第七屆中國制造強國論壇于2022年12月23日-26日在河北保定舉辦，主題為：補短板·鍛長板·固底板。國家能源集團聯(lián)合動力技術有限公司技術總監(jiān)胡雪松發(fā)表演講。
胡雪松在演講中介紹，國家在火電機組百萬級以上的火電機組審批上，基本上一年來沒有新審批百萬級別以上的新增火機。從今年8月份開始，國家能源集團已經(jīng)審批及正在審批中的，大概有6臺百萬機組的火電機組要上馬。
這是否意味著重新把火電的新增裝機納到考量范圍內？胡雪松表示，目前來說，火電的整個新增裝機后面可能還有，這是國家從能源安全角度來考慮的，會有一些新的甚至于百萬以上的火電新增機組審批。同時火電整個的發(fā)電量的占比可能進一步還要下降。
胡雪松表示，這里有兩方面的原因考慮，一方面是能源安全，另一方面就是整個新能源具有兩方面不確定性。一是資源稟賦的不確定性，二是設備包括光伏板和風力發(fā)電機組，接入電網(wǎng)的時候，由于自身的設備可靠性、穩(wěn)定性等，設備也具有一定的不穩(wěn)定性。而火電作為靈活性的方案，要參與到整個發(fā)電的調峰和保障里來。
胡雪松指出，現(xiàn)在基本上已經(jīng)進入了大規(guī)模的開發(fā)和高質量的發(fā)展階段。從目前情況來看，我國2017年到2022年，新增裝機累計并網(wǎng)容量，逐年和每月都在提升。尤其是2022年到2023年。
胡雪松進一步提到，中國風機設備的中標價在不斷刷新。以國家能源集團聯(lián)合動力為例，今年7月份在保定生產(chǎn)基地，下線的是國家能源集團聯(lián)合動力的一個主力機型。整個中國風電裝備的設備更新迭代速度是非常快的。他預測到2023年的下半年，供貨的主力機型應該達到7兆瓦到8兆瓦的單機功率，葉輪直徑突破200米，以到200米到210米之間的葉輪直徑。
胡雪松表示，整個十四五期間風能和太陽能發(fā)電量要翻倍，到2030年風電太陽能整個發(fā)電的總裝機容量要達到12億千瓦以上，這對中國的整個風電設備制造提出了更高的要求。一方面要求中國風電裝備的功率要大，同時新開發(fā)的風電場的風資源稟賦下降了很多，整個收益要求實現(xiàn)風火同價，對風電設備的要求更高。
胡雪松指出，對風電設備的要求是物美價廉，這也是導致目前風電裝備制造競爭激烈的一個主要原因。
感謝大會組委會的邀請，接下來我匯報一下我國現(xiàn)在風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及未來的一個發(fā)展趨勢。
從去年10月份一直到今年9月份，國家密集出臺了一些關于我國新能源建設、主要圍繞雙碳的主要的政策規(guī)劃。
二十大的工作報告把我國的雙碳目標列入了國家的戰(zhàn)略目標，加強了頂層的設計和系統(tǒng)的謀劃這樣一個大背景下。我們目前整個新能源的發(fā)展前景是非常好的，但是過程中也出現(xiàn)了一些問題，比如說今年重慶、湖南等地就出現(xiàn)的電荒。包括從國家能源集團角度來說，國家在火電機組百萬級以上的火電機組審批上，大概暫停了一年左右，基本上一年來沒有新審批，百萬級別以上的新增火電裝機。
但是從今年8月份開始，國家能源集團現(xiàn)在已經(jīng)審批的包括正在審批中的，我們大概有6臺百萬機組的火電機組要上馬，這也是在整個能源行業(yè)里一個比較大的事件。這是不是國家就重新把火電的新增裝機又納到了一個新的考量范圍內？目前來說的話，火電的整個新增裝機后面可能還有，這是國家從能源安全角度來考慮的，會有一些新的甚至于百萬以上的這樣的新增機組審批。同時火電整個的發(fā)電量的占比可能進一步還要下降。
這里有兩方面的原因考慮，一方面是能源安全，另一方面就是整個新能源，尤其以風和光為主的新能源，具有兩方面不確定性。一是資源稟賦的不確定性，比如說風和光，光相對來說資源比較穩(wěn)定，像風的話，有時候大風年小風年，整個的電力輸出有一個資源的不穩(wěn)定性。
