缺乏適宜國產(chǎn)機(jī)組掣肘海上風(fēng)電
——訪中船重工海裝風(fēng)電研發(fā)中心副主任張海亞
編者按
我國海上風(fēng)電正處于從“項(xiàng)目示范”向“快速開發(fā)”的轉(zhuǎn)折時(shí)期。發(fā)展海上風(fēng)電還需突破哪些瓶頸？怎樣在“十三五”時(shí)期實(shí)現(xiàn)積極穩(wěn)妥推進(jìn)？日前，中船重工海裝風(fēng)電研發(fā)中心副主任張海亞就相關(guān)行業(yè)熱點(diǎn)接受了本報(bào)記者的專訪。
仍不完全具備規(guī)模化發(fā)展條件
中國能源報(bào)：“十二五”時(shí)期，國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展緩慢，您認(rèn)為最大掣肘因素是什么？
張海亞：核心問題在于沒有適宜的海上風(fēng)電機(jī)組。所謂適宜，包含三個(gè)方面——經(jīng)濟(jì)性、可靠性和長期保障。
經(jīng)濟(jì)性是指采用該機(jī)組的風(fēng)場建設(shè)投資回報(bào)率是否滿足要求，在電價(jià)、工程造價(jià)和機(jī)組投標(biāo)價(jià)基本確定的現(xiàn)階段，無疑只有提高理論發(fā)電量，才能提高投資回報(bào)率。
可靠性是指機(jī)組運(yùn)行的可利用率等指標(biāo)，該指標(biāo)直接決定建成后運(yùn)營的風(fēng)電場實(shí)際收益是否滿足預(yù)期的投資回報(bào)率。
長期保障是指在二十多年的運(yùn)營周期內(nèi)，特別是質(zhì)保后的十多年里，風(fēng)電機(jī)組制造商是否有能力提供運(yùn)維、失效分析、故障處理等長期保障能力，這涉及整機(jī)企業(yè)的經(jīng)營模式、企業(yè)理念、工業(yè)底蘊(yùn)等多方面。
中國能源報(bào)：有預(yù)測稱，“十三五”時(shí)期國內(nèi)海上風(fēng)電將扭轉(zhuǎn)“十二五”時(shí)期發(fā)展緩慢的狀況，在您看來，國內(nèi)海上風(fēng)電是否具備了規(guī)模化發(fā)展的條件？
張海亞：海上風(fēng)電項(xiàng)目單體容量大，建設(shè)周期長，從目前了解到的各項(xiàng)目進(jìn)度來看，我認(rèn)為“十三五”期間，國內(nèi)海上風(fēng)電預(yù)計(jì)建設(shè)規(guī)模約500萬-1000萬千瓦，建成接近500萬千瓦。拋開已建成的，實(shí)際建設(shè)項(xiàng)目也就十余個(gè)。所以，“十三五”期間的海上風(fēng)電應(yīng)該還是處于大規(guī)模示范的階段。
目前國內(nèi)排名前十的整機(jī)企業(yè)基本上都有自己的海上風(fēng)電機(jī)組，但是經(jīng)過研制、樣機(jī)驗(yàn)證、小批量示范整個(gè)過程的卻沒有幾家，加上引進(jìn)西門子機(jī)組的上海電氣，目前能夠提供海上風(fēng)電機(jī)組用于批量裝機(jī)的企業(yè)一共只有5家。而隨著國家對(duì)節(jié)約用海的嚴(yán)格要求，在保持合理投資回報(bào)的前提下，需要風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量越來越大。這5家企業(yè)中，能夠提供5MW以上產(chǎn)品的只有2家。因此，國內(nèi)海上風(fēng)電目前并不完全具備規(guī)�；l(fā)展的條件。
中國能源報(bào)：之前，不少企業(yè)稱海上風(fēng)電標(biāo)桿電價(jià)太低，不具備經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值，目前來看，電價(jià)沒有變化，技術(shù)相比前兩年也并未發(fā)生突破性變革，為何企業(yè)的積極性最近一年明顯提高了？
張海亞：隨著巴黎氣候大會(huì)的召開、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)以及環(huán)保壓力的持續(xù)增大，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已刻不容緩。在現(xiàn)有的火、水、核、風(fēng)、光能源結(jié)構(gòu)中，除了風(fēng)電，其他幾種能源都或多或少受到各種外在因素的限制。而風(fēng)電因?yàn)橐?guī)劃、利益分配、技術(shù)等多方面因素相互影響，導(dǎo)致“三北”地區(qū)棄風(fēng)限電現(xiàn)象在“十三五”期間無法根本解決。
