項研究，金風科技的技術人員總結了高原型機型的設計要點，將整個項目的經驗沉淀在高海拔風電機組的設計標準中，又基于此標準設計出更可靠的高海拔機型。此后，金風科技開發了單機容量為2兆瓦的高海拔機型，受到市場的廣泛歡迎，被大量安裝于貴州、云南、青海等省，“在風速不是很高的情況下，發電量能夠滿足客戶需求。”武鋼談到。 　　 　　
　　據介紹，金風科技目前已經擁有包括750千瓦、1.5兆瓦、2兆瓦、2.5兆瓦等多種單機容量的高原型機型，這些機型都是在其標準產品的基礎上，緊密結合高海拔地區環境特性與市場輸入條件，針對風電機組在高原特殊生態環境下可能出現的各種問題，從控制策略、葉片選型角度保證了機組的年發電量；并對機組的發電機、變流系統、變槳系統、主控系統等電氣設備進行了全面的優化升級，從而保障機組運行的可靠性；同時，針對材料和部件的抗紫外線能力、高海拔地區的運輸和貯存情況都作出了有針對性的設計和優化。
　　
　　值得一提的是，金風科技所采用的永磁直驅技術路線，在高海拔地區的應用優勢還體現在吊裝與運輸上。機組可以被分為葉輪、機艙和發電機三個部分分別吊裝和運輸，使三部分中每一部分的重量，都比相同單機容量的雙饋型機組輕，更利于在高海拔地區的應用，進而保證業主采用更大單機容量的機型，減少機位點，降低投資成本。
　　
　　目前，金風科技的全系列高原型機型都已完成了型式認證，成為國內首個全系列高海拔機型獲得認證的企業。高原型機組的認證，需要嚴格滿足《高原型風力發電機組技術規范》的設計要求，特別是針對高原特殊生態環境的機組環境適應性設計，相比于普通陸上機組，需要大量的理論設計依據和測試的驗證來保證機組的安全和可靠。金風科技在每個平臺的開發前，綜合考慮了這些因素，縮短了認證周期，保證了市場的多樣化需求。
　　
　　保持“冷靜”的高溫機組
　　
　　在巴基斯坦，金風科技的風電機組成就了中國風電的首秀。
　　
　　2014年11月24日，金風科技走向國際的第一個高溫機組項目——巴基斯坦TGF風電場的33臺1.5兆瓦機組一次性通過168小時試運行。這打破了當地項目往往需要4個月到8個月才能通過試運行的記錄。此后的一年中，在最高溫度45攝氏度的環境條件下，該項目機組可利用小時數達到了近3000小時，單日最高發電量不止一次超過了100萬千瓦時，單月最高發電量超過了1900萬千瓦時。 　　 　　
　　“客戶給出的標準是在高溫40度時滿發運行。金風科技為此定的是43度滿發運行，45度進行降功率運行。但最后的實際情況是這些機組實現了45度滿發運行，沒有降過功率。”金風科技技術負責人談到：“從這點就可以看出，對于復雜環境項目，外國廠商往往是先裝標準機型，出了問題再改進；中國廠家則充分借鑒國內的多種環境運行經驗，直接裝有針對性的機型。”
　　
　　技術負責人如此自信的表述，揭示出金風科技早已掌握了高溫型機組技術。
　　
　　資料顯示，金風科技在巴基斯坦TGF項目中借鑒了其在新疆吐魯番、哈密等地的機組高溫運行經驗。通過收集、分析上述機組運行數據，進行測試與認證，避免了在國外進行改進的彎路，從而在充分考慮巴基斯坦并網環境的同時，推出了這款高溫型風電機組。
　　
　　“受高溫影響最大的就是變流器、發電機。金風科技為此進行了高溫定制化設計，重點提高了散熱風扇與散熱風機等冷卻系統的性能。針對風沙問題，在發電機部分采用了新的密封結構，將風沙擋在外面，需要散熱的柜體等也都采用了密封結構，并配合運維、定檢，定期更換密封條。”上述技術負責人談到：“這其實不是特別難做到的事，但需要將對機組的情況吃得透，知道薄弱點在哪里，才能做到。”
　　
　　得益于此，金風科技開發的這款高溫型風電機組生存溫度達到50攝氏度，運行溫度能達到45攝氏度。也正是因為對這款機組及金風科技的充分信任，金風科技被選擇成為巴基斯坦風電二期項目的設備供應商，這個項目將安裝66臺1.5兆瓦的機組，預計2017年并網發電。
