海上大风机靠谱吗

海上大风机靠谱吗

海上风电是新能源领域的风口产业,但海上大兆瓦风机的性价比和可靠性都有待提高

徐沛宇 | 文

马克 | 编辑


海上大风机靠谱吗


业内公认,海上风机将呈现大型化的趋势,争议在于,5兆瓦以上的大风机将以怎样的节奏量产投运。


中国海上风电投资速度正在前所未有的加快。全球风能理事会(GWEC)数据显示,2018年,中国新增海上风电装机1.8吉瓦,首次超过其他任何国家,排名全球首位。从总装机量来看,中国排名全球第三位,仅次于英国和德国。


海上大风机靠谱吗


今年上半年,中国海上风电在建工程量已超过历史总量。据中国可再生能源学会风能专业委员会统计,截止到2019年6月底,我国海上风电并网装机403万千瓦,其中上半年新增40万千瓦,开工在建724万千瓦。


中国建成和在建的海上风电项目所用机型几乎都是5兆瓦以下的风机,欧洲则是6兆瓦以上机型占大多数。从全球来看,8兆瓦的风机即将投入商运,10兆瓦、12兆瓦的风机也已初见雏形。


中国在陆上风机的研发和制造方面后来居上,成为了世界的领头羊。但在海上大风机领域,中国落后于欧洲,处于追赶者的角色。未来十年里,中国将迎来海上风电大规模建设的高潮。在这期间,大兆瓦的风机何时量产商运,成为业内关注的焦点。


海上风电的风险远高于陆上风电,运维成本更高,可到达性较差。在风大浪大的环境下,海上风场可出海率较低,可维护的时间极其有限。因此,海上风电机组的安全可靠性必须更高。与此同时,随着单台风机容量的增大,单台机组的成本更高,发生故障损失的发电量也更大,如何选择性价比更高的机组是摆在运营商面前的难题。


海上风电正在吸引越来越多的央企加大投入。这些央企不仅直接投资电站,还加大了对海上风电技术研发的关注。今年5月,华能集团宣布投资1600亿元,在江苏打造基地型、规模化的千万千瓦级海上风电产业基地,集研发、制造、运维为一体。华能集团副总经理王敏近日在江苏盐城参加中国新能源高峰论坛时表示,中国与欧洲海上风电技术差距正在逐步缩小,但在核心部件生产、大功率风机整机制造、海上风电安装运维、并网技术研究等方面仍需加快步伐。华能在江苏建立海上风电基地的目的在于通过科技引领降低造价,提高可靠性,增强中国海上风电技术在国际上的竞争力。


从制造业供应链来看,处于产业化发展初级阶段的海上风电还存在诸多短板。业内呼吁,大兆瓦风机的商业化量产,一定要经过充分的可靠性实验和安全保障,避免未来出现大的风险。


大风机已成趋势


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大型化是全球海上风电机组共同的发展趋势,其中,欧洲的步伐走得最快。2018年,欧洲海上风电新增装机平均功率为7兆瓦。全球风能理事会(GWEC)预测,到2020年,欧洲平均单机装机功率将达到8兆瓦。五年后,进一步提高到10兆瓦。


中国海上风电新近安装的机型以4兆瓦为主,6兆瓦以上的机组在逐渐增多,最大功率已突破7兆瓦。


维斯塔斯和西门子歌美飒是全球海上风电排名前两位的整机商,两家之和占到全球累计安装机组70%以上市场份额。两家公司都已制定10兆瓦风机的商业计划。西门子歌美飒今年1月首次发布10兆瓦海上风机,该机型计划在2022年商业化量产。维斯塔斯去年表示其10兆瓦风机已开始销售,计划在2021年进行商业安装。


通用电气(GE)的大风机计划更加超前。去年3月该公司宣布,在未来三到五年内投资4亿美元研发世界最大功率的海上风机,单机装机容量达到12兆瓦,计划于2021年开始出货。值得注意的是,GE今年已发生了五次陆上风机倒塔事故。


中国海上风电行业也在准备迎接即将到来的10兆瓦风机。中国海装研究院院长韩花丽近日表示,目前我国风电大机组研发的难题在于,如何平衡高成本和发电收益之间的矛盾。综合考虑多方面因素,10兆瓦级海上风电机组将有望成为下一代海上风电的主力机型。


