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海上大风机靠谱吗
2019-11-20 09:51:23 来源: 财经

中国近海风力发电仍处于探索阶段。图/中信

温|《财经》记者许佩榆

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业界普遍认为,海上风力涡轮机将呈现大规模发展的趋势。争论的焦点是5兆瓦以上的大型风力发电机投入生产和运行的节奏。

中国的海上风电投资正空前加速。根据全球风能理事会(gwec)的数据,2018年,中国新增海上风电装机容量1.8千兆瓦,首次超过任何其他国家,居世界首位。就总装机容量而言,中国位居世界第三,仅次于英国和德国。

今年上半年,中国海上风电建设已超过历史总量。据中国可再生能源学会风能专业委员会统计,到2019年6月底,中国海上风电并网装机容量将达到403万千瓦,其中上半年将新增40万千瓦,724万千瓦在建。

几乎所有在中国建造和正在建造的海上风力发电项目都使用容量不到5兆瓦的风力涡轮机,而在欧洲,容量超过6兆瓦的风力涡轮机占大多数。从全球角度来看,8兆瓦的风扇将很快投入商业运行,10兆瓦和12兆瓦的风扇已经开始形成。

中国已经成为陆上风机研发和制造领域的世界领导者。然而,在海上风力涡轮机领域,中国落后于欧洲,正在发挥追赶作用。未来十年,中国将迎来海上风电大规模建设的高潮。在此期间,当大型兆瓦风扇将投入商业运行时,已成为业界关注的焦点。

海上风力发电的风险远远高于陆上风力发电,运营和维护成本更高,可及性更差。在大风大浪环境下,海上风场出海率低,维护时间极其有限。因此,海上风力涡轮机的安全性和可靠性必须更高。同时,随着单个风力涡轮机容量的增加,单个单元的成本更高,并且由于故障造成的发电量损失也更大。如何选择性价比较高的机组是运营商面临的难题。

离岸风力发电正吸引越来越多的中央企业增加投资。这些中央企业不仅直接投资于电厂,而且更加重视海上风力发电技术的研发。今年5月,华能集团宣布投资1600亿元,在江苏建设一个1000万千瓦的基地式大型海上风电产业基地,集研发、制造、运营和维护于一体。华能集团副总经理王敏(Wang Min)近日在江苏盐城举行的中国新能源峰会论坛上表示,中欧在海上风电方面的技术差距正在逐步缩小,但在核心部件生产、大功率风力涡轮机制造、海上风电安装和运营以及并网技术研究方面仍需加快步伐。华能在江苏建立海上风电基地的目的是降低成本,提高可靠性,增强中国海上风电技术的国际竞争力。

从制造供应链的角度来看,海上风电在工业发展的初期仍有许多不足之处。该行业要求大型兆瓦风机的商业化大规模生产要经过充分的可靠性测试和安全保证,以避免未来的重大风险。

大型化是全球海上风力发电机的共同发展趋势,其中欧洲发展最快。2018年,欧洲海上风力发电的平均装机功率为7兆瓦。全球风能委员会预测,到2020年,欧洲的平均装机功率将达到8兆瓦。五年后,它将进一步增加到10兆瓦。

我国新安装的海上风电机型主要为4 MW,6 MW以上机组数量逐渐增加,最大功率超过7 MW。

维斯塔斯和西门子戈麦斯是全球最大的两家海上风力发电制造商,两家公司的总和占全球装机容量的70%以上。两家公司都为10 MW的风力涡轮机制定了商业计划。西门子公司今年1月发布了首台10 MW海上风力涡轮机。该型号计划于2022年商业化生产。维斯塔斯去年表示,其10兆瓦风力涡轮机的销售已经开始,并计划在2021年进行商业安装。

通用电气的大风扇计划更先进。去年3月,该公司宣布将在未来3至5年投资4亿美元,开发世界上最大的海上风力涡轮机,装机容量为12兆瓦,并计划于2021年开始航运。值得注意的是,通用电气今年已经发生了五起风力涡轮机从陆地塔架上坠落的事故。

中国近海风力发电行业也在为即将到来的10MW风力发电机做准备。中国海洋安装研究院院长韩华利(Han Huali)近日表示,目前中国大型风力发电机研发的难点在于如何平衡高成本和发电收入之间的矛盾。考虑到各种因素,10 MW海上风力发电机有望成为下一代海上风力发电的主要类型。

