7月12日，伴隨著我國(guó)第一臺(tái)單機(jī)容量10兆瓦的海上風(fēng)電機(jī)組在福建興化灣二期海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電，中國(guó)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(jī)組樣機(jī)并網(wǎng)發(fā)電（攝影：葉榮平）
目前，我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組以單機(jī)容量4兆瓦到6兆瓦為主力機(jī)型。這臺(tái)亞太地區(qū)單機(jī)容量最大的10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組毫無疑問是這片風(fēng)場(chǎng)上的“巨無霸”。它的葉輪直徑達(dá)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(zhǎng)的葉片也再度刷新了國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度的紀(jì)錄……
根據(jù)該區(qū)域風(fēng)機(jī)平均發(fā)電小時(shí)數(shù)和2019年我國(guó)居民用電情況估算，這樣一臺(tái)10兆瓦的風(fēng)機(jī)發(fā)電后，可以滿足兩萬個(gè)三口之家一年的用電需求。
從5兆瓦到10兆瓦
這臺(tái)由三峽集團(tuán)攜手東方電氣集團(tuán)聯(lián)合研制的10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)，研發(fā)制造歷時(shí)近三年。雙方專門組建了科研團(tuán)隊(duì)共同開展技術(shù)攻關(guān)，僅研究經(jīng)費(fèi)投入就超過1億元。在此之前，東方電氣的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品以單機(jī)容量2.5兆瓦的陸上風(fēng)機(jī)為主，海上風(fēng)機(jī)只有從國(guó)外引進(jìn)的5兆瓦機(jī)型。
三峽集團(tuán)東方電氣聯(lián)合研制10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)（攝影：葉榮平）
跨越如此之難，付出如此之巨，也許會(huì)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(jī)組呢？
01、布局中國(guó)海上風(fēng)電
隨著國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，對(duì)大容量風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際需求增加，風(fēng)機(jī)制造商整體設(shè)計(jì)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(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)、躋身行業(yè)領(lǐng)先行列，紛紛展開技術(shù)攻關(guān)，啟動(dòng)大容量機(jī)組研發(fā)計(jì)劃。對(duì)于國(guó)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(jìng)爭(zhēng)。
“除了技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)發(fā)展的客觀需求，海上風(fēng)電大容量風(fēng)機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)更多的是一種對(duì)海上風(fēng)電資源的前瞻性戰(zhàn)略布局，是三峽集團(tuán)實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電技術(shù)引領(lǐng)的重要舉措。”三峽機(jī)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(tuán)就對(duì)海上風(fēng)電開發(fā)進(jìn)行了整體規(guī)劃。經(jīng)過多方考察和對(duì)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(jī)組研發(fā)目標(biāo)與總體方案，同時(shí)明確了與國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)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(jī)組的研發(fā)制造工作。”
三峽集團(tuán)先后選擇了多家國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)制造商開展8到10兆瓦的海上風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合研制工作。與東方電氣集團(tuán)合作的10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組項(xiàng)目于2017年啟動(dòng)聯(lián)合研制工作，2018年底完成樣機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)評(píng)審，2019年9月完成樣機(jī)下線，2020年7月實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)試運(yùn)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(guó)家賦予三峽集團(tuán)改革發(fā)展的重要使命。這次10兆瓦風(fēng)機(jī)聯(lián)合研發(fā)的成功對(duì)三峽集團(tuán)海上風(fēng)電戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。無論是為行業(yè)發(fā)展出力，還是落實(shí)國(guó)家政策和三峽集團(tuán)戰(zhàn)略，牽頭聯(lián)合各單位開展大容量海上風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)工作，三峽機(jī)電公司責(zé)無旁貸。”胡偉明說。
02、大容量風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)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(shì)。2019年1月，我國(guó)發(fā)布《關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》，海上風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)進(jìn)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(jī)組成為全球共同追求的技術(shù)方向之一。
