從10kW到20MW級(jí)，中國風(fēng)電機(jī)組大型化之路

在某種意義上，我國風(fēng)電過去五十年的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)品開發(fā)歷程，基本是以機(jī)組大型化為主要脈絡(luò)展開的。20世紀(jì)70年代到今天，我國研發(fā)、生產(chǎn)、投運(yùn)的機(jī)組從小到大，走過了從10kW級(jí)、200kW級(jí)、600kW、750kW級(jí)到MW級(jí)、5MW級(jí)、10MW級(jí)、15MW級(jí)、20MW級(jí)等多個(gè)單機(jī)容量的關(guān)鍵性歷史節(jié)點(diǎn)，其間風(fēng)電技術(shù)完成了由引進(jìn)、消化吸收到自主再創(chuàng)新，技術(shù)能力也從跟隨、協(xié)同直至引領(lǐng)。在上述每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)中，總有一兩款機(jī)組值得銘記，因?yàn)樗鼈兊某霈F(xiàn)，推動(dòng)了機(jī)組大型化的歷史發(fā)展進(jìn)程，造就了中國風(fēng)電的今天。

10kW級(jí)：早在20世紀(jì)50年代后期，我國就已經(jīng)開始進(jìn)行近代風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)工作。由于當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)需求以農(nóng)牧漁地區(qū)為主，技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)品研發(fā)的主力是各地科研機(jī)構(gòu)。直至1972年7月，依靠華東電力設(shè)計(jì)院、浙江省機(jī)械研究所、浙江省水電設(shè)計(jì)院等單位的聯(lián)合設(shè)計(jì)，浙江省紹興糧油機(jī)械加工廠試制的1臺(tái)FD13-18kW風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)完成安裝，標(biāo)志著我國風(fēng)電工業(yè)萌芽初現(xiàn)。如果按照這臺(tái)風(fēng)電機(jī)組安裝時(shí)間來推算，我國風(fēng)電的工業(yè)化發(fā)展至今已超過50年。

在10kW級(jí)風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)過程中，還有一個(gè)里程碑事件，那就是在1982年5月，福建省電力中心試驗(yàn)所、福建省機(jī)械研究所等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)的FDS21-55kW風(fēng)電機(jī)組在福建平潭風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站并網(wǎng)運(yùn)行成功。該機(jī)組的研制被列入國家“六五（1981―1985年）”科技計(jì)劃，于福州發(fā)電設(shè)備廠完成樣機(jī)試制。

200kW級(jí)：如果說我國早期推出的10kW基本都為離網(wǎng)型小型風(fēng)電機(jī)組，那么風(fēng)電技術(shù)發(fā)展到200kW時(shí)，正式拉開了并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組研發(fā)的序幕。1988年，水電部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所、福建機(jī)器廠、上海玻璃鋼研究所、福建省電力試驗(yàn)研究院、平潭縣風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站等單位聯(lián)合研制的FD32-200機(jī)組在福建平潭完成吊裝，是國內(nèi)首臺(tái)單機(jī)容量達(dá)到200kW的風(fēng)電機(jī)組。

600kW級(jí)：1997年前后，國家科技主管部門開始大力推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展。金風(fēng)科技與新疆風(fēng)能公司、新疆風(fēng)能研究所共同承擔(dān)了“九五（1995―2000年）”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“600kW風(fēng)電機(jī)組”的研制任務(wù)。從1997年到2000年，上述單位陸續(xù)研制出不同國產(chǎn)化率的10臺(tái)600kW機(jī)組，不僅被評(píng)為國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并且推動(dòng)了我國風(fēng)電設(shè)備與關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。600kW級(jí)機(jī)組也是我國企業(yè)與外國企業(yè)最早合作引進(jìn)制造的產(chǎn)品級(jí)別。1996年，北京萬電與奧地利PEHR公司簽訂合同引進(jìn)了600kW變槳距型機(jī)組制造技術(shù)；2000年，西安維德與一拖-美德先后推出了600kW和660kW機(jī)型。

750kW級(jí)：“十五”期間，國家科技主管部門持續(xù)通過科技攻關(guān)項(xiàng)目支持機(jī)組大型化發(fā)展。2002年，國家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃安排了750kW失速型風(fēng)電機(jī)組研制，金風(fēng)科技和浙江機(jī)電設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)了該項(xiàng)目，分別于2004年、2008年完成吊裝，隨后實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

MW級(jí)：單機(jī)容量進(jìn)入MW級(jí)，是我國風(fēng)電機(jī)組技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵歷史節(jié)點(diǎn)。一方面，市場(chǎng)需求激增，在一段時(shí)間內(nèi)造成了風(fēng)電機(jī)組供不應(yīng)求的局面，大量企業(yè)開始進(jìn)入風(fēng)電設(shè)備研發(fā)與制造環(huán)節(jié)，最多時(shí)達(dá)到80家左右，我國風(fēng)電機(jī)組研發(fā)與制造呈現(xiàn)出百家爭鳴的景象；另一方面，MW級(jí)機(jī)型單機(jī)容量更大，有力支撐著我國風(fēng)電規(guī)?；_發(fā)，部分頭部整機(jī)商的產(chǎn)品，由于更受市場(chǎng)青睞，銷量極高，成為企業(yè)產(chǎn)品中的“機(jī)王”。最早推出MW級(jí)機(jī)組的企業(yè)是金風(fēng)科技。2005年，該公司1.2MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)投運(yùn)。2006年，華銳風(fēng)電首臺(tái)1.5MW雙饋式風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。之后，大多數(shù)整機(jī)商都快速推出了1.5MW產(chǎn)品，1.5MW與2MW機(jī)型成為日后市場(chǎng)的主流。

