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淺談國內(nèi)風電整機技術(shù)發(fā)展
淺談國內(nèi)風電整機技術(shù)發(fā)展
董禮
中國的低風速風電發(fā)展至今，已經(jīng)進入了風電開發(fā)的“無人區(qū)”，下一步怎么走只有自己向前探索，僅僅靠引進技術(shù)很難走得太遠。
近日，華銳的A股股價跌到近1.5元，名副其實的是A股最低價格的股票了，似乎也走到了退市的邊緣。昔日風電老大如今的境況有點讓人惋憐。而盾安高價收購華創(chuàng)，讓垂涎欲滴的明陽沒能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的進一步擴張。有朋友說，這一收購將開啟了國內(nèi)整機商的并購大幕，這個還需要拭目以待。但無論怎樣，中國風電整機市場這些年的競爭可以用慘烈來形容，2008年統(tǒng)計的國內(nèi)整機制造商超過80多家，而今天成規(guī)模的只有20家左右，這個數(shù)字還將會進一步的縮小。
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記得2007年左右，我還在廖明夫教授那讀博士，一個造紙廠的老板找到主持中德風電培訓(xùn)項目的廖教授，說要搞風電整機，而且認為自己完全有能力搞，覺得搞個風車很容易的事情。這樣“自信”的公司非常之多，找廖老師的也很多，多是想讓其指點一二，均被廖老師潑了冷水。很多企業(yè)在后來的風電整機路上也并不順利，其最主要的原因就是盲目自信、忽略了風電的復(fù)雜性、犯了一些設(shè)計原則性的問題。有些公司據(jù)說為了規(guī)避倒塔，其某型號塔筒設(shè)計重量比行業(yè)內(nèi)的佼佼者高出近百噸。如果真是這樣的話，何談競爭力呢？華創(chuàng)應(yīng)該算是自主設(shè)計了，沈陽工大的技術(shù)，但始終沒有較佳的表現(xiàn)。
而目前國內(nèi)排名靠前的整機廠，無一不是采用了技術(shù)引進、消化、再“創(chuàng)新”的路線，技術(shù)來源包括Furlander、Vensys、Aerodyn、GH、Windtec、Repower等。其中，華銳引進了Furlander的1.5MW整機技術(shù)，并創(chuàng)造了過山車似的發(fā)展歷史，而當時的Furlander在德國幾乎是“揭不開鍋的”（歐洲沒什么市場），華銳的橄欖枝挽救了Furlander幾年的生命，不過在2013年這家公司還是破產(chǎn)了。記得06年底我還去了這家公司參觀訪問，大胡子老板的中國式的熱情，也印證了他對中國人的好感。當然華銳股價從上市之初的90元一路走到今天的全股市最低價，肯定不能完全歸咎于引進技術(shù)的優(yōu)劣，然而技術(shù)之源確實影響深遠。
國內(nèi)的聯(lián)合動力、明陽、海裝的主流機型的技術(shù)來源于德國Aerodyn公司。所引進的設(shè)計秉承了德國工業(yè)“靠譜”的特點，設(shè)計出的機組安全性較好，傳動鏈選用可靠性較高的四點支撐結(jié)構(gòu)，機組的余量較大。這也為這些公司近年來在低風速的平臺化推進奠定了基礎(chǔ)，在引進的1.5MW技術(shù)平臺上聯(lián)合動力推出了最大到97m風輪直徑的產(chǎn)品，并且適用到3類風區(qū)，確實是步伐不小。至于行業(yè)最大的黑馬遠景，也是高仿GE和Siemens的產(chǎn)品，某種程度上也算是一種技術(shù)引進。歷史是一面鏡子，或許今天海上風電的發(fā)展應(yīng)以史為鑒，還好我們今天的基礎(chǔ)要比當年好很多，但真正靠譜的可以引進的技術(shù)也并不多，需要認真鑒別。上海電氣和西門子的綁定會不會成功，拭目以待吧。
