海上风电加速迈入大机组时代
发布日期：2017/10/17
日前，华能江苏如东八仙角海上风电项目顺利完成240小时试运行，全面进入商业运营阶段。这是迄今为止亚洲已建成的装机容量最大的海上风电项目。然而，对行业影响更深远的是，项目首次批量化应用了国产5兆瓦海上风电机组。无疑，该项目的得失将影响我国风电机组的技术走向，也将为我国海上风电探索大机组应用积累宝贵的经验。
缺少适宜的国产海上机组
海上风电被公认为风电行业的未来发展方向。如果粗略做个计算，将“十三五”时期的装机规划目标分解到各年，则意味着我国海上风电装机至少年均新增84万千瓦，而2016年我国海上风电装机容量仅仅新增了59万千瓦。这预示着未来一个时期，海上风电的市场潜力将加速释放。
业内认为，在我国发展海上风电的过程中，面临着成本较高、技术缺乏有效验证、标准缺失等一系列掣肘因素，其中，一个明显短板是，一直以来缺乏适宜性的海上风电机组。
“早期发展海上风电，或是陆地机组经过防腐等适应性改造后下海，虽具有一定的可靠性但单机容量小，或是引进国外成熟技术，但国内企业并不掌握其核心技术，运维、优化均制于人。因此，只有针对中国海域海床条件和风资源特点，自主研制具有核心技术的国产化机组才是出路。”国内某海上风电开发商技术负责人说。
中国农机工业协会风能设备分会秘书长祁和生对记者表示，发展海上风电不能照搬陆上模式。不论从设计、制造、安装、运维各个方面海上风电都要提升到一个新的高度。必须以高可靠性、高技术成熟度来考量，杜绝设备质量问题发生，尤其是大部件的质量问题。
“我国海上风电已经开始进入规模化发展的时代。从目前实施的项目来看，对大容量海上风电机组的需求与日俱增。”中国电建华东院副总工程师赵生校认为。
针对这一市场趋势，金风科技、明阳风电、中国海装、联合动力等国内主流整机商都在积极布局5兆瓦及以上容量的海上风电机组。此次华能如东八仙角项目中由中国海装提供的20台5兆瓦海上机组正是5兆瓦级别海上机组的国内首次批量化应用。
缺乏批量化应用检验
风电机组是非常强调适应性的装备，因此必须与海域条件和风资源状况密切相关。
记者了解到，我国风能资源最丰富的区域出现在台湾海峡，由该区域向南、北两侧大致呈递减趋势。具体而言，江苏、山东等长江以北属于典型的低风速、无台风风险市场，需求大叶轮机组，河北、辽宁等更北部海域还要考虑海冰的影响；广东、浙江等属于典型的低风速、有台风风险市场，需求的是大叶轮抗台风机组；福建、粤东部分区域、台湾海峡等属于典型的高风速、有台风风险市场，需求的是更大容量抗台风机组。
据祁和生透露，从风电机组制造上说，欧洲6兆瓦海上风电机组已形成产业化能力并批量安装，8.5兆瓦及9.5兆瓦海上风电机组进入样机试运行阶段，12兆瓦的海上风电机组也已经开始进设计；我国海上风电机组容量以3兆瓦-4兆瓦为主，5兆瓦-6兆瓦风电机组多处于小批试验阶段，与国外技术水平仍有较大的差距。
有预测显示，预计2020 年前，3.6兆瓦-6兆瓦机组是海上风电的主流机型，小批量7兆瓦-10兆瓦机组将进入海上风电场；2021-2030 年，10兆瓦-15兆瓦机组将成为海上风电的主流机型，小批量16兆瓦-20兆瓦机组将进入海上风电场。
不过，就我国海上风电存量市场而言，仍是3兆瓦-4兆瓦机组的天下。根据相关统计，截至2016年底，在我国吊装的海上风电机组中，单机容量为4兆瓦机组最多，累计装机容量达到74万千瓦，占海上装机容量的45.5%，其次是3兆瓦装机，容量占比为14%。
“与国外差距的一个明显表现是，我国大部分整机制造厂家研发的海上大机组都没有长时间、大批量的运行经验，基本处于机组设计研发、样机试运行阶段。华能如东八仙角5兆瓦机组的批量化应用首先能够检验国产海上大机组技术是不是成熟，其次，通过批量化应用，可以发现在样机等其他阶段发现不了的问题，为今后的技术持续改进提供参考。”一位业内专家表示。