　　
　　溫度對風電機組的苛刻要求，除體現在高溫上外，在低溫方面也相當苛刻。但對于金風科技而言，這也不是什么難事。
　　
　　“低溫機組要重點改進幾個方面：第一是材料，包括金屬材料和非金屬材料。非金屬材料指葉片、機艙等；金屬材料主要指塔架等，需要達到低溫的耐沖擊性，這需要通過實驗來驗證。第二是電氣系統需要進行加溫，并為防止電控系統被凍壞，需要帶電運行，使機組能夠迅速啟動。第三是選擇在低溫中不容易過粘的潤滑劑。第四是在控制策略上機組啟動要慢，不能令其載荷突然增大。”上述技術負責人介紹。除此之外，金風科技在工程設計中對于風電機組基礎使用的混凝土材料，也提出了抗凍融性能等更高的要求，保證機組支撐結構的安全性。 　　 　　
　　目前，金風科技在黑龍江大小黑山、大小白山都安裝有低溫型機組，這些地區的極限溫度均低于零下30攝氏度。到目前為止，這些項目的運行已相當穩定。
　　
　　步步為營的海上機組
　　
　　或許已很少有人知道，中國安裝的第一臺海上風電機組，是金風科技于2007年為中海油鉆井平臺供電安裝的1.5兆瓦機組。正是因為涉足海上風電較早，“金風科技深知海上風電項目的開發、建設和運營的風險和難度，對海上風電一貫堅持‘積極參與，穩步實施’的戰略。”金風科技營銷副總裁李飛談到。
　　
　　對此，武鋼也曾表示，因為海上風電開發風險較大，如果在現在這個階段“捅了簍子”，不僅僅是一個企業面臨風險，對業主乃至整個行業都會帶來影響。但從金風科技目前的情況來看，海上風電已經不像此前那樣“摸石頭過河”，設備運行指標不俗，遠遠好于預期。
　　
　　武鋼談到的設備運行指標，主要是指金風科技安裝在如東等項目的機組運行情況。
　　
　　在2010年，金風科技開發出了2.5兆瓦潮間帶機組。2011年，該公司攜這款機型中標了龍源如東潮間帶50兆瓦海上風電項目，翌年又完成了50兆瓦潮間帶增容項目。此前有媒體稱，在如東建成的目前中國最大的海上風電場中，共安裝有10個整機商的15款機型，114臺機組。在上述實驗機組中，金風科技的2.5兆瓦機型在2014年的發電小時數最高，達到了2867小時。2015年，金風科技又攜其3兆瓦海上機型，中標了三峽響水54兆瓦的近海風電項目。截至目前，已經完成了全部機組的吊裝，正在進行機組調試。 　　 　　
　　“這款3兆瓦機型是基于2.5兆瓦平臺開發，2.5兆瓦平臺陸上有數千臺機組的充分驗證，這些成功的經驗是保障3兆瓦海上機型可靠性的基石。再加上充分理解中國海上的環境特點，有針對性地完成海上適應性設計，比如專項的防腐設計和密封設計，使得內外部結構均是獨立分開的，從而滿足機組海上環境運行需要。”上述技術負責人指出：“目前海上風電招標要求單機容量都在3兆瓦以上，所以這款機型不存在設計問題，而是針對政策性進行了改進。”
　　
　　據了解，金風科技未來將采用兩款機型作為參與海上風電市場的主力。一款就是上述3兆瓦機型，另一款是6兆瓦機型。但是，這款6兆瓦機型并非已經在大豐安裝樣機的那一款。
　　
　　記者從相關人士處了解到，金風科技目前共設計了兩款6兆瓦直驅型海上機組，安裝在大豐的那款樣機被稱為“α”——主要用作試驗；另一款則被稱為“β”——并聯4套1.5兆瓦回路系統，或將于2017年安裝樣機，主要用于批量生產與供應。據介紹，由于海上可靠性要求高，6兆瓦這種“大塊頭”需要充分驗證和對比測試，這也是金風科技首次提出了從測試樣機（原型機）到工程樣機（批量機型）開發路線。
　　
　　海上機型的衍變，明確體現了金風科技在海上風電機組開發中所始終持重的理念。
　　
　　“金風科技走直驅路線，就是希望被舉在空中的機組，盡量做到免維護。”武鋼談到：“有些發明人找到金風科技推廣其先進技術，認為采用自己的技術可以方便機組的維護。我說這樣的理念是錯誤的，試想方便維護好，還是免維護好？我們努力追求的是免維護。”
　　