地方政府已经颁布政策鼓励兆瓦级风力涡轮机的发展。江苏、广东和福建是发展海上风力发电的主要省份。在三地发布的海上风电竞争性配置方法中,江苏设定了4兆瓦以上单机容量加分的门槛,广东设定了5兆瓦以上的门槛,福建甚至将门槛提高到8兆瓦。

据《财经》记者统计,中国东方电气(600,875.sh)、中国近海、上海电气(601727.sh)、杨明智能(601615.sh)和华锐风电(601558.sh)都已开始开发10 MW风力发电机。

关于中国海上风力发电机的整体发展,一位不愿透露姓名的行业专家对财经记者评论说,中国10 MW风力发电机的发展进程不是太快,而是太慢,我们已经落后于欧洲。有能力的企业应该加快大型风扇的研发,而一些不讲科学、没有基础的企业不应该梦想推翻这个行业。

然而,一些业内人士认为,中国大型风扇的研发速度不应与欧洲同步。视觉能源全球技术委员会主任、西门子产品架构前总工程师库尔特·安德森(Kurt andersen)告诉《财经》,与欧洲相比,中国风电行业对海洋气候和环境大数据的早期获取不够重视。欧洲通常在海上风力发电项目的早期阶段测试各种设备,并收集大量当地风场数据,以确定风场的相关设计,包括风机产品的类型。中国应该有更多的耐心来测试不同型号和力量的风扇产品。

在10 MW风力发电机的争夺战中,东方电气获得了第一名。该公司于今年8月21日宣布,中国首台拥有完全自主知识产权的10 MW海上风力发电机已经成功开发。风机采用永磁直驱技术,叶片长90米。它将安装在福建兴化湾试验风场。

尽管杨明智能尚未推出10MW风力涡轮机,但它已成为推出大型海上风力涡轮机产品最快的整机制造商。今年上半年,该公司赢得269亿元人民币,约为2018年总收入的3.9倍。其中,海上风电订单容量约为4.0千兆瓦,总量超过255亿元。按顺序排列的大型风扇(3 MW及以上的风扇)比例高达86%。

杨明智能相关负责人告诉《财经》,10 MW型号目前处于研发阶段,公司将视市场发展情况适时发布。10 MW以上的机型是未来海上风力发电机发展的必然趋势。何时成为主流模式取决于集成技术和配套产业链的成熟,以及吊装施工的运行和维护。

随着西门子技术的引入,上海电气占据了中国海上风电的最大市场份额。今年8月初,其首台8 MW海上风力发电机在广东汕头下线。在10 MW风力发电机的研发中,上海电气有意自主研发。2017年7月,上海电气浙江大学成立联合研发中心,对进口西门子6MW机组永磁发电机进行优化升级。还计划解决10 MW以上机组的关键问题。

相比之下,金丰科技(002202.sz)和前景能源(Prospect Energy)是中国陆上风力发电机市场份额排名前两位的制造商,在开发大型风力发电机方面相对较慢。

目前金丰科技推出的最大型号为8 MW,但该型号已多次延迟,至今尚未下线。此外,该公司尚未发布约10 MW的研发信息。金丰科技的一名技术人员告诉《财经》,一台10 MW的风扇并非不可能制造,但关键是如何做出选择。为了保证性价比和可靠性,现阶段大型风机很难做到。据估计,至少还需要五年的时间才能在市场上获得大量10MW风机。

视觉能源是大功率风扇领域最谨慎的公司,最大功率为5.2兆瓦。"在现阶段,海上风力发电开发商的期望与行业能力不匹配."长期能源离岸产品线总经理谢德奎告诉《财经》,“中国离岸风电场的环境与欧美不同。我们不能直接复制外国产品和经验。与欧洲相比,中国的海底地质更加复杂,南北差异很大,在欧洲没有发现极端台风。根据中国海域的地质环境和气候条件以及供应链的水平能力,我们目前的模型是目前最好的匹配。”

关于未来海上风电市场对大型风电机组的竞争,谢德奎表示,未来有成熟的海上电力成本模型,竞争产品将基于气象卫星数据、海上距离、水深、水文地质、风电机组数字模型和可预测的可靠供应链进行准确定义。

