自2007年我國第一臺海上風電試驗樣機（金風科技GW70/1500）在渤海灣矗立，至今已整10年。對于海上風電，新疆金風科技股份有限公司（下稱“金風科技”）多年來雖甚少發聲，但相關研究和實踐卻從未止步。十年磨一劍。2017年，金風科技將攜帶全新的海上風電解決方案重裝啟幕，對推動我國海上風電開發，他們很有信心。

 

 

2007年我國第一臺海上風電試驗樣機（金風科技GW70/1500）在渤海灣矗立

 

十年蟄伏求華變

 

 

 

“風電是一場長跑，能否笑到最后，靜氣與耐心極為重要。”這是在金風科技耳熟能詳的一句話，也是他們的經營理念。

 

作為國內風電行業的龍頭企業，金風科技素來以發展穩健著稱。對于海上風電的開發，金風科技有著自己的態度：積極但謹慎，跟進但不冒進。

 

金風科技董事長武鋼對此的解釋是，海上風電的開發有很多風險因素，整機廠進入海上風電領域需要有豐富的陸上風電設備研發、制造、運維經驗的積累作為支撐。因為機組一旦出海，對設備的可靠性要求非常高，施工成本也比陸上高得多，一旦出現設備質量問題，維修成本可能使得整個項目回報打水漂。機組設備的高可靠性是需要成熟的研發和不斷試驗來實現的，冒進帶來的損失是對社會資源的浪費。

 

2007年，金風科技1.5 兆瓦試驗樣機在渤海灣矗立起來，這被業內認為是我國海上風電的開端，也是中國第一臺在海洋環境中運行的直驅永磁風電機組。

 

現任金風科技研發中心副總經理兼江蘇金風科技有限公司總經理的陳小海作為首任項目經理，參與了項目建設的全過程。“這個項目由于沒有先例可供借鑒，我們采用GW70/1500風電機組，并用亞洲最大的‘藍疆’號5000噸級起吊船安裝建設，雖然前期并網比較順利，但由于當時對海洋環境并不十分了解，大家都預計到機組試驗運行可能會出現一些問題，比如潮濕鹽霧、后期運維等。”陳小海坦言。

 

事實上，出現的問題遠比想象的復雜。海洋環境對風電機組帶來的考驗與陸上相比完全不是一個量級，潮氣、鹽霧、惡劣的氣候條件……每一項都給運維團隊正常開展工作帶來嚴峻的考驗。

 

“風電機組第一次面對海洋環境雖然出現了諸多問題和挑戰，但給我們帶來的經驗是十分寶貴的。我們的研發工程師逐一研究分析技術難點，并將研究成果全部用到了海上風電的技術方案改進中，成為金風科技新一代海上風電產品平臺重要的實踐積累和技術積淀。”金風科技執行副總裁吳凱接受《風能》雜志記者采訪時如是說。

 

 

金風科技位于江蘇如東的潮間帶風電項目

 

2012年開始，江蘇如東成為了國內海上整裝風電的試驗場，共有國內外10個整機廠家的15種機型匯聚于此，金風科技再次參與其中。

 

“相對于2007年的試水，江蘇如東100兆瓦潮間帶項目，我們完成了很多技術迭代與優化，比如將電機由開式改成了閉式，對各金屬器件進行了優化防腐處理，但下海后再次出現了意想不到的困難。在滿功率運行狀況下，塔內溫度超過塔外，濕氣進入塔內后冷凝對變壓器正常運行影響極大。”陳小海介紹說。

 

對金風科技來講，如東試驗項目出現的問題必須逐一解決，否則就無法在海上風電開發領域內走得更遠。為此，金風科技不僅投入近千萬元研發資金用于技術攻關，同時把幾乎全部一線研發人員投入到機組改進中，一年半后，這些問題被逐一攻克。

 

金風科技改進后的2.5兆瓦潮間帶機組添加了環境控制系統，可以實現機組和塔架內溫度及濕度雙控制，并過濾掉空氣中的鹽分，保證塔內環境的純凈度，解決了變流器、控制柜等局部環境的優化問題。此外，針對螺栓、防雷模塊等零件部分，都進行了防腐處理，有的模塊還將陸上機組采用的鋁制材料，改成了不銹鋼材質，以提高防腐等級。

 

