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金風(fēng)科技于晨光：風(fēng)電“不可能三角”并非無解

6月28日，正值第八屆全球海上風(fēng)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(fēng)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(fēng)電機組，央視首開先河，對安裝過程進行了直播，引發(fā)全國廣泛關(guān)注。《風(fēng)能》雜志在大會現(xiàn)場采訪了金風(fēng)科技海上業(yè)務(wù)單元總經(jīng)理于晨光，就大型海上風(fēng)電機組成本、性能與可靠性問題展開對話。


受訪人：金風(fēng)科技海上業(yè)務(wù)單元總經(jīng)理于晨光
《風(fēng)能》：在本屆全球海上風(fēng)電大會上，不少聲音在呼吁關(guān)注海上風(fēng)電機組可靠性問題，涉及機組可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)都有哪些？應(yīng)如何把控？
于晨光：保障風(fēng)電機組可靠性是一個體系化管控的過程，關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括設(shè)計、配套鏈質(zhì)量管理、測試、小批量驗證等。金風(fēng)科技始終堅持“風(fēng)電是一場長跑”的理念，對產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性嚴格把控，這也是金風(fēng)科技可信賴的產(chǎn)品和品牌形象獲得市場認可的關(guān)鍵要素。金風(fēng)科技也一直在把這一理念落實到實際行動中。在機組設(shè)計環(huán)節(jié)，比如傳動鏈的設(shè)計選型，不同的傳動鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計背后存在著較大的成本差異。
金風(fēng)科技在傳動技術(shù)路線的成本尋優(yōu)過程中，充分考慮了質(zhì)量與可靠性風(fēng)險，在數(shù)十種選擇中最終采用了外置主軸雙軸承設(shè)計。這種設(shè)計雖然增加了主機成本，但齒輪箱、發(fā)電機的受載環(huán)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(shè)計可以保障在不拆卸葉輪和機艙情況下對齒輪箱和發(fā)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(huán)節(jié)，金風(fēng)科技在江蘇鹽城建設(shè)了全球領(lǐng)先的實驗檢測中心，貫穿材料零部件、子系統(tǒng)、整機、場網(wǎng)環(huán)節(jié)四級實驗驗證能力。
比如整機試驗臺，行業(yè)內(nèi)主要為實驗驅(qū)動端傳遞一個扭矩進行測試，而金風(fēng)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(tǒng)進行整機加載，模擬葉輪安裝后真實的載荷。相當(dāng)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(tǒng)可靠性。金風(fēng)科技還有專業(yè)的防腐實驗室，可以針對不同沿海地區(qū)的溫度、濕度、鹽分進行驗證試驗。在供應(yīng)鏈管理環(huán)節(jié)，金風(fēng)科技嚴格把控技術(shù)規(guī)格，堅持不通過降低技術(shù)要求來控制成本，不以犧牲可靠性去降本增效。
《風(fēng)能》：大會論壇環(huán)節(jié)中各位專家對海上風(fēng)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(fēng)電發(fā)展的平衡點。在您看來，保證產(chǎn)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(fēng)電只關(guān)注風(fēng)電主機的時代已經(jīng)過去，如今要關(guān)注整體的系統(tǒng)性成本。海上風(fēng)電在主機成本外，支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計能力及吊裝效率、質(zhì)量可靠性對整體成本的影響需要引起高度關(guān)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(shè)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(fēng)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(chǔ)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(shè)計的載荷優(yōu)化，金風(fēng)科技幫助客戶節(jié)省了7000萬元的塔架與基礎(chǔ)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(xiàn)2.4倍的差距，產(chǎn)生很大的成本差異。金風(fēng)科技近百人的海工設(shè)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(guī)則中很難得到體現(xiàn)，海上風(fēng)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(xiàn)整機和支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計、生產(chǎn)、供貨，確保開發(fā)企業(yè)收益最大化。
還有，我要做些澄清，海上風(fēng)電機組技術(shù)與產(chǎn)品目前根本沒有實現(xiàn)同質(zhì)化，只是單機容量和葉輪直徑差不多而已。