中国海装相关技术负责人告诉记者，5兆瓦海上机型从正是沿着样机、小批、批量化各个阶段一步步扎实走下来，才获得了持续的技术优化。比如，机舱塔筒动力电缆排布形式优化，改善散热；优化轴承排脂系统，减少漏脂风险；优化风轮整体吊装，减少吊装时间；优化轮毂散热，减少轮毂热量，改善电气部件运行环境等。从供应链质量管控方面来讲，从样机到小批量应用，使产品的技术状态得到了固化，对零部件的质量管控能力也得到了加强。
“5.兆瓦样机从2012并网运行至今已有5年时间，对样机运行期间所出现的问题，在小批量阶段进行了优化，整体上提高了机组的可靠性。从样机到小批量运行，丰富了海上风电的运维经验，加强了海上风电运维风险的管控能力，为整个行业海上风电基础设计能力、载荷优化控制能力的提升积累了丰富的经验。”上述负责人称。
主力机型取决于多种因素
无可争议，机组大型化是海上风电未来的趋势。但是，哪一个容量级机组别将成为中国海上风电近期内主力机型？
一位行业分析人士告诉记者，决定哪一个容量级别机组成为主力机型的因素是多方面的。比如，机型的成熟度、技术创新能力、海工技术的发展、产业链配套的整体水平。“结合当前中国的装备制造水平和工业生产能力，5兆瓦-6兆瓦机组最有可能成为未来一个时期的主力机型。但这个时期能持续多长时间，会不会很快被更大容量的机组所替代，存在着较多变数。”
由于海上施工条件恶劣，单台机组的基础施工和吊装费用远远大于陆上机组的施工费用，大容量机组虽然在单机基础施工及吊装上的投资较高，但由于数量少，在降低风电场总投资上具有明显优势。以10万千瓦的风电场为例，采用5.兆瓦机组相比4.兆瓦机组，可减少5个机位点，降低整体建设成本。还可减少可能的故障输入点数量，避免对整个风电场的影响。同时减少了机组间的尾流等影响，有利于提高发电效益。整体上也降低了备品备件储备和维护工作量。
目前，除了中国海装的5兆瓦机组外，金风科技、明阳风电、联合动力等整机商研发的6兆瓦也都处于试运行阶段。作为目前国内海上风电市场份额占比最大的上海电气正力推其7兆瓦机组。
海上选址与陆上迥异
除了在为大容量海上机组应用探路外，华能如东八仙角项目也在海上风电设计、施工、测风、微观选址等方面为行业起到了示范作用。
据介绍，海上风电场选址可分为宏观选址和微观选址两个过程，二者分别对应于宏观风资源评估和微观风资源评估。海上风电微观选址与陆上风电的微观选址存在较大区别，考虑的条件各异。陆上风电场选址以场址的风资源评估为主，现场建设条件次之，而海上风电场把海上风资源评估和风场建设条件置于同样重要的位置，予以综合考虑，因此二者所采用的选址方法也略有不同。
“海上风数据测量是海上风资源评估的基础，风资源数据质量的优劣直接影响着风资源评估结果的准确性，并最终影响风电开发的经济效益。目前我国海上风资源数据主要来源于沿岸气象站观测、海洋船舶气象观测、石油平台气象观测、卫星遥感观测、海上测风塔测量等。其中沿岸陆地气象站远离海域，难以精确代表海域风资源状况，会导致较大的风资源分析误差；石油平台观测为定点、定时、连续观测，且覆盖区域较小。”国家气候中心相关人士表示。
在华能如东八仙角项目中，中国海装依托国家海上风力发电工程技术研究中心，利用与国家气候中心合作开发的LiGa平台，对海洋区域的风资源作出精确规划，分析获得规划海域的风资源分布状况及风资源储量，为优化海上整体解决方案打下基础。
“资源条件是前提，华能如东八仙角项目再一次印证了微观选址需要精确分析区域资源，结合规划区域的海床地质进行一体化的机组选型和排布设计。只有从前期规划阶段就开始完善整体解决方案，才能保证机组的性能得到最大程度的释放，实现整场效益最优。”业内人士表示。
来源：中国风电新闻网
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