最終該機組憑借著優異表現，獲得了項目業主——龍源電力方面的肯定。數據顯示，在這批試驗機組中，2014年利用小時數最高的是金風科技的2.5兆瓦機組，達到2867小時。

 

 

 金風科技江蘇響水近海三峽風電場項目

 

在此基礎上，2015年，金風科技又攜其3兆瓦機型，中標了三峽江蘇響水近海風電項目。金風科技相關技術負責人表示，這款3兆瓦機型是基于2.5兆瓦平臺開發的，這背后則有金風科技2萬余臺直驅機組平臺的運行業績和技術積累作為支撐，這些成功的經驗是保障3兆瓦機型可靠性的基石。再加上金風科技充分了解了中國海上的環境特點，對3兆瓦機型進行了有針對性的海上適應性設計，該機型將能夠很好地適應海上的運行環境。

 

可靠性與經濟性的選擇題

 

當下，雖然開發海上風電受到了行業內外的關注，但是對于風電整機企業來講，如何跨越經濟性與可靠性兩大門檻，是擺在面前的最大挑戰。

 

 

 海上風電，不僅是風電項目，更是海洋工程

 

“可以講海上風電和陸上風電完全不同，甚至可以說是兩個行業。陸上風電就是機組+電網+ 一般性電力工程；海上風電則有兩個特性，第一，它是風電項目，第二，它是海洋工程。”吳凱表達了他的看法。

 

的確，在目前海上風電開發成本普遍超過陸上風電兩倍以上的情況下，風電整機企業還面臨著如何克服海洋惡劣環境等方面的諸多技術挑戰，企業又該如何選擇？

 

“只有產品質量足夠可靠，后期運行中才會充分體現其經濟性。”國家“千人計劃”專家、金風科技總工程師翟恩地認為，可靠性是海上風電的立足之本，風電機組設計之初不能只考慮質保期內出現的可能情況，還必須考慮機組全生命周期內的運維次數和大部件更換可能性，并可以此倒推項目建完后的盈利水平。因此，金風科技堅定不移地要把風電機組質量做好，并斥巨資在江蘇大豐專門設立了機組試驗中心，以此提高產品的可靠性。

 

 

金風科技位于江蘇大豐的機組實驗平臺

 

自發展初期，金風科技就確定了永磁直驅的技術路線。近二十年的探索與堅持，讓金風科技在陸上積累了兩萬余臺機組運行的成熟經驗。從海上風電的發展趨勢來看，大容量、大風輪直徑、永磁直驅技術路線已得到各廠商的普遍認同，“實踐證明，永磁直驅技術這條路線是海上風電發展的正確方向。”翟恩地補充道。

 

相關測算顯示，由于永磁直驅技術減少了傳動鏈，特別適合海上的復雜環境，機組可靠性比其他技術路線提升20%以上，發電量可以提高3%~5%。

 

不僅如此，金風科技還率先提出了機組“免維護”的理念，即相關新機型可靠性將達到一年免維護的水平。“目前海上風電機組的關鍵部位，諸如葉片、電機、軸承等如果發生損壞，更換的成本一次就至少需要800萬元，成本實在太高。”相關負責人介紹說。

 

為此，金風科技建立了專門的海上質量管控標準和體系，實現對關鍵工序和關鍵零部件的全過程質量管控，嚴把供貨商產品質量關。記者了解到，此前，金風科技已經建立了較完備的零部件供應商體系和評價標準，并將供貨商分為A、B、C 三級。針對海上風電產品，金風科技明確提出，零部件必須由A級，即產品質量控制最好的企業供貨，產品一律采用優等品（不允許產品有一處缺陷），保證產品質量最優。

 

為了讓供應商切實了解海上風電的復雜性和特殊性，金風科技多次組織零部件供應商召開專題研討會，針對提升零部件質量進行深度交流探討。并組織相關企業負責人和管理人員深入金風科技海上項目現場，親自體驗海上作業的艱辛。多數供應商均表示對提升機組零部件質量及可靠性有了更清晰的認識，將全力支持并高度重視金風科技的海上項目。

 

不僅如此，產品設計伊始，金風科技的研發團隊還著重進行了冗余設計，保證產品的一個部件發生損壞，不會影響設備正常運轉。“目前金風科技圍繞新產品設計了兩套電機繞組，確保一套出了問題，另一套可以替代工作，功率模塊也備份了兩組，并可以實現遠距離檢測和遙控動作。”相關產品設計師透露，下一步，“免維護”將能夠實現機組故障的自診斷、自修復，并配備工業機器人進行相關操作。

