江蘇開發(fā)經(jīng)驗(yàn)：區(qū)域適應(yīng)，整體解決

■文｜《海洋與漁業(yè)》記者 羅茵

中國船舶重工集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司 市場總監(jiān)張海亞

與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電具有施工期短、高溫、腐蝕、海上可達(dá)性差等特征，造價(jià)成本因此也更高。到目前為止，經(jīng)濟(jì)性仍然是高懸于海上風(fēng)電發(fā)展之上的達(dá)摩克利斯之劍。提高工程效率，在保證安全性的情況下，降低成本，成為眾多投資商關(guān)注的焦點(diǎn)話題。

在 2018年第四屆中國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際峰會上，中國船舶重工集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司（以下簡稱“中國海裝”）市場總監(jiān)張海亞結(jié)合海上風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)特點(diǎn)以及江蘇省區(qū)域情況，給眾人算了“一筆賬”，并指出，大兆瓦、長葉片機(jī)組，一體化解決方案，全過程驗(yàn)證等都是區(qū)域適應(yīng)性發(fā)展的更經(jīng)濟(jì)、更可靠的選擇。

機(jī)組大型化5兆瓦風(fēng)機(jī)將漸成主流

“地質(zhì)條件是建設(shè)風(fēng)電場時(shí)首要考慮的問題，因?yàn)椴煌踪|(zhì)的工程造價(jià)會差別很大?！睆埡喼赋?，江蘇省海域最顯著的地貌特征是坡度極平緩的潮間帶和淺海輻射沙洲，這是江蘇省海上風(fēng)電能發(fā)展起來的重要原因。

截止 2016年，江蘇省海上風(fēng)電并網(wǎng)量為 1230MV,2017年至 2020年間，并網(wǎng)量預(yù)計(jì)為3000 MV，“江蘇省是我國的海上風(fēng)電大省，已裝機(jī)規(guī)模、正在建設(shè)項(xiàng)目以及未來規(guī)劃容量，均為全國第一?！睆埡喗榻B說。

“在江蘇省的規(guī)劃中，平均單位容量面積下調(diào)超 64%，意味著更大兆瓦的風(fēng)機(jī)組才能滿足要求，所以 5兆瓦以上的風(fēng)機(jī)組才能滿足要求。”他表示，目前我國的平均裝機(jī)率穩(wěn)步上升，5兆瓦風(fēng)機(jī)逐漸成為主流，6兆瓦進(jìn)入樣機(jī)示范，機(jī)組大型化是趨勢之一?！艾F(xiàn)在我國可以制造4兆瓦、5兆瓦、6兆瓦等大容量海上風(fēng)機(jī)組，其中 4兆瓦居多，占據(jù)了半壁江山。2017年仍以 4兆瓦為主，今年起 5～6兆瓦機(jī)組占比將明顯提升。中國海裝的基礎(chǔ)技術(shù)就是5～8兆瓦以上，但從業(yè)主使用層面上來講，還不夠成熟?！?/p>

表一 行業(yè)平均投資收益參數(shù)對比參考

表二 典型單位千瓦掃風(fēng)面積機(jī)型在典型風(fēng)況下設(shè)計(jì)理論年滿發(fā)小時(shí)數(shù)對比

表三 我國各地區(qū)風(fēng)資源評估表

提升風(fēng)輪直徑提高經(jīng)濟(jì)性最直接的方法

“江蘇總體風(fēng)速不高”，張海亞解釋說，江蘇風(fēng)資源特點(diǎn)從北到南呈增加趨勢，100高度年平均風(fēng)速范圍在6.5～8.5 m/s之間，隨離岸距離增加而增加。

風(fēng)資源決定經(jīng)濟(jì)效益，平均風(fēng)速不高，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，機(jī)組選擇就顯得特別重要?！耙粋€(gè)風(fēng)電場選擇機(jī)組，回報(bào)率如何，是可以計(jì)算出來的?！彼赋?，綜合評估海上風(fēng)電風(fēng)建設(shè)的平均造價(jià)、資本金、貸款利率、折舊率、運(yùn)維成本、管理費(fèi)用，可以算出年等效滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)。目前，海上風(fēng)電單位千瓦動態(tài)投資平均參考值為 17000元，那么年等效滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)就需要 3000小時(shí)以上?！昂唵蝸碚f就是，如果說造價(jià)為 7500元、標(biāo)桿電價(jià)為 0.57元 /度的陸上風(fēng)電需要 2000小時(shí)實(shí)現(xiàn)營收平衡的話，那么標(biāo)桿電價(jià)為 0.85元 /度的海上風(fēng)電一年需要 3106小時(shí)才能回本?！?/p>