那么，在國家政策強(qiáng)力推進(jìn)和大規(guī)模棄風(fēng)限電的夾縫中生存的各大發(fā)電集團(tuán)可選的路只有兩條，開發(fā)陸上低風(fēng)速資源和海上風(fēng)電。
對(duì)現(xiàn)階段陸上風(fēng)電場開發(fā)項(xiàng)目而言，盈虧平衡點(diǎn)大約為風(fēng)電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)2000小時(shí)。但面對(duì)平均風(fēng)速已低至5米/秒的廣大南方山區(qū)風(fēng)電場而言，即使風(fēng)輪直徑達(dá)到120米的2MW機(jī)型，也只能勉強(qiáng)達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。而風(fēng)場建設(shè)還要受到地形、運(yùn)輸、征地、林業(yè)的諸多限制。一邊是發(fā)電效益受限，一邊是投資風(fēng)險(xiǎn)增大，短時(shí)間來看，陸地低風(fēng)速風(fēng)場無法快速大規(guī)模建設(shè)，不能完全滿足各大發(fā)電集團(tuán)期望的大規(guī)模建成投運(yùn)的目標(biāo)。
相比較而言，海上風(fēng)電資源豐富，平均風(fēng)速7米/秒以上，風(fēng)向穩(wěn)定，近負(fù)荷中心，而且單體項(xiàng)目動(dòng)輒二三十萬千瓦起，相當(dāng)于多個(gè)陸上項(xiàng)目同時(shí)建設(shè)，從發(fā)電收益和建設(shè)規(guī)模都滿足各大發(fā)電集團(tuán)的需求。因此，現(xiàn)階段大力開發(fā)海上風(fēng)電已成為各大發(fā)電集團(tuán)的共識(shí)。
開發(fā)適宜的海上機(jī)組是核心
中國能源報(bào)：就國內(nèi)海上風(fēng)機(jī)制造領(lǐng)域而言，是否仍然停留在“將陸上風(fēng)機(jī)升級(jí)改造成海上風(fēng)機(jī)”的階段？
張海亞：在“十二五”期間，國內(nèi)整機(jī)商均“將陸上風(fēng)機(jī)升級(jí)改造成海上風(fēng)機(jī)”，目的是為了在傳承的基礎(chǔ)上，通過適度創(chuàng)新，研究海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的客觀規(guī)律，掌握海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要求�！笆濉蹦髁髡麢C(jī)商均完成新的海上風(fēng)電機(jī)組研制并完成樣機(jī)安裝。
中國能源報(bào)：從目前投運(yùn)的幾個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目來看，國產(chǎn)海上風(fēng)機(jī)可靠性如何？
張海亞：以江蘇龍?jiān)慈鐤|海上風(fēng)電場為代表的幾個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目來看，目前國產(chǎn)海上風(fēng)電機(jī)組分為三類：
一是陸地機(jī)組下海，這類產(chǎn)品在陸地可靠性已經(jīng)達(dá)到較高水平，經(jīng)過適應(yīng)性改造，基本滿足海上使用要求。但受到海上風(fēng)電可達(dá)性差的限制，平均可利用率在97%-99%，略低于陸上風(fēng)電。這類產(chǎn)品最大的缺點(diǎn)是單機(jī)容量小，均小于3MW，不適于海上風(fēng)電開發(fā)的要求，基本屬于淘汰類型。
二是引進(jìn)成熟技術(shù)，這類產(chǎn)品在國外經(jīng)過大規(guī)模可靠性驗(yàn)證，單機(jī)容量4MW左右，可利用高，可靠性好，總體經(jīng)濟(jì)性高，短時(shí)間內(nèi)適宜海上風(fēng)電場開發(fā)。但這類產(chǎn)品最大的隱患在于，國內(nèi)企業(yè)并不掌握其核心技術(shù)，未來運(yùn)維、優(yōu)化均受制于外方，改進(jìn)升級(jí)的可能性極低，解決辦法只能持續(xù)引進(jìn)。這不但不利于企業(yè)自身的發(fā)展，不利于國產(chǎn)裝備制造能力的提高，更關(guān)鍵的是，短期來看壓制了國內(nèi)行業(yè)的發(fā)展，長期來看不具備核心競爭力，企業(yè)發(fā)展前景受限。這對(duì)于需要保障產(chǎn)品二十多年安全穩(wěn)定運(yùn)行的海上風(fēng)電行業(yè)來講，是不負(fù)責(zé)的。