“我們測(cè)算過，同等總裝機(jī)容量下，用10兆瓦風(fēng)機(jī)和用5兆瓦風(fēng)機(jī)相比，一個(gè)風(fēng)場(chǎng)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(zhǎng)、總經(jīng)理賀建華說，“我國(guó)福建海域風(fēng)能資源非常豐富但海況復(fù)雜，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的安裝施工很不容易。如果想減少裝機(jī)臺(tái)數(shù)、降低工程投入、提高發(fā)電效率，那就得把單機(jī)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(chǎng)總裝機(jī)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(jī)組能夠減少裝機(jī)臺(tái)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(chǎng)發(fā)電量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性與海洋資源環(huán)境友好性。
而大容量風(fēng)機(jī)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(fèi)得起的清潔能源，對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、推進(jìn)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(guó)的風(fēng)機(jī)
開發(fā)大容量風(fēng)機(jī)的路徑，除了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的自主研發(fā)這條路，還有依靠外部引進(jìn)這么一條相對(duì)容易的道路。那么，為什么不直接引進(jìn)國(guó)外技術(shù)成熟的10兆瓦級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組呢？
對(duì)此，賀建華表示，完全使用從國(guó)外引進(jìn)的風(fēng)機(jī)在我國(guó)海域不一定適用。比如與歐洲相比，我國(guó)海上風(fēng)能資源最為富集的東南沿海一帶，具有臺(tái)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(diǎn)，鹽霧腐蝕程度比歐洲風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)2到3倍。他說，“歐洲市場(chǎng)的風(fēng)機(jī)不一定適合我們，我們還是更需要適應(yīng)中國(guó)海域條件和氣候的風(fēng)機(jī)。這臺(tái)10兆瓦風(fēng)機(jī)的抗臺(tái)風(fēng)、抗鹽霧性能俱佳，通過一系列測(cè)試表明，即使是拿到國(guó)際市場(chǎng)上，我們的風(fēng)機(jī)都是有競(jìng)爭(zhēng)力的”。
業(yè)內(nèi)人士表示，中國(guó)的海上風(fēng)電技術(shù)不僅高度重視抗臺(tái)風(fēng)性能，還需要具備利用臺(tái)風(fēng)安全發(fā)電的能力。對(duì)太平洋西海岸沿線國(guó)家和地區(qū)而言，抗臺(tái)風(fēng)海上風(fēng)電技術(shù)的市場(chǎng)適應(yīng)性更強(qiáng)，有望為更多國(guó)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(jī)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(jí)
要想擁有自主研發(fā)、適用于我國(guó)海域的大容量海上風(fēng)電機(jī)組，就意味著要在風(fēng)機(jī)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。從5兆瓦到10兆瓦并不是簡(jiǎn)單的加倍，而是從風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造到配套設(shè)施的全面更新?lián)Q代，不可能通過簡(jiǎn)單的改進(jìn)就能實(shí)現(xiàn)，必須要突破和創(chuàng)新。
10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)吊裝現(xiàn)場(chǎng)（攝影：葉榮平）
對(duì)于大容量風(fēng)機(jī)來說，最突出的環(huán)節(jié)之一就是葉片的設(shè)計(jì)制造。要把機(jī)組容量做大，就不可避免地對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的尺寸、強(qiáng)度、韌性等多個(gè)方面提出更高的要求。這對(duì)葉片的設(shè)計(jì)能力、制造水平、產(chǎn)業(yè)鏈配套都是考驗(yàn)。
這臺(tái)10兆瓦風(fēng)機(jī)采用的葉片是東方風(fēng)電自主研發(fā)制造的超長(zhǎng)柔性碳玻混合葉片，長(zhǎng)度達(dá)90米，為目前國(guó)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(jì)方案經(jīng)歷了數(shù)次調(diào)整，葉片經(jīng)過了二十多次試驗(yàn)后才取得成功。承擔(dān)該樣機(jī)葉片制造的廠商也在完成這次任務(wù)以后躋身國(guó)內(nèi)一流葉片制造商行列。據(jù)了解，該風(fēng)機(jī)已經(jīng)在風(fēng)場(chǎng)完成葉片靜力試驗(yàn)，葉片性能得到驗(yàn)證。
除了葉片，還有發(fā)電機(jī)。在這臺(tái)10兆瓦風(fēng)機(jī)上，成功實(shí)現(xiàn)了亞洲首臺(tái)萬千瓦級(jí)海上永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制，突破萬千瓦級(jí)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)。
“10兆瓦只是一個(gè)起點(diǎn)。有了這個(gè)基礎(chǔ)，我們?cè)僮?2兆瓦甚至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(jī)跨代研發(fā)成功，意味著我們實(shí)現(xiàn)了從跟隨國(guó)外技術(shù)到自主研發(fā)的跨越，提升了國(guó)內(nèi)制造商自主研發(fā)制造大容量風(fēng)機(jī)的能力，把10兆瓦風(fēng)機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)制造的能力。”