另一方面我們的設備包括光伏板和風力發(fā)電機組，接入電網(wǎng)的時候，由于自己自身的設備可靠性、穩(wěn)定性等，設備也具有一定的不穩(wěn)定性。當然這都是對于火電來說的。所以說由于兩種不穩(wěn)定性，火電作為靈活性的方案，要參與到整個發(fā)電的調峰和保障里來。
我們認為可能后面還會有火電新增裝機，但是發(fā)電量進一步降低。這些投入和運維成本，政策上、經(jīng)濟上的一些負擔，怎么來解決？
一方面我們認為幾大發(fā)電集團，要通過靈活性改造，把整個的成本轉嫁給新能源，以前是國家給新能源補貼，后面國家會給火電補貼。因為它的屬性不僅僅是運營發(fā)電了，會保供保產(chǎn)，保安全保穩(wěn)定。那么如何去平衡和落實，需要一段時間的過程，這是從政策層面。
中國風電現(xiàn)在基本上已經(jīng)進入了大規(guī)模的開發(fā)和高質量的發(fā)展階段。從目前情況來看，我國2017年到2022年，新增裝機累計并網(wǎng)容量，逐年和每月都在提升。尤其是2022年到2023年。
從產(chǎn)品競爭力，從整個電網(wǎng)輸出的角度，大家都在集思廣益，要去把整個基地的建設落實好。
另一方面，中國風機設備的中標價在不斷刷新。以國家能源集團聯(lián)合動力為例，今年7月份在保定生產(chǎn)基地，下線的是就是我們聯(lián)合動力的一個主力機型。整個中國風電裝備的設備更新迭代速度是非常快的。
我們預測到2023年的下半年，那么供貨的主力機型？應該是達到7兆瓦到8兆瓦這樣的一個單機功率，葉輪直徑突破200米，以到200米到210米之間這樣的一個葉輪直徑。
由于整個中國風電市場的變化帶來的設備的不斷更新?lián)Q代，路上是向沙漠、戈壁和荒漠這樣的基地市場去發(fā)展，海上的風電逐漸是走向中遠海。
整個十四五期間風能和太陽能發(fā)電量要翻倍，那么我們到2030年風電太陽能整個發(fā)電的總裝機容量要達到12億千瓦以上，這對中國的整個風電設備制造提出了更高的要求。一方面要求我們中國風電裝備的功率要大，功率大的話就是同樣的容量，所占的資源會少一點。
實際來說，跟前幾年相比，我們新開發(fā)的風電場的風資源稟賦下降了很多。同時整個的收益要求現(xiàn)在實現(xiàn)了風火同價。在風火同價的基礎上，還實現(xiàn)了利潤的最大化。所以說整個的收益都是從電量來，電量是由風電設備發(fā)出來的，所以說對風電設備的要求更高。
也就是說，對風電設備的要求是物美價廉，這也是導致目前風電裝備制造競爭激烈的一個主要原因。
我們在海上是5個基地，大體上分為2種類型。第一個是長江以北中低風速的地區(qū)，以山東半島海上風電基地和長三角海上風電基地為主。還有一個是長江以南的有臺風過境的中高風速的海上地區(qū)，以閩南、閩東和北部灣這些基地為主。從2023年以后，我們的海上風電建設會有一個小高潮。
現(xiàn)在的風力發(fā)電機組向大型化和深海遠方向發(fā)展之后，也帶來一些其他的問題。比如運輸機組比較大，像現(xiàn)在7兆瓦左右的機組，整個風力發(fā)電機組的機艙重量能達到150多噸。那么在運輸?shù)臅r候就會出現(xiàn)一些問題，包括過一些橋過隧道等等。我們在解決分體運輸和模塊化這樣的一個解決方案，包括大型部件的一些屬地化生產(chǎn)，移動工廠，這些相應的工業(yè)化措施，也是解決整個風力發(fā)電機組大型化的一些必備的手段。
現(xiàn)在有些地方，因為之前塔筒一直是整圈的，我們的一些項目，必定要經(jīng)過鐵路橋洞，這里邊以陜北地區(qū)為主。因為有一些鐵路建設，橋洞是不可避免要通過的，塔筒不可能分體去運輸。所以我們在新的塔筒技術研發(fā)上突破了常規(guī)，把塔筒的整個筒體做成分半的。我們現(xiàn)在基本上是分成三半，通過分半的技術解決運輸?shù)膯栴}，運到風電現(xiàn)場，再把它組合起來。
在核心部件的國產(chǎn)化上，我們近幾年也取得了一些突破，包括風電主軸承，現(xiàn)在是12兆瓦16兆瓦，這些大型的海上風力發(fā)電機組的主軸承基本上都能實現(xiàn)國產(chǎn)化。
