遠(yuǎn)景Model Y 平臺(tái)首發(fā)的EN-200/7.0MW、EN-190/8.0MW兩款機(jī)型，能否成為2022 年、2023年海上風(fēng)電符合平價(jià)預(yù)期的里程碑？
2021 年的海上風(fēng)電，一邊是鎖定政策電價(jià)情境下的“搶裝”，一邊是去補(bǔ)貼焦慮伴生的平價(jià)預(yù)期，執(zhí)著于海上風(fēng)電的人們，渴望更深、更快的度電成本下降幅度。
大咖們預(yù)測(cè)，我國(guó)海上風(fēng)電有望于2025年實(shí)現(xiàn)平價(jià)。籠統(tǒng)地說(shuō)，是基于歐洲海上風(fēng)電降本的幅度和我國(guó)陸上風(fēng)電的降本邏輯，指望更大功率的海上風(fēng)電機(jī)組，更期待時(shí)間帶來(lái)技術(shù)進(jìn)步。
然而，對(duì)于那些只爭(zhēng)朝夕的“海上風(fēng)電人”而言，2025年的平價(jià)是解不了近渴的“遠(yuǎn)水”，即便2022年的海上風(fēng)電失去了“國(guó)補(bǔ)”，他們也要自主推進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)下的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)度，但難度超乎想象和認(rèn)知。“面朝大海，2022年的海上風(fēng)電不是春暖花開(kāi)，而是冰霜到來(lái)。”一位海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)企業(yè)的高管告訴記者，“我做夢(mèng)都想海上風(fēng)電平價(jià)破冰，夢(mèng)做多了，我開(kāi)始懷疑自己是不是得了強(qiáng)迫癥。”
不過(guò)，如果這位高管看見(jiàn)整機(jī)企業(yè)的努力，就會(huì)相信2022年、2023年定會(huì)有海上風(fēng)電平價(jià)破冰的機(jī)組矗立在某個(gè)海域，正如2010年橫空出世的EN-87/1.5MW低風(fēng)速智能風(fēng)機(jī)一樣，忽然就改變了中國(guó)風(fēng)電的開(kāi)發(fā)格局。
海上機(jī)組去哪兒
針對(duì)山東、廣西等低風(fēng)速近海淺水海域，及江蘇等中低風(fēng)速淺海海域，高電量是實(shí)現(xiàn)平價(jià)的關(guān)鍵因素。EN-200/7.0MW相比當(dāng)前搶裝的5.XMW級(jí)別機(jī)組，單位千瓦掃風(fēng)面積提升了15%，同時(shí)機(jī)組帶來(lái)風(fēng)輪升高與尾流降低，可以綜合提升電量15%。7m/s低風(fēng)速場(chǎng)址整場(chǎng)滿發(fā)平均可達(dá)3100小時(shí)，7.8m/s中低風(fēng)速場(chǎng)址整場(chǎng)滿發(fā)平均可達(dá)3700小時(shí)，度電成本根據(jù)行業(yè)整體走勢(shì)樂(lè)觀預(yù)期可降20%-30%。
一個(gè)40萬(wàn)千瓦近淺海低風(fēng)速項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)研判EN-200/7.0MW機(jī)型及其應(yīng)用場(chǎng)景后，認(rèn)為近海范圍平價(jià)可行性比較高，較大掃風(fēng)面積的機(jī)型更有利于平價(jià)預(yù)期的達(dá)成。背后的邏輯也不難理解：更低風(fēng)速下，更大的單位千瓦掃風(fēng)面積是電量收益的基礎(chǔ)保證，但是過(guò)大的風(fēng)輪直徑又會(huì)呈指數(shù)推高塔筒、基礎(chǔ)重量和吊裝等配套工程的造價(jià)，在當(dāng)前技術(shù)水平下，論證的結(jié)果顯示EN-200/7.0MW剛好在高電量與適當(dāng)造價(jià)平衡點(diǎn)，是這個(gè)場(chǎng)景下收益相對(duì)突出的機(jī)型方案。
這種場(chǎng)景下的工程造價(jià)較低，但低造價(jià)絕不是低質(zhì)量，工程價(jià)值鏈上的所有參與方是“命運(yùn)共同體”，項(xiàng)目能做成大家才有得做，讓利成就項(xiàng)目幾乎是不二的選擇。據(jù)上述團(tuán)隊(duì)運(yùn)用工程模型推演，以廣西海域平價(jià)線預(yù)測(cè)，除了塔筒、基礎(chǔ)造價(jià)因?yàn)闄C(jī)型的選擇顯著下降之外，海纜、升壓站、施工等維度都承擔(dān)不同程度的成本降幅，平價(jià)的可實(shí)現(xiàn)性才有保障。
EN-200/7.0MW機(jī)型去廣西、山東、江蘇等海域，而EN-190/8.0MW機(jī)型最適用的則是廣東和浙江的海域了。