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據(jù)了解，各家在引進技術(shù)后的再創(chuàng)新也是不盡人意，即使是非�！俺晒Α钡恼麢C企業(yè)。一個朋友到了一家排名靠前的整機公司工作，發(fā)現(xiàn)偏航系統(tǒng)故障點很少，他感嘆難怪現(xiàn)場沒什么故障，口碑那么好，但難說后面不會有更大的隱患。
我曾經(jīng)問過原Kenesys的載荷總監(jiān)Nicolai先生關(guān)于載荷控制與可靠性的問題，他是我06年在德國實習(xí)期間的企業(yè)導(dǎo)師。他講，以GE為代表的公司在載荷控制方面深入挖掘，機組設(shè)計比較輕，成本低；而部分歐洲整機公司則考慮更多的是魯棒性，機組會更強壯，成本偏高。舉個例子，就好像來了一股妖風，GE的風機扭了一下腰，扛過去了；而有的整機則什么都不用動就扛過去了，因為它夠強壯。當然，個人認為不能追求單方面的極致，要做好降載控制算法的驗證工作，做好安全評估。實際上，GE花了大量人力、財力、時間在做新技術(shù)的驗證工作。 對于國內(nèi)的整機公司來說，如果不深入研究論證，照貓畫虎，扭不好可能會把自己的“腰”扭斷。
而在市場激烈競爭之下，國內(nèi)新機型的研發(fā)周期越來越短、以仿真為主缺乏真正的驗證、不斷的挑戰(zhàn)設(shè)計邊界，再加上成本壓力下供應(yīng)鏈質(zhì)量的參差不齊，使得機組的安全可靠性令人擔憂。2016年多家整機公司出現(xiàn)批量變槳軸承斷裂的事故，而主軸承、齒輪箱、發(fā)電機等關(guān)鍵大部件的批量性的事故也時有發(fā)生，這些并不是個案和巧合。而海上機組的事故則會造成更大的維修成本。
有些整機公司則準備了大量資金做撥備，也說明了制造商對潛在的風險的擔心，但這畢竟是事后措施。有人說風電是場長跑，最后的冠軍是誰很難說。不管怎樣，風電整機從業(yè)者都應(yīng)該樹立風險意識，對新技術(shù)、新算法、新突破、新設(shè)計、新部件都要認真分析、充分驗證、遵循科學(xué)嚴謹?shù)囊?guī)則；涉及設(shè)計原則的問題更要系統(tǒng)思考。
教科書里的相似準則也沒法直接放大葉輪直徑和提高塔架高度，所涉及的氣彈穩(wěn)定性是否被考慮、有沒有降噪模式、雷諾數(shù)如何變化、整機動力學(xué)特性如何考量、放大后的供應(yīng)鏈成熟度如何、吊裝運輸問題如何解決、超高塔筒如何減振加阻、機組載荷如何有效控制、生產(chǎn)制造工藝怎么考慮等等問題都需要深入研究與應(yīng)對。如果不管不顧的粗放式、冒進式的推進“新機組”的研發(fā)，勢必風險更大。
今年以來，各家2MW級別的陸上機組的葉輪直徑已經(jīng)劍指128-130m，而121m風輪直徑的機組還沒有大批量推廣應(yīng)用的經(jīng)驗。 這個過程誰做的扎實細致，誰的風險或許就能控制的好些。當然，有些“急功近利”的業(yè)主也加速了行業(yè)的激烈競爭，不過最終業(yè)主也是這些機組的最后擁有者、風險的主要買單者。
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鑒于電網(wǎng)消納、風資源及政策影響，國內(nèi)的風電機組向低風速、超低風速發(fā)展，單位千瓦掃風面積不斷刷新，走出了一條有中國特色的低風速風電發(fā)展之路。似乎誰的單位千瓦掃風面積越大誰就一定發(fā)電量越強，技術(shù)實力越強。實際上，對機組發(fā)電能力影響的還有整機效率、控制策略、機組可靠性；同時工藝、材料、供應(yīng)鏈的成熟度直接影響了機組的穩(wěn)定可靠。
開車在德國高速公路上，道路兩旁風電機組層出不窮，而出現(xiàn)最多的就是德國制造商Enercon的風機，其整機最優(yōu)效率達到0.47以上，高出國內(nèi)很多同類機組10%左右，而Enercon機組的可靠性與服務(wù)在德國也是口碑最佳，盡管Enercon幾年也不推出一款新機型，但其仍是德國乃至歐洲陸上第一品牌。這或許應(yīng)該給我們的研發(fā)一點啟示。近期，風電制造商的老牌勁旅Vestas發(fā)布了其2MW-116/120機組，也在發(fā)力中國的低風速風電市場。據(jù)說其售價也低于4300元/kW。