三是全新研制，這類產(chǎn)品受產(chǎn)品研制的客觀規(guī)律影響，大多處于樣機(jī)驗(yàn)證階段，除了海裝5MW兩臺(tái)樣機(jī)長期可利用率能超過95%以外，其余樣機(jī)暫時(shí)達(dá)不到商業(yè)化運(yùn)行的要求。
中國能源報(bào)：除了容量大小的差別外，國內(nèi)整機(jī)商生產(chǎn)的海上風(fēng)機(jī)和西門子、三菱-維斯塔斯等跨國公司制造的海上風(fēng)機(jī)有哪些差距？在設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)各有哪些體現(xiàn)？
張海亞：概括而言，差別體現(xiàn)在一個(gè)方面，差距體現(xiàn)在兩方面。
差別主要在于市場需求不同，整機(jī)設(shè)計(jì)理念有所差別。國際上海上風(fēng)電成功機(jī)型均來自歐洲。在海上風(fēng)電裝機(jī)量最多的西北歐，受到信風(fēng)帶和季風(fēng)帶的聯(lián)合作用，風(fēng)速高，年平均風(fēng)速可達(dá)到10米/秒，按照IEC規(guī)范，為I類風(fēng)場。因此，歐洲整機(jī)商設(shè)計(jì)的海上風(fēng)電機(jī)組單位千瓦掃風(fēng)面積不需要太大，即可達(dá)到3000小時(shí)甚至4000小時(shí)的年滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)，滿足項(xiàng)目開發(fā)的投資回報(bào)率。中國沿海主要以長江口為分界。長江口以南，受到臺(tái)風(fēng)的威脅，要求風(fēng)機(jī)能夠承受較高的極限風(fēng)速，一般按I類風(fēng)區(qū)設(shè)計(jì)。長江口以北，年平均風(fēng)速普遍低于7.5米/秒，需要滿足Ⅲ類風(fēng)場投資回報(bào)率的風(fēng)機(jī)。
差距主要在于設(shè)計(jì)驗(yàn)證和持續(xù)改進(jìn)兩方面。隨著風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑逐漸增大，風(fēng)電機(jī)組使用區(qū)域逐漸遠(yuǎn)離人煙，原有理論基礎(chǔ)對(duì)產(chǎn)品研制的指導(dǎo)性越來越小。歐洲的做法是打造公共的全工況模擬試驗(yàn)臺(tái)和試驗(yàn)風(fēng)場進(jìn)行產(chǎn)品測試。由于該平臺(tái)對(duì)于單個(gè)企業(yè)而言投資巨大，利用率低，因此目前國內(nèi)沒有相關(guān)的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)或平臺(tái)。海裝擬結(jié)合國家海上風(fēng)力發(fā)電工程中心建設(shè)和行業(yè)未來發(fā)展，打造相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，并逐步建設(shè)為國家級(jí)公共資源。同時(shí)，海裝還將加大資源和資本的合作模式創(chuàng)新，積極打造風(fēng)場級(jí)試驗(yàn)示范基地，加快機(jī)組成熟的步伐。
中國能源報(bào)：除了海上風(fēng)機(jī)制造外，國內(nèi)在海上風(fēng)電工程安裝、海上風(fēng)電場設(shè)計(jì)等方面，需要進(jìn)行哪些提升？
張海亞：海裝主業(yè)是海上風(fēng)機(jī)的研發(fā)和制造，正在嘗試涉足海上風(fēng)電工程安裝和海上風(fēng)電場的設(shè)計(jì)，對(duì)此不敢妄自評(píng)論。