由于受地質(zhì)、水深及臺(tái)風(fēng)的影響，廣東、浙江海域的塔基造價(jià)非常高，大功率機(jī)組是有效降低工程造價(jià)的直接手段。問(wèn)題在于，海工設(shè)備的限制和臺(tái)風(fēng)機(jī)型工況載荷的不確定性導(dǎo)致大功率機(jī)組的風(fēng)輪究竟大到何種尺寸能恰到好處，成為一個(gè)合情合理的科學(xué)問(wèn)題。綜合來(lái)看，在這兩個(gè)省份的海域建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，年平均風(fēng)速低、離岸距離遠(yuǎn)的海域，短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)平價(jià)的難度還是比較大的。因此，這兩個(gè)省份相對(duì)較高的風(fēng)速或者離岸相對(duì)較近的海域成為平價(jià)首先可能實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)區(qū)域。
一臺(tái)機(jī)組抗臺(tái)風(fēng)不是靠鋼鐵的強(qiáng)壯來(lái)死扛，而是需要更優(yōu)、更主動(dòng)的抗臺(tái)風(fēng)策略。道理很清楚，但怎么優(yōu)化抗臺(tái)策略，卻是一連串的技術(shù)升級(jí)、載荷優(yōu)化、材料優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的訴求，每個(gè)環(huán)節(jié)的背后代表著相當(dāng)?shù)耐度牒拖鄳?yīng)的收獲。遠(yuǎn)景Model Y 平臺(tái)的EN-190/8.0MW機(jī)型，在優(yōu)化抗臺(tái)風(fēng)策略后，可以做到安全且更經(jīng)濟(jì)。
針對(duì)廣東、浙江等中風(fēng)速、中等水深造價(jià)的海域，EN-190/8.0MW相比當(dāng)前搶裝的5.XMW級(jí)別機(jī)組，在接近的電量水平下，單機(jī)容量提升54%，40萬(wàn)容量場(chǎng)址可以減少機(jī)位數(shù)量23臺(tái)，結(jié)合遠(yuǎn)景先進(jìn)載荷優(yōu)化最優(yōu)塔基造價(jià)，綜合BOP預(yù)期可同比降低40%，度電成本根據(jù)行業(yè)整體走勢(shì)樂(lè)觀預(yù)期可降30%-40%。這組數(shù)據(jù)背后的道理其實(shí)不難理解，大直徑風(fēng)輪在高極限風(fēng)下載荷增加顯著，因此，如果更大的風(fēng)輪不能獲取足夠的電量來(lái)補(bǔ)充高極限風(fēng)給其帶來(lái)的基礎(chǔ)塔筒造價(jià)的增加，那么就失去了追求更大風(fēng)輪直徑的意義。同時(shí)值得注意的是，更大的風(fēng)輪必須要用更高的塔筒來(lái)配套，而更高的塔筒由高極限風(fēng)所導(dǎo)致的造價(jià)增加是更加難以承受的。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)反復(fù)論證的結(jié)果顯示，EN-190/8.0MW是這個(gè)場(chǎng)景下最優(yōu)的機(jī)型方案。
Model Y背后的產(chǎn)品邏輯
一樣的Model，不一樣的Model Y。特斯拉Model Y是電動(dòng)汽車，一個(gè)在道路上行走的交通工具。遠(yuǎn)景Model Y平臺(tái)上的機(jī)組，則是一個(gè)在空中捕獲風(fēng)能發(fā)送綠色電力的大機(jī)器。
從潮間帶到近海，再到遠(yuǎn)海，單機(jī)功率從1.5MW到4MW，再到5.XMW，歷經(jīng)10年海上風(fēng)電度電成本持續(xù)突破的實(shí)踐，最高規(guī)劃搭載12MW功率等級(jí)的遠(yuǎn)景Model Y平臺(tái)低調(diào)地成為海上風(fēng)電平價(jià)之路的標(biāo)志牌，“戰(zhàn)略定力下的堅(jiān)持和持續(xù)”是其最牢固的內(nèi)核。
這就不難理解，遠(yuǎn)景通過(guò)Model Y平臺(tái)的前瞻性規(guī)劃，兼顧當(dāng)前供應(yīng)鏈和技術(shù)的成熟度，遞進(jìn)開(kāi)發(fā)符合海域場(chǎng)景的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品，一款款機(jī)型一步步破冰前行，像根基一樣支撐2022年、2023年海上風(fēng)電可見(jiàn)的平價(jià)預(yù)期圖景。
