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《風能》對話| 風電“不可能三角”并非無解

2023-07-04 來源:《風能》雜志作者:趙靚 瀏覽數:1230

《風能》雜志在大會現場采訪了金風科技海上業務單元總經理于晨光,就大型海上風電機組成本、性能與可靠性問題展開對話。

  6月28日,正值第八屆全球海上風電大會在河北省唐山市召開之際,遠在千里外的福建海域,金風科技16MW機組完成了最后一支葉片的吊裝。作為全球吊裝單機容量最大的海上風電機組,央視首開先河,對安裝過程進行了直播,引發全國廣泛關注?!讹L能》雜志在大會現場采訪了金風科技海上業務單元總經理于晨光,就大型海上風電機組成本、性能與可靠性問題展開對話。
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受訪人:金風科技海上業務單元總經理于晨光
  
  《風能》:在本屆全球海上風電大會上,不少聲音在呼吁關注海上風電機組可靠性問題,涉及機組可靠的關鍵環節都有哪些?應如何把控?
  
  于晨光:保障風電機組可靠性是一個體系化管控的過程,關鍵環節包括設計、配套鏈質量管理、測試、小批量驗證等。金風科技始終堅持“風電是一場長跑”的理念,對產品質量與可靠性嚴格把控,這也是金風科技可信賴的產品和品牌形象獲得市場認可的關鍵要素。金風科技也一直在把這一理念落實到實際行動中。在機組設計環節,比如傳動鏈的設計選型,不同的傳動鏈結構設計背后存在著較大的成本差異。金風科技在傳動技術路線的成本尋優過程中,充分考慮了質量與可靠性風險,在數十種選擇中最終采用了外置主軸雙軸承設計。這種設計雖然增加了主機成本,但齒輪箱、發電機的受載環境更好,可卸載大部分葉輪傳遞的不利載荷,大幅提高可靠性;同時,該傳動鏈設計可以保障在不拆卸葉輪和機艙情況下對齒輪箱和發電機進行更換維修,這樣可避免動用大型安裝船,降低運維成本。在實驗驗證環節,金風科技在江蘇鹽城建設了全球領先的實驗檢測中心,貫穿材料零部件、子系統、整機、場網環節四級實驗驗證能力。比如整機試驗臺,行業內主要為實驗驅動端傳遞一個扭矩進行測試,而金風科技投入使用的整機測試平臺,不僅能夠傳遞扭矩,還會利用液壓系統進行整機加載,模擬葉輪安裝后真實的載荷。相當于可在機組未吊裝的情況下,通過加載測試整個傳動鏈系統可靠性。金風科技還有專業的防腐實驗室,可以針對不同沿海地區的溫度、濕度、鹽分進行驗證試驗。在供應鏈管理環節,金風科技嚴格把控技術規格,堅持不通過降低技術要求來控制成本,不以犧牲可靠性去降本增效。
  
  《風能》:大會論壇環節中各位專家對海上風電機組的降本增效提出自身觀點,努力在成本、性能、可靠性這一“不可能三角”中找到適合目前海上風電發展的平衡點。在您看來,保證產品可靠性與性能的前提下降本,是否真的無解?
  
  于晨光:并非無解。事實上,海上風電只關注風電主機的時代已經過去,如今要關注整體的系統性成本。海上風電在主機成本外,支撐結構一體化設計能力及吊裝效率、質量可靠性對整體成本的影響需要引起高度關注。以16MW機型為例,其葉輪直徑達到了252m,葉片長度達到了123m,但采用了碳纖維主梁設計的葉片重量比玻纖材料葉片輕了10t。大家都了解,碳纖維主梁葉片相對成本要高,金風科技之所以堅定地采用這種材料,是因為葉片所減輕的重量,可在同等條件下大大降低整機載荷。載荷降低帶來的就是塔架與基礎成本的降低,能極大降低項目的整體造價。以江蘇鹽城某項目為例,通過一體化設計的載荷優化,金風科技幫助客戶節省了7000萬元的塔架與基礎成本。同時值得注意的是,吊裝機組的效率對造價影響非常大,吊裝時間如果多1倍,在浙江、福建、廣東等時間窗口短,窗口期破碎的情況下,項目施工周期中將出現2.4倍的差距,產生很大的成本差異。金風科技近百人的海工設計團隊為上述工作提供了重要保障。然而,上述工作所帶來的隱性價值,在目前的主機招標規則中很難得到體現,海上風電主機的低價,給客戶帶來的并不一定是更低造價。因此我也在論壇中呼吁,招標范圍可以做些變化,實現整機和支撐結構一體化設計、生產、供貨,確保開發企業收益最大化。還有,我要做些澄清,海上風電機組技術與產品目前根本沒有實現同質化,只是單機容量和葉輪直徑差不多而已。
  
  《風能》:您前面提到金風科技由整機設計到驗證環節做了大量可靠性管控工作,而在實際運行過程中,這些機組的可靠性表現如何?
  