　　據透露，正是基于對可靠性的考量，金風科技結合了市場需求管理與國際海上機組設計理念的新機型，其可靠性或將達到一年免運維的水平。
　　
　　高靈活度的新一代產品
　　
　　如果說金風科技目前的3兆瓦機型是其在海上風電市場的主力軍，那么在即將舉行的2016北京國際風能大會暨展覽會上，金風科技所推出的新3兆瓦機型平臺——GW3.0MW（S），其開發旨在面向陸上下一代大兆瓦機組平臺，也是金風科技傾力打造的第一個國際化機組平臺，該平臺能顯著提高陸上機組的適應性與可靠性，滿足全天候風電場開發并顯著降低開發成本。
　　
　　GW3.0MW（S）對環境適應性的提高，最直接的體現是通過柔性功率調節，提高場群控制能力，從而在各種風況條件下，盡可能減少損失，提升發電量。
　　
　　也就是說，通過一體化設計，金風科技的技術人員使GW3.0MW（S）機組的各個部件協同運作，并根據電網的調度需求、外界環境情況以及機組的健康狀況，來動態調整輸出功率，實現柔性功率調節。基于這樣的單機柔性功率調節技術，通過金風科技的風電場集群控制技術，可以使一個風電場中的機組不僅只關心自己的發電情況，而是相互協調溝通，通過各自的柔性調節功率，減少機組之間在各種風況下因相互影響而產生的發電量損失，實現整個風電場的柔性功率調節。
　　
　　“這就類似于家里的定頻空調，要么開，要么關，因為定頻而沒有中間的狀態。這款機型則是變速、變頻、變容的，通過調節額定轉速，可使機組容量產生變化。”金風科技技術負責人談到：“柔性功率調節建立在一系列控制技術的基礎之上。例如，在降噪模式下降容運行、在特殊風況和特殊地形情況下的降容運行、在高溫情況下的降容運行、在部件故障模式下的降容運行以及在機組健康狀況下的最優發電量矯正等。這有利于提高整座風電場的發電效率與環境適應性。”
　　
　　除此之外，GW3.0MW（S）則通過采用與“β”6兆瓦海上風電機組類似的多回路系統，顯著提高設備的可靠性。
　　
　　據資料顯示，這項設計是通過模塊化、冗余設計的思想，將風電整機回路細分成多個控制回路，采用并聯設計方法，實現每個回路都獨立控制，最終實現整個風電機組系統單一器件出現故障，不會影響其他回路的正常運行，從而大大提高整機可靠性。
　　
　　“以前的機型是一套系統，現在GW3.0MW（S）是2個1.5兆瓦的回路系統并聯起來，傳統機組的變流器、變流器冷卻系統、發電機繞組及冷卻系統、升壓系統等如果出了問題，就要停機。這款機型如果出現上述問題，可以切出單一故障設備回路，讓機組另一個回路系統繼續運行，確保機組能半功率運行。”技術負責人談到。
　　
　　由記者拿到的一個測算數據顯示，假設整機可利用率為95%，采用雙回路系統控制，機組可利用率能夠提高至98.4%，發電量增加168282度。如果上網電價為每千瓦0.54元，以一個200兆瓦風電場安裝67臺3兆瓦機組為例，整個項目每年可增收608.8萬元。
　　
　　正是通過不斷的技術創新，金風科技為業主提供更好的選擇。GW3.0MW（S）的推出，將使風電場設計人員有更大的發揮空間。利用平臺的柔性和可調性，根據需求對機型安裝的平面與高度排布、噪聲等級、不同功率等級等元素進行搭配，可以使風場設計人員實現高自由度的二次創作，令整個項目的環境友好性更高。
　　
　　“這些產品不是我們閉門造車所研制的，完全是受客戶需求所催發出來的。金風科技在與客戶的交流過程中，通過思維碰撞、協作配合、付諸踐行來應對挑戰。對這些適應性產品的開發存在有一定的難度和風險。但對客戶風電業務的可持續發展，提供了一個非常大的空間。反過來，對金風科技的發展也給予有力支撐。”武鋼坦言。
　　
　　正如金風科技曾經榮獲美國麻省理工學院《科技評論》雜志評選“全球最具創新能力企業50強”時的入選理由：“金風科技在不斷創新開發出適用于高海拔、低風速等中國不同區域環境的個性化風力發電機組，優化了風電場運營。”但金風科技帶來的驚喜遠不止于此。