三峡集团在福建兴化湾建造的原型试验风场是专门针对大功率海上风力发电机组的综合试验场。建设始于2017年,安装了通用电气、西门子和金丰科技等8家风扇制造商生产的14台5兆瓦以上的风扇。《财经》记者最近从业内许多人那里了解到,这个风电场的大型风力发电机的实验结果并不好,尤其是国外飞机的性能。三峡对大风扇的整体效果不满意。

中国海上风电仍处于勘探开发阶段,建设资源有限,现阶段存在不可预测的风险国际检验认证机构碧威集团新能源部经理杨延明对《财经》表示,由于海上特殊条件,目前海上风电设备运行的最大风险来自大型模型长期调试数据的缺乏、海上项目经验和资源的缺乏。运行一段时间后,可能会出现故障率高的问题。一旦发生故障,海上维修和更换的成本将非常高。

大型兆瓦级风机对风机制造和供应链提出了更高的要求,相关零部件的难度越来越大。第一个是由超大和超长叶片引起的问题。

随着风扇功率的增加,叶片的长度不断增加,在过去十年中,海上风扇的风轮直径增加了一倍多。目前,世界上最大的风轮直径为171米。中国最高的轮毂高度超过150米。叶片长度、重量、负载、发电量和总成本相互制约。风机叶片长近100米,给运输、安装、运行和维护带来巨大挑战。

更大的问题是叶片设计的技术难度增加。上述金丰技术人员表示,大型风机叶片过长,其气动设计、叶尖速比、前缘防腐等问题是世界各国面临的难题。同时,刀片的成本大大增加。

东方电气首台10 MW风机的叶片长度为90米。其他公司还没有公布兆瓦级风扇的叶片设计长度。上述杨明智能负责人表示,叶片设计将通过多轮载荷计算进行检查和评估,并将由国内外双重认证机构进行验证和评估,以确保叶片设计的安全性和可靠性。杨明智能10MW风机叶片将由玻璃纤维等复合材料制成,具有良好的防腐性能。

刀片制造商目前正在积极规划大型刀片的容量。中材科技是中国风力发电机叶片市场份额最大的企业。该公司董事长薛钟敏最近透露,今年9月,适用于8.5兆瓦海上风力涡轮机的叶片将下线并投入大规模生产。叶片的总长度为85.6米,这是一个全波叶片。同时,该公司将加大对90米至120米范围内的大型海上风力涡轮机叶片的开发。

海底电缆是海上风力发电项目的重要组成部分。中国海上风力发电项目对海底电缆的需求呈现爆炸式增长。尽管许多海底电缆公司已经扩大了生产能力,但供应仍然不足。中天科技海底电缆有限公司总工程师胡明表示,海底电缆的制造门槛相对较高,高压海底电缆的生产能力并不具备成套设备。海底电缆行业的问题不是扩大生产能力,而是降低成本和技术创新。

另一方面,大型风扇配件的成本也很高,供应链还不成熟。江苏港瑞精密机械有限公司副总经理李益昌表示,中国铸件生产水平与欧洲相差不远。然而,大型风扇所需的大型铸件的成本增加了一倍。目前,国内一线制造商有能力为大型风机制造铸件,但仍然没有能力供应6 MW以上的大量产品。

至于如何确保供应链的一致性和可靠性,库尔特·安德森(kurt andersen)表示,欧洲风力发电企业将在原型诞生之前,对整机进行测试,并提前单独测试和验证零部件的可靠性。俯仰变化、偏航、传动链、叶片等子系统。将单独进行严格的加速测试,以确保兆瓦级风扇供应链的质量。

中国海上设施是国家海上风电工程技术研究中心的承接企业。公司的10MW风力发电机于2017年被母公司中国造船重工集团批准开始研发。中国海洋安装副总工程师冯煜在中国新能源峰会论坛上对财经记者表示,在研发阶段,他确实遇到了很多挑战,如技术成熟度不足、零部件设计和制造成本高。但冯煜强调:“我们的10 MW风力涡轮机是基于5 MW的适度创新。尽管面临许多挑战,但10 MW风力发电机组是大势所趋,我们必须提前做好布局。”

(本文首次发表在2019年9月16日的《财经》杂志上)

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