 

 

 金風科技位于北京的全球監控中心

 

近年來，金風科技積極推動大數據、物聯網等信息技術的應用，并打造了國內領先的風電數據庫系統及大數據分析處理平臺，正為金風科技全球超過近2.7萬臺機組、近千座風電場提供技術支持，而未來的海上風電機組也將全面應用這些技術。

 

通過這些新技術的應用，每臺機組像人一樣有了“神經系統”，而作為“中樞神經”的中心控制系統可以隨時了解每臺機組的“喜怒哀樂”，最終目的是提高發電效率和降低成本，給客戶帶來價值和高收益回報。

 

“ 當前，互聯網對整個行業的影響非常大，有人說互聯網注重客戶體驗，質量不是最重要的，我不太認同這個觀點，我認為質量永遠都是能給客戶帶來最好體驗的關鍵要素。一方面，我們要苦練內功，把產品質量做好。另一方面要充分利用互聯網帶來的變化，提高可再生能源的使用效率。”武鋼此前在接受媒體采訪時明確表達了他的看法。

 

探尋市場化開發新路徑

 

我國擁有近18000公里的海岸線，可利用海域面積300多萬平方公里，海上風能資源十分豐富。國家能源主管部門明確提出，加快海上風電項目建設，對促進沿海地區治理大氣霧霾、調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義，先后出臺了《全國海上風電開發建設方案（2014-2016）》《海上風電開發建設管理辦法》等文件，支持開發海上風電。

 

根據“ 十三五” 規劃的相關要求， 到2020年，全國海上風電開工建設規模將達到1000 萬千瓦，力爭累計并網容量達到500萬千瓦以上。

 

國家能源局相關負責人曾公開表示，“十二五”規劃提出的500萬千瓦海上風電發展目標沒有實現，已經說明海上風電的實施難度。“十三五”海上風電發展的政策思路是積極穩妥推進，絕不催熟。這也需要企業明確思路，找到癥結，推動海上風電進入快速發展軌道，形成健康完善的產業體系，為未來發展打下基礎。

 

 

金風科技近海風電項目

 

“‘十二五’期間，金風科技等企業通過相關項目的開展，增進了對海上風能資源特性和情況的了解，技術也有了長足的進步。”中國可再生能源學會風能專業委員會秘書長秦海巖認為，未來隨著企業對研發投入的加大，機組研制、施工技術將逐步成熟，技術路線也將逐步統一，500萬千瓦規劃的實施將帶動海上風電市場的發展，同時將開發成本降下來，從而保證“十四五”期間能夠大規模發展海上風電。

 

對于全行業來講，探索出一條適合我國海上風電開發的市場化機制，減少因項目驅動產生的開發風險是當前的一道新課題。

 

記者了解到，金風科技近年來在參與海外市場開發的過程中，也接觸到了很多國外的新理念和做法。比如，國外項目競標時，機組發電量都是由獨立的第三方機構進行評估，而不同評估機構的標準和判斷都有所區別，這就對企業產品提出了更高要求。此外，國外業主為減少項目開發的風險，會力推保險評估、銀行融資等機構的介入，實現協同優化，加之相關完善的法律法規體系。“這都是目前國內風電開發所欠缺的。”吳凱強調說。

 

“ 我們希望并力推行業能夠建立起相關的市場化機制，以減少項目開發的風險性，推動產業快速健康發展。”吳凱表示，“金風科技是行業內為數不多的長期預備質量撥備的企業，可以承擔任何由產品本身或不可抗力帶來的風險。”

 

價格將是決定海上風電能否市場化發展的關鍵性因素，國家為扶持其發展，對近海風電項目確定了0.85元/千瓦時的上網電價，但早日實現平價上網則是行業企業的追求目標。

 

 

 2015年，江蘇大豐港，金風科技首臺6MW海上樣機成功吊裝。2016年7月實現滿發后，始終保持良好的運行狀況

 