  于晨光:金風科技海上風電累計裝機數量接近1000臺,總容量460萬千瓦。從遼寧到上海、江蘇、福建、廣東,金風科技海上機組的實際運行表現都得到了客戶很高的評價。2022年,金風科技海上機組的平均可利用率在99%以上,MTBF(故障間隔小時數)在6000h以上,有些風電項目甚至達到10000h,這些項目除正常的定檢外,幾乎沒有設備維修出海。以江蘇大豐H8-2項目為例,機組可利用率長期保持在99.3%以上,連續多個月收到客戶表揚信。
  
  《風能》:金風科技一直是整機大型化技術的引領者。根據長跑規律,跑在最前面的人往往更累,也付出更多,反而采取跟隨策略的人,可較為輕松地到達終點,那么金風科技為何還要選擇保持大型化產品與技術的優勢?
  
  于晨光:金風科技更多是從國家發展戰略層面進行考慮,實現碳中和目標。具體主要由三方面因素決定:一是能源轉型和高效利用海洋資源的需要,作為落實“3060”發展目標的重要支撐,到“十四五”末,我國海上風電累計裝機容量需達到1億千瓦以上,到2030年累計達2億千瓦以上,到2050年累計不少于10億千瓦。海洋必須集約化利用,如果不大力推動機組大型化,現有機型將很難支撐未來海上風電的大規模與高質量發展。以目前一個采用8MW機組的100萬千瓦海上風電場為例,在同等用海面積下,改用16MW機組機組開發規??梢蕴嵘?0%。二是海上風電代表風電技術的制高點,大型化技術一定程度上促進了陸上風電的技術進步和快速發展,加快產業鏈整體能力建設。三是大型化能有效降低成本,單機容量的增加為葉片、軸承、塔架、電機、變流器等核心部件帶來了明確的成本降低路徑,同時帶來制造費、運費、建設及運維成本的降低。以福建、廣東海域為例,16MW機型相比8MW機型的LCOE(平準化度電成本)降低了將近30%。當然,機組大型化發展也需要保持一個適度的節奏,節奏太快會產生研發與制造資源的浪費,應該給予大容量產品更多的驗證時間。
  
  《風能》:金風科技從推出到安裝16MW機型的速度有目共睹,貴公司是如何在快速應用該產品的同時,確保其可靠性的?
  
  于晨光:現在回想起來,1.5MW和2MW機型的市場周期超過了10年,3MW、4MW等機型的市場周期達到了5年以上,但在8MW之后,整個風電整機市場的迭代速度明顯加快。對于一些企業而言,快速研發與推出產品可能帶來災難性后果,但金風科技對自身在這方面的能力充滿信心。金風科技的整個研發體系是流程化的,通過MP+IPD(市場規劃+集成產品開發)控制一款產品的市場與產品研發管理。其中IPD里又有TR1到TR6(技術評審)等多個關鍵環節,通過每一個環節都需要嚴格的評審。以16MW機型為例,從概念設計到驗證裝機時間緊、任務重,但上述流程一個都不會被跳過,整個過程體現出企業研發及拉動產業鏈協同的綜合能力。同時,金風科技非常重視技術研發工作,2022年在研發方面的投入超過20億元,再加上體系化管理,確保新產品設計的可靠性。另外,在產品設計過程中,金風科技不僅關注自己,還關注整個供應鏈,將零部件的質量管理納入到自身整體管理過程中,通過技術規格、實驗檢測、設計評審來把控整個供應鏈條。
  
  《風能》:您談到機組大型化對于降本的意義,也提到在大型化過程中要謹慎,并給新產品創造適度的市場周期。那么您認為未來風電機組做到更大的瓶頸或難點在哪?應如何解決?
  
  于晨光:針對大型化技術,中國風電產業已經攻克了很多難點。未來向更大發展,難點將主要出現在葉片上。如果考慮成本不采用高性能材料,那么葉片在進一步加長后,可能出現過柔的問題。普通葉片的變形方式更多是向一個方向彎曲,但長柔葉片更復雜,彎扭組合的變形。如何在高空中,尤其是面臨臺風時,做好這三支超柔葉片穩定性控制和發電性能保障,存在很大挑戰。目前我國風電葉片長度已經進入到全球“無人區”,需要更多依靠自身能力解決上述技術挑戰。對于超長柔葉片可能面臨的挑戰,金風科技一是在努力開發具有自主知識產權、輕量化、高升阻比、低載荷、低粗糙度敏感度的新型葉片;二是通過選取高性能材料增強其剛性;三是建設葉片仿真系統,再通過位于江蘇鹽城葉片試驗臺的實驗測試,利用大量實驗與校驗工作不斷迭代出最優方案,設計出理想的產品。
 

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風電
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