——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“項目示范”向“快速開發(fā)”的轉(zhuǎn)折時期。發(fā)展海上風(fēng)電還需突破哪些瓶頸？怎樣在“十三五”時期實現(xiàn)積極穩(wěn)妥推進？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)熱點接受了本報記者的專訪。
仍不完全具備規(guī)模化發(fā)展條件
中國能源報：“十二五”時期，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)電機組。所謂適宜，包含三個方面——經(jīng)濟性、可靠性和長期保障。
經(jīng)濟性是指采用該機組的風(fēng)場建設(shè)投資回報率是否滿足要求，在電價、工程造價和機組投標(biāo)價基本確定的現(xiàn)階段，無疑只有提高理論發(fā)電量，才能提高投資回報率。
可靠性是指機組運行的可利用率等指標(biāo)，該指標(biāo)直接決定建成后運營的風(fēng)電場實際收益是否滿足預(yù)期的投資回報率。
長期保障是指在二十多年的運營周期內(nèi)，特別是質(zhì)保后的十多年里，風(fēng)電機組制造商是否有能力提供運維、失效分析、故障處理等長期保障能力，這涉及整機企業(yè)的經(jīng)營模式、企業(yè)理念、工業(yè)底蘊等多方面。
中國能源報：有預(yù)測稱，“十三五”時期國內(nèi)海上風(fēng)電將扭轉(zhuǎn)“十二五”時期發(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)電項目單體容量大，建設(shè)周期長，從目前了解到的各項目進度來看，我認(rèn)為“十三五”期間，國內(nèi)海上風(fēng)電預(yù)計建設(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，實際建設(shè)項目也就十余個。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)排名前十的整機企業(yè)基本上都有自己的海上風(fēng)電機組，但是經(jīng)過研制、樣機驗證、小批量示范整個過程的卻沒有幾家，加上引進西門子機組的上海電氣，目前能夠提供海上風(fēng)電機組用于批量裝機的企業(yè)一共只有5家。而隨著國家對節(jié)約用海的嚴(yán)格要求，在保持合理投資回報的前提下，需要風(fēng)電機組單機容量越來越大。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：之前，不少企業(yè)稱海上風(fēng)電標(biāo)桿電價太低，不具備經(jīng)濟開發(fā)價值，目前來看，電價沒有變化，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：隨著巴黎氣候大會的召開、國內(nèi)經(jīng)濟步入新常態(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)電因為規(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，在國家政策強力推進和大規(guī)模棄風(fēng)限電的夾縫中生存的各大發(fā)電集團可選的路只有兩條，開發(fā)陸上低風(fēng)速資源和海上風(fēng)電。
對現(xiàn)階段陸上風(fēng)電場開發(fā)項目而言，盈虧平衡點大約為風(fēng)電機組年利用小時數(shù)2000小時。但面對平均風(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)輪直徑達到120米的2MW機型，也只能勉強達到這個標(biāo)準(zhǔn)。而風(fēng)場建設(shè)還要受到地形、運輸、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)險增大，短時間來看，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)電集團期望的大規(guī)模建成投運的目標(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，而且單體項目動輒二三十萬千瓦起，相當(dāng)于多個陸上項目同時建設(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)電集團的共識。
開發(fā)適宜的海上機組是核心
中國能源報：就國內(nèi)海上風(fēng)機制造領(lǐng)域而言，是否仍然停留在“將陸上風(fēng)機升級改造成海上風(fēng)機”的階段？
張海亞：在“十二五”期間，國內(nèi)整機商均“將陸上風(fēng)機升級改造成海上風(fēng)機”，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)電機組運行的客觀規(guī)律，掌握海上風(fēng)機設(shè)計要求�！笆濉蹦�，主流整機商均完成新的海上風(fēng)電機組研制并完成樣機安裝。
中國能源報：從目前投運的幾個海上風(fēng)電項目來看，國產(chǎn)海上風(fēng)機可靠性如何？
張海亞：以江蘇龍源如東海上風(fēng)電場為代表的幾個海上風(fēng)電項目來看，目前國產(chǎn)海上風(fēng)電機組分為三類：
一是陸地機組下海，這類產(chǎn)品在陸地可靠性已經(jīng)達到較高水平，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)品最大的缺點是單機容量小，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。