《風(fēng)能》：您前面提到金風(fēng)科技由整機設(shè)計到驗證環(huán)節(jié)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(xiàn)如何？
于晨光：金風(fēng)科技海上風(fēng)電累計裝機數(shù)量接近1000臺，總?cè)萘?60萬千瓦。從遼寧到上海、江蘇、福建、廣東，金風(fēng)科技海上機組的實際運行表現(xiàn)都得到了客戶很高的評價。
2022年，金風(fēng)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(shù)）在6000h以上，有些風(fēng)電項目甚至達到10000h，這些項目除正常的定檢外，幾乎沒有設(shè)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(xù)多個月收到客戶表揚信。
《風(fēng)能》：金風(fēng)科技一直是整機大型化技術(shù)的引領(lǐng)者。根據(jù)長跑規(guī)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(fēng)科技為何還要選擇保持大型化產(chǎn)品與技術(shù)的優(yōu)勢？
于晨光：金風(fēng)科技更多是從國家發(fā)展戰(zhàn)略層面進行考慮，實現(xiàn)碳中和目標。具體主要由三方面因素決定：一是能源轉(zhuǎn)型和高效利用海洋資源的需要，作為落實“3060”發(fā)展目標的重要支撐，到“十四五”末，我國海上風(fēng)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(xiàn)有機型將很難支撐未來海上風(fēng)電的大規(guī)模與高質(zhì)量發(fā)展。
以目前一個采用8MW機組的100萬千瓦海上風(fēng)電場為例，在同等用海面積下，改用16MW機組機組開發(fā)規(guī)模可以提升60%。二是海上風(fēng)電代表風(fēng)電技術(shù)的制高點，大型化技術(shù)一定程度上促進了陸上風(fēng)電的技術(shù)進步和快速發(fā)展，加快產(chǎn)業(yè)鏈整體能力建設(shè)。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(shè)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(dāng)然，機組大型化發(fā)展也需要保持一個適度的節(jié)奏，節(jié)奏太快會產(chǎn)生研發(fā)與制造資源的浪費，應(yīng)該給予大容量產(chǎn)品更多的驗證時間。
《風(fēng)能》：金風(fēng)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(yīng)用該產(chǎn)品的同時，確保其可靠性的？
于晨光：現(xiàn)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(fēng)電整機市場的迭代速度明顯加快。對于一些企業(yè)而言，快速研發(fā)與推出產(chǎn)品可能帶來災(zāi)難性后果，但金風(fēng)科技對自身在這方面的能力充滿信心。金風(fēng)科技的整個研發(fā)體系是流程化的，通過MP+IPD（市場規(guī)劃+集成產(chǎn)品開發(fā)）控制一款產(chǎn)品的市場與產(chǎn)品研發(fā)管理。其中IPD里又有TR1到TR6（技術(shù)評審）等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過每一個環(huán)節(jié)都需要嚴格的評審。
以16MW機型為例，從概念設(shè)計到驗證裝機時間緊、任務(wù)重，但上述流程一個都不會被跳過，整個過程體現(xiàn)出企業(yè)研發(fā)及拉動產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的綜合能力。同時，金風(fēng)科技非常重視技術(shù)研發(fā)工作，2022年在研發(fā)方面的投入超過20億元，再加上體系化管理，確保新產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。另外，在產(chǎn)品設(shè)計過程中，金風(fēng)科技不僅關(guān)注自己，還關(guān)注整個供應(yīng)鏈，將零部件的質(zhì)量管理納入到自身整體管理過程中，通過技術(shù)規(guī)格、實驗檢測、設(shè)計評審來把控整個供應(yīng)鏈條。
《風(fēng)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(chǎn)品創(chuàng)造適度的市場周期。那么您認為未來風(fēng)電機組做到更大的瓶頸或難點在哪？應(yīng)如何解決？
于晨光：針對大型化技術(shù)，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)攻克了很多難點。未來向更大發(fā)展，難點將主要出現(xiàn)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(xiàn)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(fù)雜，彎扭組合的變形。如何在高空中，尤其是面臨臺風(fēng)時，做好這三支超柔葉片穩(wěn)定性控制和發(fā)電性能保障，存在很大挑戰(zhàn)。
目前我國風(fēng)電葉片長度已經(jīng)進入到全球“無人區(qū)”，需要更多依靠自身能力解決上述技術(shù)挑戰(zhàn)。對于超長柔葉片可能面臨的挑戰(zhàn)，金風(fēng)科技一是在努力開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、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(shè)葉片仿真系統(tǒng)，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(yōu)方案，設(shè)計出理想的產(chǎn)品。