地方政府已出台政策鼓励大兆瓦风机的研制。江苏、广东和福建是发展海上风电的主要省份。在三地发布的海上风电竞争配置办法里,江苏将单机容量加分门槛设置在4兆瓦以上,广东的门槛为5兆瓦以上,福建的门槛更是提高至8兆瓦。


据《财经》记者统计,东方电气(600 875.SH)、中国海装、上海电气(601727.SH)、明阳智能(601615.SH),以及华锐风电(601558.SH)等中国整机商已开始研发10兆瓦的风机。


对于中国海上大风机的整体进展,一位不愿具名的行业专家对《财经》记者评论说,中国10兆瓦大风机的研发进程不是太快,而是太慢,我们已经落后于欧洲了。有能力的企业应该加快研发大风机,而一些不讲科学、没有基础的企业则不应该妄想颠覆行业。


不过,有业内人士认为,中国的大风机研发步伐不应该紧跟欧洲。远景能源全球技术委员会主任、原西门子产品架构总工程师Kurt Andersen对《财经》记者说,相对于欧洲来说,中国的风电行业对海上气候环境大数据早期获取不够重视。欧洲通常会在海上风电项目前期,做各种设备的测试,搜集当地风场大量的数据,来确定风场的相关设计,包括风机产品的机型。中国应该有更多的耐心来测试不同型号、不同功率的风机产品


中国何时量产10兆瓦风机


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在10兆瓦风机的抢滩战里,东方电气拔得头筹。该公司今年8月21日宣布,国内首台具有完全自主知识产权的10兆瓦海上风机已研制成功。该风机采用永磁直驱技术,叶片长90米,将安装在福建兴化湾试验风场。


明阳智能虽然尚未推出10兆瓦风机,但是其已成为推出海上大风机产品最快的整机商。今年上半年,该公司中标金额269亿元,约为2018年全年营收的3.9倍。其中,海上风电在手订单容量约4.0吉瓦,总金额超过255亿元。在手订单中大风机(3兆瓦及以上风机)比例高达86%。


明阳智能相关负责人对《财经》记者表示,目前10兆瓦机型处于研发阶段,公司将视市场的发展情况适时发布。10兆瓦以上机型是未来海上风机发展的必然趋势。何时成为主流机型,则需要综合技术和配套产业链的成熟度,以及吊装施工运维等多个环节决定


上海电气凭借引进西门子的技术,占据中国海上风电最大的市场份额,其首台8兆瓦的海上风机于今年8月初在广东汕头下线。在10兆瓦风机的研发方面,上海电气有意自主研发。2017年7月,上海电气浙江大学设立联合研发中心,针对其引进的西门子6兆瓦机组开展永磁发电机的优化升级。并且计划对10兆瓦量级以上机组进行攻关 。


相比之下,中国陆上风机市场份额排名前两位的整机商——金风科技(002202.SZ)和远景能源对大风机的研发进程相对较慢。


金风科技目前推出的最大机型是8兆瓦,但该机型一再推迟,至今尚未下线。此外,该公司暂未发布有关10兆瓦的研发信息。金风科技一位技术人员对《财经》记者说,10兆瓦的风机不是造不出来,关键是如何做出取舍。要保证性价比和可靠性的话,大风机现阶段比较难。预计起码还需要五年时间,市场上才能大量供应10兆瓦风机。


远景能源是头部风机商里对大功率风机最谨慎的公司,其发布的海上风机最大功率为5.2兆瓦。“现阶段,海上风电开发商的期望和行业能力是不匹配的。”远景能源海上产品线总经理谢德奎对《财经》记者说,“中国海上风电场的环境跟欧美不一样,不能直接照搬国外的产品和经验。与欧洲相比,中国的海床地质情况更复杂,从南到北差异非常大,极端台风也是欧洲没有的。根据中国海域的地质环境气候情况,以及供应链的水平能力,我们现在的机型是目前最匹配的。”


对于未来海上风电市场的大风机竞争,谢德奎说,远景有成熟的海上度电成本模型、将根据气象卫星数据、离岸距离、水深、地质水文、风机数字模型,以及可以预见的可靠供应链,准确定义具有竞争力的产品。