結(jié)合對(duì)國外調(diào)研的情況來看，由于海上施工窗口期很短，歐洲的海上風(fēng)電機(jī)組安裝均采用了預(yù)安裝的方式，盡可能多的將工作在陸地上完成。同時(shí)，海上風(fēng)電工程趨向于一體化施工，以整機(jī)商為平臺(tái)，綜合吊裝公司、電氣安裝公司、調(diào)試公司、運(yùn)維公司、運(yùn)維船舶運(yùn)營公司、直升機(jī)運(yùn)營公司等單位，為業(yè)主提供一站式服務(wù)，從而更好的把控項(xiàng)目質(zhì)量，控制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，提高業(yè)主的收益率。另外從需求的角度來看，建議海上風(fēng)電工程安裝和海上風(fēng)電場設(shè)計(jì)能夠把握未來風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的趨勢，結(jié)合趨勢做一些準(zhǔn)備，例如考慮大容量、長葉片機(jī)組的施工安裝，風(fēng)電場設(shè)計(jì)等。
海上風(fēng)電不會(huì)重蹈陸上風(fēng)電覆轍
中國能源報(bào)：保持額定輸出功率不變，增大風(fēng)輪直徑的方式，是否代表了海上風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢？
張海亞：舉個(gè)例子：假設(shè)陸地項(xiàng)目盈虧點(diǎn)的年滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)為2000小時(shí)，電價(jià)為0.61元，單位千瓦建設(shè)靜態(tài)總投資為9000元，那么其投資回報(bào)系數(shù)為：9000÷（2000×0.61）=7.38。
目前海上風(fēng)電單位千瓦靜態(tài)總投資約為18000元，電價(jià)為0.85元，按類比計(jì)算
18000÷（海上風(fēng)電年滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)×0.85）=7.38 。那么海上風(fēng)電年滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)不能低于2869。
目前，國內(nèi)絕大多數(shù)已設(shè)計(jì)的海上風(fēng)電機(jī)組理論值遠(yuǎn)低于上述目標(biāo)。因此，在一段時(shí)間內(nèi)，保持額定輸出功率不變，增大風(fēng)輪直徑的方式依然是海上風(fēng)電機(jī)組的主要前進(jìn)方向。
中國能源報(bào)：從制造商的角度而言，如何幫助海上風(fēng)電最大程度降低運(yùn)維成本？
張海亞：海上運(yùn)維的成本主要影響因素是機(jī)組的故障率，盡可能得降低機(jī)組的故障率可以大幅降低海上風(fēng)電的運(yùn)維成本。通過零部件加速老化試驗(yàn)、可靠性篩選等手段都可以有效降低零部件及整機(jī)出廠的潛在故障率。
當(dāng)達(dá)到一定程度后，故障率的降低就會(huì)是一個(gè)緩慢的過程，那么在這種情況下，整機(jī)商通過對(duì)運(yùn)維過程進(jìn)行策劃、組織和調(diào)度，梳理機(jī)組的故障機(jī)理，開展失效機(jī)制研究并較為準(zhǔn)確的分析和預(yù)測機(jī)組可能出現(xiàn)的故障，做到從事后維護(hù)變?yōu)轭A(yù)防性維護(hù)，結(jié)合有效的氣象預(yù)測和精準(zhǔn)快速的故障處理能力可以極大地減少非計(jì)劃停機(jī)的時(shí)間，從而降低故障損失。
中國能源報(bào)：我國陸上風(fēng)電在快速發(fā)展期曾經(jīng)出現(xiàn)過產(chǎn)能過剩、質(zhì)量隱患等各種問題，如何未雨綢繆，防范海上風(fēng)電快速啟動(dòng)后也出現(xiàn)類似的問題？
張海亞：工業(yè)是一個(gè)國家的基礎(chǔ)，積累是一個(gè)緩慢的過程。陸上風(fēng)電快速發(fā)展期曾經(jīng)出現(xiàn)的問題，主要在于部分企業(yè)忽視工業(yè)積累的客觀規(guī)律，急功近利而導(dǎo)致的。風(fēng)電行業(yè)經(jīng)過十余年的發(fā)展和沉淀，目前涉足海上風(fēng)電的企業(yè)都具備了一定的底蘊(yùn)和實(shí)力，能夠在“十三五”期間參與到實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中的更是屈指可數(shù)。加之開發(fā)商在選擇合作伙伴上更加理性和審慎，因此，我認(rèn)為海上風(fēng)電不會(huì)重蹈陸上風(fēng)電的覆轍。