Model Y平臺(tái)究竟有沒(méi)有這般能耐？這是一個(gè)可以從“技術(shù)先進(jìn)性、供應(yīng)鏈可獲得性和整體可靠性”三個(gè)方面來(lái)回答的問(wèn)題，既是參考答案，也是看清海上風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品的角度。
關(guān)于技術(shù)先進(jìn)性，度電成本的領(lǐng)先度，是Model Y技術(shù)先進(jìn)性的表征，而先進(jìn)技術(shù)的核心則需要先進(jìn)的架構(gòu)思想和數(shù)字化工具來(lái)支撐，這兩點(diǎn)遠(yuǎn)景都已經(jīng)做到了。
比如大葉片，早在3年前，遠(yuǎn)景葉片團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，在葉片處于最優(yōu)葉尖速比時(shí)，自由渦方法可以避免傳統(tǒng)的BEM理論預(yù)測(cè)失效問(wèn)題，獲得更準(zhǔn)確的最優(yōu)功率系數(shù)和最優(yōu)葉尖速比。3年的持續(xù)自研葉片設(shè)計(jì)與制造，終于驗(yàn)證做實(shí)葉片效率的突破：葉片最佳捕獲段的氣動(dòng)效率提升5%以上的同時(shí)，能確保整體承載邊界提升10%。
自2011年變頻器自研成功后，遠(yuǎn)景對(duì)核心部件的自主研發(fā)十年孜孜不倦，因?yàn)?ldquo;夢(mèng)想+”匯聚到Model Y平臺(tái)的世界頂級(jí)專家，在我國(guó)不遺余力地解決掉海上大功率葉片、主軸承、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等核心部件的設(shè)計(jì)和制造瓶頸，EN-200/7.0MW、EN-190/8.0MW下海水到渠成。
關(guān)于供應(yīng)鏈可獲得性，遠(yuǎn)景坦言，正是基于供應(yīng)鏈可獲得性的考慮，遠(yuǎn)景才審慎將EN 200/7.0MW、EN-190/8.0MW 兩款海上機(jī)型在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)投放市場(chǎng)，一款機(jī)型為一個(gè)海域而生，海上風(fēng)電步步穩(wěn)行。
強(qiáng)大的自研體系也支撐了EN-200/7.0MW、EN-190/8.0MW這對(duì)“伽利略兄弟”的整體可靠性。
對(duì)機(jī)組產(chǎn)品而言，可靠性不僅要看整機(jī)設(shè)計(jì)可靠性，更要看部件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)臺(tái)架測(cè)試，及整體運(yùn)行測(cè)試結(jié)果。其中，系統(tǒng)級(jí)的臺(tái)架測(cè)試最能體現(xiàn)一家整機(jī)企業(yè)對(duì)機(jī)組運(yùn)行生態(tài)與能力邊界的認(rèn)知程度，這是技術(shù)硬實(shí)力的體現(xiàn)，也是遠(yuǎn)景投入巨資打造業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的整機(jī)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試標(biāo)桿的初衷。
前來(lái)調(diào)研EN-200/7.0MW和EN-190/8.0MW機(jī)型的開(kāi)發(fā)企業(yè)團(tuán)隊(duì)，特別研究了這兩款機(jī)型的大部件在遠(yuǎn)景江陰測(cè)試中心的多層級(jí)立體性驗(yàn)證情況，設(shè)計(jì)安全邊界和冗余都有充分的數(shù)據(jù)支撐。遠(yuǎn)景江陰測(cè)試中心是一個(gè)復(fù)合測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)，也就是高保真測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)、機(jī)組健康感知運(yùn)行系統(tǒng)和深度測(cè)量機(jī)群三大支撐，逐步達(dá)成部件子系統(tǒng)、整機(jī)系統(tǒng)“數(shù)字模型與物理實(shí)體”的一致性，用測(cè)試驗(yàn)證持續(xù)外推海上機(jī)組運(yùn)行機(jī)理認(rèn)知邊界，解決具體的質(zhì)量和安全問(wèn)題。
下海以后，每臺(tái)伽利略風(fēng)機(jī)都有數(shù)字孿生模型，實(shí)體機(jī)組運(yùn)行被完全透明化，可靠性狀況就擺在運(yùn)行端，一切與可靠性相關(guān)的數(shù)據(jù)和行為皆在掌控中，運(yùn)行可靠性成為真正看得見(jiàn)的可靠。
自帶安裝和運(yùn)維降本功能