三峡集团在福建兴化湾建设的样机试验风场,是专门针对大功率海上风机的综合试验场。2017年开工建设,安装了通用电气、西门子和金风科技等8家风机厂商的14台5兆瓦以上风机。《财经》记者近日从多位业内人士处了解到,该风场的大风机实验效果不佳,国外机组表现尤为不好。三峡方面对大风机的整体效果不甚满意。


“中国海上风电还处于施工建设资源受限的探索发展阶段,存在现阶段不可预知的风险。 国际检验、认证机构必维集团新能源部门经理杨艳明对《财经》记者说,由于海上的特殊工况,现在海上风电设备运行最大的风险源于大机型缺乏长时间的试运行数据,缺少海上的项目经验以及资源。在运行一定时间后,可能会出现故障率高的问题。一旦出现故障,海上的检修、更换成本会很大。


大风机的可靠性如何保障


大兆瓦风机对风机制造业、供应链提出了更高的要求,相关零部件的难度都在增大。首先就是超大超长叶片带来的难题。


随着风机功率的增大,叶片的长度不断增长,海上风机的风轮直径在过去十年增长了一倍以上。目前全球最大的风轮直径为171米;国内最高轮毂高度超过了150米。叶片长度、重量、载荷、发电量、整机成本多条件相互制约。动辄近百米的风机叶片为运输、安装以及运维都带来了巨大的挑战。

更大的难题在于,叶片设计时的技术难度加大。上述金风科技技术人员表示,大风机的叶片太长,它的气动设计、叶尖速比、前缘防腐蚀等问题在全世界都是难题。与此同时,叶片的成本大幅提高。


东方电气发布的首台10兆瓦风机叶片长度为90米。其他公司暂未发布其大兆瓦风机的叶片设计长度。明阳智能上述负责人表示,叶片设计会进行多轮载荷计算校核评估,将由国内和国外双认证机构进行认证校核评估,确保叶片设计的安全可靠性。明阳智能的10兆瓦风机叶片将采用玻璃纤维等复合材料,具备较好的防腐性能。


叶片制造商目前正在积极布局大叶片的产能。中材科技是中国风电叶片市场占有率第一的企业。该公司董事长薛忠民近日透露,今年9月,适合8.5兆瓦海上风机的叶片即将下线并进行量产,该叶片全长85.6米,为全波型叶片。同时,公司将加大90米到120米级别的大型海上风电叶片的研制。


海缆是海上风电项目的重要组成部分,中国海上风电项目对海缆的需求呈现爆发式增长。尽管很多海缆企业都扩大了产能,但仍然供不应求。中天科技海缆有限公司总工程师胡明表示,海缆制造门槛较高,并不是有了成套装备就具备了高压海缆的生产能力。海缆行业的问题不在于扩张产能,而在于降低成本、技术革新。


另一方面,大风机配件的成本也较高,供应链尚未成熟。江苏钢锐精密机械有限公司集团副总经理李奕苍表示,中国铸件生产水平跟欧洲没有太大差距。但大风机所需的大铸件成本是成倍翻番的。目前国内一线生产厂家都有能力做大型风机的铸件,但都还不具备供应大批量6兆瓦以上产品的能力。


对于如何保障供应链的一致性和可靠性,Kurt Andersen说,欧洲风电企业在测试整机的同时,还会在样机诞生之前把零部件提前单独做可靠性测试验证。变桨、偏航、传动链、叶片等子系统单独都会进行严苛的加速测试,以确保大兆瓦风机的供应链质量。


中国海装是国家海上风电工程技术研究中心的承接企业,该公司10兆瓦风机于2017年获得其母公司中船重工集团立项支持开始研发。中国海装副总工程师冯煜在中国新能源高峰论坛上对《财经》记者坦言,研发期间的确遇到了零部件设计制造技术成熟度不够、成本高等诸多挑战。但冯煜强调说:“我们的10兆瓦风机是基于5兆瓦基础上进行的适度创新。虽然面临很多挑战,但10兆瓦风机是大势所趋,我们必须提前做好布局。”


作者为《财经》记者,原载2019年9月16日《财经》杂志

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作者:徐沛宇

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责编 | 王悦欢 yuehuanwang@caijing.com.cn

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原文始发于微信公众号(财经十一人):海上大风机靠谱吗

 

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