現(xiàn)在國家能源集團也一直在謀求風電主控系統(tǒng)的國產(chǎn)化突破。我們目前整個這套國產(chǎn)化的系統(tǒng)已經(jīng)運行大概一年多了，相對來說還是比較穩(wěn)定，我們整個實驗基地的測試平臺，目前國內最大的能達到25兆瓦這樣一個功率級別。
葉片對于風力發(fā)電機組來說，是最為關鍵的部件之一，葉片的穩(wěn)定性直接決定了風力發(fā)電機組的穩(wěn)定性。葉片的測試一直是行業(yè)內備受關注的一個重點部件的測試，包括在做認證的時候，葉片的測試是必不可少的，我們現(xiàn)在國內的150米葉片，能夠在國內做這個測試，基本上已經(jīng)達到國際領先水平了，國際上現(xiàn)在應該達不到150米。
我們的一些海工設備，包括運輸船、安裝船，現(xiàn)在基本上都已經(jīng)達到了行業(yè)的領先水平。也就是說國內目前風電部件的產(chǎn)業(yè)化以及工程產(chǎn)業(yè)化，基本上都已經(jīng)走到了國際的前列。
現(xiàn)在我們中國的風電發(fā)展也面臨了一些新的挑戰(zhàn)，主要可以歸為以下幾種。第一個就是風資源的規(guī)律變化比較復雜。第一方面由于風電目前發(fā)展到現(xiàn)在這個階段，可開發(fā)可利用的比較好的資源，基本上開發(fā)得都差不多了。我們現(xiàn)在開發(fā)的基本上都是風變化比較復雜，或者地形比較復雜，導致實際上在做具體解決方案的時候，需要上一些特殊的監(jiān)控設備，甚至于有些還需要犧牲一些發(fā)電量，去保證機組安全運行的這樣一些比較尷尬的選擇。
第二個方面就是我們風電設備的大型化和高比例，給新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行造成了一些挑戰(zhàn)。具體的我們可以分為以下幾種。第一就是現(xiàn)在葉輪直徑越來越大，為了提升收益率，塔筒的高度由以前的60多米、70多米，后來演變成80多米、90多米。
我們目前的塔筒高度，為了達到最高的收益，要把塔筒人為地增加，尤其在面對一些切面比較高的現(xiàn)場，我們要用高塔筒。另一方面由于葉輪直徑本身的增加，為了提升夜間到地的安全距離，塔筒也需要進一步的增加。
目前我們風力發(fā)電機組的塔筒高度有的達到160米，甚至于現(xiàn)在的這個樣機，我們正在做一個180米的高度，那么再加上葉輪直徑的影響，現(xiàn)在夜間最高的高度能達到260米、270米。這樣的一個高度的話，高空的風特性、傳統(tǒng)的風的理論就不再適用了，還需要我們進一步的研究。
另一方面深遠海集群式的風電裝機會影響風的特性。在我們大規(guī)模裝機的時候，集中安裝風力發(fā)電機組之后，風力發(fā)電機組之間受風場尾流的影響，它的風就有一定的紊亂性，對機組的控制就提出了更高的要求，這個也是擺在整個行業(yè)面前需要進一步解決的問題。
現(xiàn)在整個中國的風力發(fā)電設備的更新?lián)Q代節(jié)奏比較快，像以前我們設計的時候，基于的模型，在做以前的1.5兆瓦、兩兆瓦甚至于三兆瓦，這種小功率小葉輪的機組設計的時候，它的準確性還是可以信賴的。但是現(xiàn)在由于機組發(fā)展比較快，部件比較大，尤其像我們的葉片長度，現(xiàn)在單只葉片長度基本上已經(jīng)突破了百米級。整個風力發(fā)電機組其他部件這種多體動力學的載荷的傳遞和耦合，目前是滯后于整個行業(yè)的發(fā)展的。隨著機組越來越大型化，風險也是比較大的。一方面理論基礎不扎實，另一方面實驗驗證不充分。基本上我們現(xiàn)在都是邊投入邊驗證，邊驗證邊優(yōu)化，邊優(yōu)化邊改進，說對行業(yè)的發(fā)展造成了一定的影響。
在應用到我們實際的研發(fā)的運行過程中，我單只葉片長度超過百米，這種超長的葉片的開發(fā)，首先是結構剛度下降了，還需要它高效輕質低成本。除了應用于大量碳纖維的這種結構外，我們現(xiàn)在基本上沒有其他更好的辦法。應用于高強的碳纖維，對它的經(jīng)濟性提出了更高的要求，所以說這也是擺在行業(yè)面前的一個很大的問題。
隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，我們把理論的模型運行情況和實際的樣機運行情況做對比。通過實驗數(shù)據(jù)，我們控制參數(shù)優(yōu)化結構設計，通過這樣的方式來提升整個機組的穩(wěn)定性。
另一方面就是現(xiàn)在高比例的新能源電力系統(tǒng)在整個新型的電力系統(tǒng)中占比越來越大，它的穩(wěn)定和安全也是行業(yè)內備受關注的。
作為我們這個設備的提供商，我們也真正意識到了，風力發(fā)電機組本身的性能在一定程度上是能夠對新型電力系統(tǒng)的安全做一些貢獻的。
我們與常規(guī)的火電相比，確實在電量平衡、電能質量這些方面有一些問題，但是我們會通過一些優(yōu)化設計，盡量把這些風電的劣勢降到最低。
一方面我們要增加風力發(fā)電機組的粘性。很早以前風力發(fā)電機組的自我保護意識比較強，當電網(wǎng)有波動，甚至于環(huán)境有一些極端變化的情況下，它首先保護的是自己。2002年，西北電網(wǎng)就出現(xiàn)過一次大規(guī)模的風機脫網(wǎng)，后來我們電網(wǎng)公司對高穿低穿有了更加嚴格的要求，在風力發(fā)電機組設計的時候，設網(wǎng)的性能這方面有了很大的一個提升，這也是一個不斷的進步。
另一方面我們要降低切入的風速，現(xiàn)在機組基本選用柔性切除。并不是說一定是能夠延長機組的就是增加機組的發(fā)電量，而是在現(xiàn)在新能源占比越來越大的情況下，在環(huán)境適應性方面，要有更好的一個拓展性，給電力調度提供更多的選擇和支撐。
現(xiàn)在我們面對新形勢，在新材料新工藝方面也做了一些新的嘗試。首先還是說葉片，我們風電葉片大型化比較快，對葉片的綠色回收與循環(huán)利用，我們都做了一些儲備。我們保定公司現(xiàn)在的公司門口，大家能看到，利用廢舊葉片做了一些回收。
除此之外，集團內的一些井蓋、辦公桌椅，我們也開始采用這種廢舊葉片回收材料，進行二次利用，做了一些民用的產(chǎn)品。
另一方面針對超大型海上風力發(fā)電機重量比較大，對稀土依賴比較高的這樣的一個難題，我們開發(fā)了15兆瓦以上和電機廠家國產(chǎn)化的這種無稀土的永磁體發(fā)電機，目前正在研發(fā)階段。
關于一些芯片及壓接封裝這些技術，雖然說我們現(xiàn)在國產(chǎn)已經(jīng)做到了一定的水平，但是從實際使用的情況來看，性能上還是稍微有一些差距，后面需要整個行業(yè)進一步提升。
無論是在機組的設計階段，還是在微觀選址和宏觀選址階段，我們要充分地把環(huán)境的因素和機組本身的部件相互之間的影響因素給耦合起來，這樣我們就能做到既準確又成本低廉的機組。
另一方面要加強機組的智能化設計。做機組實際剩余壽命以及各部件的健康狀態(tài)評估，這些手段都要應用上。然后能夠根據(jù)電網(wǎng)的實際需求，在它需要多發(fā)的時候，我們工廠所有的機組都能實現(xiàn)這種超發(fā)的技術。當電網(wǎng)飽和的時候，機組根據(jù)自身的歷史運行數(shù)據(jù)，能夠有選擇的自動排序能量管理。
尤其是在大閘灣風電廠設計的時候，我們要突破風浪連載連帶下的氣動、水動、私服彈性，這種多場耦合演化機制，即自適應的協(xié)同控制理論和方法，把我們后續(xù)適用于深遠海的漂浮式的這種機組，通過多場協(xié)同和耦合動力學高保真模型的技術驗證，推進我們深遠海的海上
后續(xù)的海上風電的發(fā)展，除了海上風力發(fā)電機組本身及海上風電廠的管理，還要和其他的產(chǎn)業(yè)聯(lián)系起來。
現(xiàn)在風電的解決方案不僅僅集中在風電本身，它還要多能互補，和多種產(chǎn)業(yè)有機地耦合在一起。這樣就會根據(jù)用戶需求，為用戶提供一種綜合的能源解決方案。謝謝。