與革新硅料工藝、硅片技術(shù)就可以大幅度降低度電成本的光伏產(chǎn)品相比，風(fēng)電機(jī)組因其巨大旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)的固有屬性，涉及空氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)動(dòng)力、仿真、電力電子、電氣傳動(dòng)、控制技術(shù)、人工智能、新材料等前沿和交叉學(xué)科，技術(shù)進(jìn)步的難度要高得多。風(fēng)電度電成本的下探“密碼”潛伏于整條的價(jià)值鏈中，發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘降本價(jià)值是所有參與者的責(zé)任，畢竟海上風(fēng)電度電成本盡早達(dá)到與燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)平價(jià)是風(fēng)能人共同的目標(biāo)。
可以說(shuō)，遠(yuǎn)景Model Y平臺(tái)出產(chǎn)的機(jī)組都具備安裝和運(yùn)維降本功能。這源于Model Y極致模塊化的特性，真正做到系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、部件與部件之間接口分明且互不干擾，賦予機(jī)組產(chǎn)品超強(qiáng)的工程靈活性，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的整體、半整體、局部組裝等豐富的組合裝配方式，加上各種先進(jìn)工裝吊具的應(yīng)用，可以產(chǎn)生最優(yōu)的發(fā)運(yùn)、組裝、出海、吊裝工程路徑和效率，直接節(jié)省安裝工程項(xiàng)目成本。
這也彰顯了遠(yuǎn)景海上風(fēng)電機(jī)組高效交付和供應(yīng)鏈資源整合能力。9月3日，江蘇啟東80萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電場(chǎng)在建項(xiàng)目，遠(yuǎn)景率先完成EN-161/5.2MW海上智能風(fēng)機(jī)全部吊裝。基于塔筒平臺(tái)預(yù)組裝模式和新型扁擔(dān)梁吊具工藝技術(shù)，提升安裝綜合效率30%，為率先完成吊裝任務(wù)提供可靠的技術(shù)支撐。
關(guān)注海上風(fēng)電運(yùn)維的開(kāi)發(fā)企業(yè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，Model Y平臺(tái)EN-200/7.0MW和EN-190/8.0MW機(jī)型的工程靈活性及創(chuàng)新吊具，也為后期的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維降本提供了技術(shù)支持。比如大部件運(yùn)維，遠(yuǎn)景自主研制的海上風(fēng)電機(jī)組大部件更換設(shè)備“悟空”，實(shí)現(xiàn)了不借助傳統(tǒng)風(fēng)電安裝支腿船，僅使用自研吊裝設(shè)備和普通平板拖船，即可在海上更換機(jī)艙內(nèi)大部件，不但其單次作業(yè)綜合成本較傳統(tǒng)方案能降低35%以上，還大大提升了運(yùn)維效率。
顯然，海上風(fēng)電場(chǎng)快速運(yùn)維為風(fēng)電場(chǎng)多發(fā)電贏得了時(shí)間。在多發(fā)電訴求上，EN-200/7.0MW和EN-190/8.0MW機(jī)型可以借助伽利略系統(tǒng)數(shù)字孿生和網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)，在不改變機(jī)組物理狀態(tài)的情況下，使其使用壽命突破目前的25 年時(shí)限，在更長(zhǎng)運(yùn)行生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率最優(yōu)，持續(xù)推低度電成本；在確保機(jī)組使用壽命的基礎(chǔ)上，基于其實(shí)時(shí)疲勞損傷和壽命估計(jì)模型，科學(xué)合理“消費(fèi)和呵護(hù)”疲勞壽命，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，通過(guò)增值進(jìn)而降低度電成本。
據(jù)模型預(yù)測(cè)，基于伽利略系統(tǒng)運(yùn)行的EN-200/7.0MW和EN-190/8.0MW“伽利略兄弟”，在適用的海域場(chǎng)址，一座40萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)在其全壽命周期內(nèi)可實(shí)現(xiàn)3%的發(fā)電量提升。