而具備了他口中這個(gè)“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(jī)研發(fā)的整條產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)領(lǐng)域的廠商。除了風(fēng)機(jī)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(gè)領(lǐng)域的行業(yè)水平都得到了拉動(dòng)和提升。
10兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)（東方風(fēng)電供圖）
“發(fā)展大容量海上風(fēng)電機(jī)組，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，我們的著眼點(diǎn)還是在推動(dòng)行業(yè)發(fā)展進(jìn)步上。三峽集團(tuán)在發(fā)展大容量風(fēng)機(jī)技術(shù)中起到的作用，主要是引領(lǐng)、定向和提供舞臺(tái)。”胡偉明說，“在這個(gè)過程中，三峽集團(tuán)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(shí)際需求與各廠家技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)后，選擇合適的國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)制造商開展項(xiàng)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(jì)、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(shí)，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(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步、互利雙贏，進(jìn)一步促進(jìn)海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)合作與實(shí)力提升，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。”
據(jù)了解，在這臺(tái)10兆瓦海上風(fēng)機(jī)完成試驗(yàn)運(yùn)行后，這款風(fēng)機(jī)將在福建三峽海上風(fēng)電國(guó)際產(chǎn)業(yè)園批量化生產(chǎn)，屆時(shí)可帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)電機(jī)、主軸承、變壓器、變流器等配套零部件制造的升級(jí)換代。在海上風(fēng)電安裝施工方面，也將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)吊裝大容量海上風(fēng)機(jī)安裝船、海上運(yùn)輸船等相關(guān)配套裝備的進(jìn)一步提升。
從逐浪江河到攜手出海
三峽集團(tuán)與東方電氣集團(tuán)的合作由來已久。從大型水輪發(fā)電機(jī)組的研發(fā)應(yīng)用開始，已經(jīng)在多個(gè)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(jìn)和推動(dòng)雙方聯(lián)合研發(fā)順利開展取得成功，三峽集團(tuán)在資源、資金和政策上都給予了巨大支持。除了提供市場(chǎng)需求來驅(qū)動(dòng)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(tuán)在規(guī)劃中的所有海上風(fēng)電場(chǎng)都預(yù)留了一到兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的位置，可用來給合作廠商試驗(yàn)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(tuán)依舊扮演著整合國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)制造企業(yè)及上下游產(chǎn)業(yè)鏈、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、提供產(chǎn)品應(yīng)用平臺(tái)這么一個(gè)非常重要的角色，在大容量風(fēng)機(jī)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(jìn)一步在12兆瓦及以上大容量海上風(fēng)電機(jī)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(guó)際風(fēng)電行業(yè)技術(shù)“少人區(qū)”進(jìn)發(fā)，團(tuán)結(jié)協(xié)作、攜手共進(jìn)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(xiàng)參數(shù)的敲定和設(shè)計(jì)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(guó)首個(gè)大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)——東海大橋風(fēng)電場(chǎng)建成，標(biāo)志著中國(guó)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(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)了45倍，2019年新增裝機(jī)容量達(dá)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(jī)，可以說中國(guó)已經(jīng)邁入世界海上風(fēng)機(jī)研發(fā)制造第一梯隊(duì)。今年5月，全球風(fēng)能理事會(huì)發(fā)布的《全球風(fēng)電市場(chǎng)供應(yīng)側(cè)報(bào)告2019》顯示，中國(guó)的風(fēng)機(jī)制造商在2019年全球風(fēng)機(jī)制造商前十五強(qiáng)中，已占據(jù)八席。
“現(xiàn)在，中國(guó)已經(jīng)在海上風(fēng)電機(jī)組大容量化發(fā)展方面實(shí)現(xiàn)與國(guó)際一流水平并跑。未來的四到五年內(nèi)，中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展將從高速發(fā)展逐漸進(jìn)入到高質(zhì)量發(fā)展階段。”胡偉明說。