“目前，在海上風電項目的成本結構中，機組占整個項目成本的35%左右，塔架基礎和安裝成本分別占25%和10%左右，其他（含升壓站、海纜、陸上集控中心、項目管理等）占30%左右。”翟恩地告訴《風能》雜志記者，未來要使海上風電有競爭力，產品的技術進步和規模化開發會推動成本的快速下降。機組研發和商業化正朝著大容量方向邁進，金風科技2015年已研制出6兆瓦海上風電樣機，并在江蘇大豐進行了近兩年的測試，運行表現非常不錯。我國也正在重點研究8MW~10MW陸/海上風電機組關鍵技術。未來隨著大容量機組投入市場，在風電場總容量一定的情況下，所需安裝的機組臺數會減少，使得塔架基礎和安裝的造價都會降低，并且運維成本也會下降，進而推動整個風電場成本的下降。且隨著開發日益走向深海，機組的利用效率可獲得大幅提升，經濟性優勢將愈加明顯。

 

中國可再生能源學會風能專業委員會的數據也顯示，2016年我國海上風電規劃和建設速度明顯加速，全年海上風電新增裝機（吊裝量）154臺，容量達59萬千瓦，比上年增長64%，為歷年之最；累計裝機量達163萬千瓦，已居全球第三位。

 

個性化解決方案的實踐

 

我國漫長的海岸線使得各地區風能資源和海況各有特點，總體可分為三類：江蘇以北地區90米高度處的平均風速7米/秒左右，被認為是Ⅲ類風資源區，機組冬季還將面臨覆冰的挑戰；浙江、廣東等地為Ⅱ類風資源區，平均風速超過7米/秒，但在夏季，臺風等自然災害易發；福建地區的平均風速可達9米/秒，被認為是Ⅰ類風資源區，但海床多為巖石，基礎施工難度較大。

 

“不同地區自然特征不同，這就要求整機企業必須提供個性化、定制化的解決方案。”翟恩地認為，綜合已開展的項目經驗，福建地區的機組年利用小時數可達3500~4000小時，但施工造價較北方地區略高。江蘇地區的機組年利用小時數可達2500~2700小時，造價成本約為陸上機組的兩倍左右。

 

據了解，金風科技將攜帶新一代GW6.X海上平臺及整體解決方案亮相今年10月舉行的2017 北京國際風能大會暨展覽會，其中一款名為6.45-171的海上風電機組將被重點推出。“這款機組繼承了金風科技產品的優良‘基因’，繼續采用成熟的永磁直驅外轉子技術，在一年多的試驗周期內，上百位研發人員進行了200多項的實驗驗證，保障零部件、單系統、系統聯合及整機等全方位最優。為了適應不同的海況，還配置了154米、164米不同規格的風輪直徑，可以在不同風區狀況下穩定運行。”陳小海介紹說。 “從研發初期我們就遵循著整機產品一體化設計、塔架基礎一體化設計、運輸安裝一體化設計、運行維護一體化設計的四個一體化設計理念，提升產品的可靠性和穩定性，最大化降低全生命周期的投資成本。”陳小海告訴記者，比如6.X-171機型單樁基礎一體化設計解決方案能夠使得機型與單樁基礎實現更好協調，縮短了安裝時間，并使得風能可利用率更高，實現業主在江蘇及其以北地區發電收益的最大化。

 

 

金風科技海上風電項目吊裝現場

 

據悉，在海上風電一體化運維解決方案中，金風科技一方面通過開發海上風電場專用運維設備，如：應急生存艙、機組部件維護工裝、基礎平臺吊機、風電專用雙體運維船舶等提高人員和物資的可達性，從而提升運維效率。另一方面通過開發海上運維調度管理軟件系統，將故障維護、定檢維護、預警維護等作業有機結合，根據水文氣象預報、交通、人員、備件及工具、機組運行狀態信息進行智能分析，自動生成并發送運維工單，同時對當天出海任務進行智能監控，從而實現海上風電場的故障維護向預警性維護、預防性維護過渡，有效降低運維成本，提高業主發電量，提升風電場發電收益。

 

對于金風科技來講，海上風電開發帶來的挑戰，就好比馬拉松跑到30公里，達到生理極限的時候，既是挑戰自身綜合素質和意志力的階段，也是與競爭對手拉開距離，追趕前方的關鍵時刻。突破海上風電產品的關鍵技術，實現中國在風電高端制造行業的全球引領，這也是金風人的使命，他們將堅定不移地跑下去。