二是引進成熟技術(shù)，這類產(chǎn)品在國外經(jīng)過大規(guī)�？煽啃则炞C，單機容量4MW左右，可利用高，可靠性好，總體經(jīng)濟性高，短時間內(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)，未來運維、優(yōu)化均受制于外方，改進升級的可能性極低，解決辦法只能持續(xù)引進。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。這對于需要保障產(chǎn)品二十多年安全穩(wěn)定運行的海上風(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，大多處于樣機驗證階段，除了海裝5MW兩臺樣機長期可利用率能超過95%以外，其余樣機暫時達不到商業(yè)化運行的要求。
中國能源報：除了容量大小的差別外，國內(nèi)整機商生產(chǎn)的海上風(fēng)機和西門子、三菱-維斯塔斯等跨國公司制造的海上風(fēng)機有哪些差距？在設(shè)計和制造環(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，整機設(shè)計理念有所差別。國際上海上風(fēng)電成功機型均來自歐洲。在海上風(fēng)電裝機量最多的西北歐，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)速可達到10米/秒，按照IEC規(guī)范，為I類風(fēng)場。因此，歐洲整機商設(shè)計的海上風(fēng)電機組單位千瓦掃風(fēng)面積不需要太大，即可達到3000小時甚至4000小時的年滿發(fā)利用小時數(shù)，滿足項目開發(fā)的投資回報率。中國沿海主要以長江口為分界。長江口以南，受到臺風(fēng)的威脅，要求風(fēng)機能夠承受較高的極限風(fēng)速，一般按I類風(fēng)區(qū)設(shè)計。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)場投資回報率的風(fēng)機。
差距主要在于設(shè)計驗證和持續(xù)改進兩方面。隨著風(fēng)電機組風(fēng)輪直徑逐漸增大，風(fēng)電機組使用區(qū)域逐漸遠離人煙，原有理論基礎(chǔ)對產(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臺和試驗風(fēng)場進行產(chǎn)品測試。由于該平臺對于單個企業(yè)而言投資巨大，利用率低，因此目前國內(nèi)沒有相關(guān)的試驗機構(gòu)或平臺。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)的試驗驗證平臺，并逐步建設(shè)為國家級公共資源。同時，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)場級試驗示范基地，加快機組成熟的步伐。
中國能源報：除了海上風(fēng)機制造外，國內(nèi)在海上風(fēng)電工程安裝、海上風(fēng)電場設(shè)計等方面，需要進行哪些提升？
張海亞：海裝主業(yè)是海上風(fēng)機的研發(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，對此不敢妄自評論。
結(jié)合對國外調(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，海上風(fēng)電工程趨向于一體化施工，以整機商為平臺，綜合吊裝公司、電氣安裝公司、調(diào)試公司、運維公司、運維船舶運營公司、直升機運營公司等單位，為業(yè)主提供一站式服務(wù)，從而更好的把控項目質(zhì)量，控制項目風(fēng)險，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)計能夠把握未來風(fēng)電機組發(fā)展的趨勢，結(jié)合趨勢做一些準(zhǔn)備，例如考慮大容量、長葉片機組的施工安裝，風(fēng)電場設(shè)計等。
海上風(fēng)電不會重蹈陸上風(fēng)電覆轍
中國能源報：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)機的發(fā)展趨勢？
張海亞：舉個例子：假設(shè)陸地項目盈虧點的年滿發(fā)利用小時數(shù)為2000小時，電價為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，電價為0.85元，按類比計算
18000÷（海上風(fēng)電年滿發(fā)利用小時數(shù)×0.85）=7.38 。那么海上風(fēng)電年滿發(fā)利用小時數(shù)不能低于2869。
目前，國內(nèi)絕大多數(shù)已設(shè)計的海上風(fēng)電機組理論值遠低于上述目標(biāo)。因此，在一段時間內(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)電機組的主要前進方向。
中國能源報：從制造商的角度而言，如何幫助海上風(fēng)電最大程度降低運維成本？
張海亞：海上運維的成本主要影響因素是機組的故障率，盡可能得降低機組的故障率可以大幅降低海上風(fēng)電的運維成本。通過零部件加速老化試驗、可靠性篩選等手段都可以有效降低零部件及整機出廠的潛在故障率。
當(dāng)達到一定程度后，故障率的降低就會是一個緩慢的過程，那么在這種情況下，整機商通過對運維過程進行策劃、組織和調(diào)度，梳理機組的故障機理，開展失效機制研究并較為準(zhǔn)確的分析和預(yù)測機組可能出現(xiàn)的故障，做到從事后維護變?yōu)轭A(yù)防性維護，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劃停機的時間，從而降低故障損失。
中國能源報：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)電快速啟動后也出現(xiàn)類似的問題？
張海亞：工業(yè)是一個國家的基礎(chǔ)，積累是一個緩慢的過程。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和實力，能夠在“十三五”期間參與到實際項目當(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)電不會重蹈陸上風(fēng)電的覆轍。