面對這些強勁的國外對手，也許我們更需要進一步深化產(chǎn)品研發(fā)，突破核心技術(shù)研發(fā)。而技術(shù)研發(fā)往往不被國內(nèi)整機企業(yè)重視，特別是研發(fā)團隊較小、資源有限的公司。而部分成規(guī)模、發(fā)展較好的國內(nèi)整機企業(yè)，研發(fā)隊伍也較為龐大，但缺乏系統(tǒng)研發(fā)，缺乏系統(tǒng)的構(gòu)架，方向性不強，造成了比較大的資源和人員的浪費。獨立變槳、分段葉片、新型傳動鏈、新型塔筒、智能控制、效率提升、定制化風電場設(shè)計、智能診斷、新材料、新工藝等等技術(shù)研發(fā)項目更需要我們在浮躁的競爭環(huán)境中安下心來做精作細，更需要從整機甚至風場的角度系統(tǒng)性的開展。只有產(chǎn)品與技術(shù)相輔相成，共同發(fā)展，才能更加持久。
在政策層面，2020年風火同價的呼聲越來越高。如果這樣的話，到2020年，平均風電上網(wǎng)電價還有0.1元左右的下降空間，給整機制造企業(yè)的成本壓力是十分巨大的。而圍繞降成本的新技術(shù)的探索更應(yīng)該及早做儲備。
目前國內(nèi)整機利潤水平已經(jīng)較低，金風科技2016年凈利潤中很大的比例也來自于風電場的投資收益、以及購買自身設(shè)備的收益。各大國內(nèi)整機制造商正在著力培養(yǎng)自己“技術(shù)能力上的全產(chǎn)業(yè)鏈”，包括風電場的規(guī)劃與定制化、整機設(shè)計制造、后市場服務(wù)、核心大部件（如葉片、齒輪箱、發(fā)電機等）設(shè)計、并網(wǎng)技術(shù)、風電場EPC等，這既是市場競爭的要求、風險控制的手段，也是利潤擴展的需要。
依稀記得，若干年前我們討論更多的還是雙饋與直驅(qū)的紛爭，到今天紛爭的聲音漸小，兩種路線都有發(fā)展好和不好的代表�？磥沓蓴〔辉谟谶x了哪種技術(shù)路線。而風電場不論裝了什么類型、多少功率、塔架多高的機組，關(guān)心的無非是風電場能不能賺錢。從這個角度看，風電場定制化解決方案或許是行業(yè)趨勢，因為不同地形下的風電場建設(shè)與運營成本對經(jīng)濟效益至關(guān)重要。
以陸上為例，成本包含機組設(shè)備投資、基礎(chǔ)、道路、電力電纜、運輸?shù)跹b、運維成本等等。不同方案下各部分的成本與發(fā)電效益一定是不同的，尋求最優(yōu)的方案是最終目標。而這些至少建立在兩個基礎(chǔ)之上：一是有不同塔架高度、不同功率等級的高效智能風電機組作為優(yōu)化可選的設(shè)備，一是風電場微觀選址風速、湍流的評估的準確性。而海上風電場定制化解決方案則更加復(fù)雜，這些經(jīng)驗還需要更長的時間去積累。未來生存下來的風電整機商應(yīng)具備快速風場定制化機組所需的高效設(shè)計研發(fā)平臺，真正的針對風電場的地形、氣候、電網(wǎng)條件在每個機位快速定制化出最佳的發(fā)電機組。
綜合看，競爭的本質(zhì)在于技術(shù)與產(chǎn)品的綜合能力，在于理念、思路、方向、細節(jié)、效率和風險控制，但歸根到底是掌控這些東西的人，和凝結(jié)到企業(yè)中的規(guī)則和文化精髓。
�。ū疚耐耆莻�人觀點，憑感而寫，比較發(fā)散，也難免有不妥之處，請閱者見諒）
作者：董禮，博士，高級工程師，從事風電機組總體設(shè)計、機械系統(tǒng)設(shè)計、風電機組健康監(jiān)測與故障診斷等相關(guān)方面的工作。
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