通常情況下，風(fēng)電機(jī)組的總體設(shè)計(jì)參數(shù)會從理論上決定機(jī)組的發(fā)電性能，其中以單位千瓦掃風(fēng)面積最為重要。在同等風(fēng)輪直徑的前提下，額定容量越高，理論的發(fā)電量也就越高，但等效小時(shí)數(shù)必然降低。國外的機(jī)組都會通過提高容量來升級，國內(nèi)則是全場容量了再選機(jī)組，所以是等效小時(shí)數(shù)越高越好。那么要等效小時(shí)數(shù)越高，最根本的辦法就是提高風(fēng)輪直徑或者降低整機(jī)容量去提高單位千瓦掃風(fēng)面積?！氨３诸~定功率不變，提升風(fēng)輪直徑，是提高經(jīng)濟(jì)性的最直接方法?！?/p>

“那是不是額定功率越大越好呢？我個(gè)人認(rèn)為，大家把額定功率看的太重要了，其實(shí)葉輪直徑才更重要?！彼赋?，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在福建，以 150米葉輪直徑來算，在年平均風(fēng)速9.5m/s的情況下，6兆瓦整體投資回報(bào)反超 5兆瓦；在年平均風(fēng)速 10m/s的情況下，6.7兆瓦反超5兆瓦。因?yàn)殡S著平均風(fēng)速的增大，高單位千瓦掃風(fēng)面積帶來的發(fā)電優(yōu)勢在逐漸降低。“而在江蘇，4兆瓦的170米風(fēng)機(jī)組的收益是好于170米 5兆瓦風(fēng)機(jī)組，我想說的是這個(gè)概念。”

對于低切變問題，也同樣要求長葉片，張海亞說，低切變就需要考慮到應(yīng)用降載及機(jī)艙穩(wěn)定性控制技術(shù)，因?yàn)殡S著大型風(fēng)機(jī)容量及葉片長度的增加，整機(jī)和葉片載荷在不斷增加，對部件強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求升高，風(fēng)機(jī)塔頂重量不斷增加，對風(fēng)機(jī)的支撐系統(tǒng)及風(fēng)電場建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性都產(chǎn)生了影響?！岸?，由于長葉片變形量大，在保持錐角好仰角不變的前提下，控制葉片變形量是系統(tǒng)集成需要解決的問題?！?/p>

一體化方案解決高溫腐蝕等問題

對于海上風(fēng)電存在的施工期短、高溫、腐蝕、可達(dá)性差等問題，張海亞提出了相關(guān)的解決技術(shù)。他指出，施工期短可以從單葉片整機(jī)吊裝和基地塔基模塊化組裝入手。

“因?yàn)楦g問題，風(fēng)機(jī)組不能進(jìn)行空氣交換，所以解決高溫是在解決腐蝕的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?！?這需要用到整體防惡劣環(huán)境控制技術(shù)，塔基、機(jī)艙、輪轂迷宮密封拒絕鹽霧顆粒，避免累積效應(yīng)。 “現(xiàn)在防腐還有一個(gè)很大的問題就是，風(fēng)電機(jī)組的廠家做葉片、塔筒、整機(jī)都是分開的，當(dāng)出現(xiàn)了腐蝕問題，業(yè)主還是會找到整機(jī)的廠家。所以我們希望能做到一體化防腐，就是由整機(jī)廠提出這個(gè)一體化的解決方案，然后包給相關(guān)的零部件配套廠家去實(shí)施?！?/p>

張海亞說，海洋環(huán)境可達(dá)性差，所以“故障恢復(fù)”、“容忍故障的能力”被引用到 5兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，采用人工干預(yù)下的系統(tǒng)重構(gòu)，通過冗余解析和重構(gòu)，能解決60%以上的常規(guī)故障。另外，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，海上風(fēng)電傳感器故障占到整個(gè)風(fēng)機(jī)電氣類故障的40%以上，但是一臺風(fēng)機(jī)所有傳感器總價(jià)值僅為整體價(jià)值的1%不到，“所以說最簡單的做法就是增加傳感器的數(shù)量?！?/p>

保證可靠性需要通過全過程驗(yàn)證

2017年 9月13日，由中國海裝自主研發(fā)的 H171－ 5MW+在江蘇如東并網(wǎng)滿發(fā) ,該機(jī)組風(fēng)輪直徑達(dá) 171米，是全球風(fēng)輪直徑最大的 5MW海上風(fēng)電機(jī)組。為保證其可靠性，中國海裝依靠“風(fēng)電裝備載荷計(jì)算與仿真分析平臺”和“風(fēng)電裝備系統(tǒng)控制分析與測試平臺”完成了相關(guān)的分析和測試。

“有人說可靠性是設(shè)計(jì)出來的，還有人說可靠性是通過試驗(yàn)驗(yàn)證出來，那么我想加一句話——沒有驗(yàn)證過的技術(shù)就像是推廣新技術(shù)時(shí)僅僅在會場上讀宣傳PPT?！彼硎?，創(chuàng)新技術(shù)需要經(jīng)過研發(fā)、試驗(yàn)、批量、后評估的全過程驗(yàn)證，“對于區(qū)域性整體適應(yīng)方案來說，除了技術(shù)性的東西，還要有一個(gè)全過程的認(rèn)證，沒有經(jīng)過樣機(jī)試驗(yàn)就規(guī)模化，是不利于行業(yè)發(fā)展的?！?/p>