在陸上風(fēng)電市場(chǎng)主流產(chǎn)品仍為1.5MW機(jī)型時(shí)，技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的頭部整機(jī)商最先開發(fā)出3MW級(jí)機(jī)組。2009年，首批3臺(tái)華銳風(fēng)電3MW海上風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)；金風(fēng)科技則并網(wǎng)了其首臺(tái)3MW中速永磁風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)。

5MW級(jí)：2011年，我國陸上風(fēng)電市場(chǎng)主流產(chǎn)品為2MW機(jī)型，海上風(fēng)電機(jī)組開始拉開與陸上風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量差距，有企業(yè)推出了首款5MW級(jí)機(jī)組。是年，華銳風(fēng)電在上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)二期投運(yùn)了我國首款5MW海上風(fēng)電機(jī)組。同年年底，聯(lián)合動(dòng)力下線了我國首款6MW海上風(fēng)電機(jī)組。

10MW級(jí)：福清興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)為我國風(fēng)電機(jī)組大型化技術(shù)發(fā)展立下過汗馬功勞。該項(xiàng)目是全球首個(gè)國際化大容量海上風(fēng)電樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)，一期項(xiàng)目安裝了8家知名整機(jī)商生產(chǎn)的14臺(tái)單機(jī)容量超過5MW的風(fēng)電機(jī)組，二期項(xiàng)目則將重點(diǎn)放在10MW級(jí)機(jī)組的安裝與運(yùn)行上。2020年，東方電氣185-10MW樣機(jī)在該項(xiàng)目并網(wǎng)，標(biāo)志著我國具備10MW級(jí)大功率海上風(fēng)電機(jī)組自主研發(fā)設(shè)計(jì)與制造、工程安裝與調(diào)試的能力。

15MW級(jí)：到15MW級(jí)，我國在風(fēng)電機(jī)組大型化上已經(jīng)登上世界風(fēng)電技術(shù)的高峰，開始引領(lǐng)全球風(fēng)電大型化發(fā)展，并逐漸走向技術(shù)“深水區(qū)”和“無人區(qū)”。2022年，金風(fēng)科技GWH252-16MW海上風(fēng)電機(jī)組下線，并于2023年完成安裝與并網(wǎng)。這款機(jī)型擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是我國首臺(tái)單機(jī)容量超過15MW的風(fēng)電機(jī)組。在2023北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP2023）整機(jī)商發(fā)布的新機(jī)型或機(jī)型平臺(tái)中，有9款的單機(jī)容量超過15MW。其中，三一重能推出了全球最大的陸上風(fēng)電機(jī)組?15MW機(jī)型。

20MW級(jí)：在CWP2023上，明陽智能推出了全球最大的22MW海上風(fēng)電機(jī)組，這是迄今為止我國乃至全球推出的最大單機(jī)容量風(fēng)電機(jī)組。在此次大會(huì)上，有專家公開表示，我國正在進(jìn)行25MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)工作。2024年3月，軸研科技下線25MW級(jí)風(fēng)電主軸軸承及齒輪箱軸承，預(yù)示著25MW機(jī)型的漸行漸近。同月，中車株洲所發(fā)布了其首款漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組“啟航號(hào)”。作為當(dāng)時(shí)已發(fā)布的全球最大漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組，“啟航號(hào)”的單機(jī)容量可實(shí)現(xiàn)16~20MW全覆蓋。

從10kW到20MW級(jí)，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)用了50年的時(shí)間。在這段漫長卻又激情澎湃的技術(shù)發(fā)展之路上，有兩段時(shí)期是機(jī)組大型化發(fā)展最快的階段：一是2006―2012年，我國已安裝風(fēng)電機(jī)組的最大單機(jī)容量從1.5MW激增至6MW；二是2019―2023年，我國已安裝風(fēng)電機(jī)組的最大單機(jī)容量從7.25MW驟升到16MW。

現(xiàn)如今，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量到底能夠發(fā)展到多大，業(yè)內(nèi)存在不同的看法。而被稱為“現(xiàn)代風(fēng)電產(chǎn)業(yè)之父”的Henrik Stiesdal，在此前接受《風(fēng)能》采訪中的看法或許可以成為重要參考。Henrik Stiesdal認(rèn)為，政府對(duì)風(fēng)電機(jī)組總體高度的限制，可能會(huì)對(duì)大型化發(fā)展產(chǎn)生影響。風(fēng)電機(jī)組總會(huì)達(dá)到一定的局限，因?yàn)槠渌a(chǎn)業(yè)在出現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長后，最終將觸碰到一個(gè)“天花板”。“這不是技術(shù)問題，而是成本問題?！彼硎尽?/p>