浅谈国内风电整机技术发展

时间：2023-04-30 11:08:02 论文范文我要投稿

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浅谈国内风电整机技术发展

　　浅谈国内风电整机技术发展

　　董礼

　　中国的低风速风电发展至今，已经进入了风电开发的“无人区”，下一步怎么走只有自己向前探索，仅仅靠引进技术很难走得太远。

　　近日，华锐的A股股价跌到近1.5元，名副其实的是A股最低价格的股票了，似乎也走到了退市的边缘。昔日风电老大如今的境况有点让人惋怜。而盾安高价收购华创，让垂涎欲滴的明阳没能实现产业的进一步扩张。有朋友说，这一收购将开启了国内整机商的并购大幕，这个还需要拭目以待。但无论怎样，中国风电整机市场这些年的竞争可以用惨烈来形容，2008年统计的国内整机制造商超过80多家，而今天成规模的只有20家左右，这个数字还将会进一步的缩小。

　　（一）技术之源

　　记得2007年左右，我还在廖明夫教授那读博士，一个造纸厂的老板找到主持中德风电培训项目的廖教授，说要搞风电整机，而且认为自己完全有能力搞，觉得搞个风车很容易的事情。这样“自信”的公司非常之多，找廖老师的也很多，多是想让其指点一二，均被廖老师泼了冷水。很多企业在后来的风电整机路上也并不顺利，其最主要的原因就是盲目自信、忽略了风电的复杂性、犯了一些设计原则性的问题。有些公司据说为了规避倒塔，其某型号塔筒设计重量比行业内的佼佼者高出近百吨。如果真是这样的话，何谈竞争力呢？华创应该算是自主设计了，沈阳工大的技术，但始终没有较佳的表现。

　　而目前国内排名靠前的整机厂，无一不是采用了技术引进、消化、再“创新”的路线，技术来源包括Furlander、Vensys、Aerodyn、GH、Windtec、Repower等。其中，华锐引进了Furlander的1.5MW整机技术，并创造了过山车似的发展历史，而当时的Furlander在德国几乎是“揭不开锅的”（欧洲没什么市场），华锐的橄榄枝挽救了Furlander几年的生命，不过在2013年这家公司还是破产了。记得06年底我还去了这家公司参观访问，大胡子老板的中国式的热情，也印证了他对中国人的好感。当然华锐股价从上市之初的90元一路走到今天的全股市最低价，肯定不能完全归咎于引进技术的优劣，然而技术之源确实影响深远。

　　国内的联合动力、明阳、海装的主流机型的技术来源于德国Aerodyn公司。所引进的设计秉承了德国工业“靠谱”的特点，设计出的机组安全性较好，传动链选用可靠性较高的四点支撑结构，机组的余量较大。这也为这些公司近年来在低风速的平台化推进奠定了基础，在引进的1.5MW技术平台上联合动力推出了最大到97m风轮直径的产品，并且适用到3类风区，确实是步伐不小。至于行业最大的黑马远景，也是高仿GE和Siemens的产品，某种程度上也算是一种技术引进。历史是一面镜子，或许今天海上风电的发展应以史为鉴，还好我们今天的基础要比当年好很多，但真正靠谱的可以引进的技术也并不多，需要认真鉴别。上海电气和西门子的绑定会不会成功，拭目以待吧。

　　（二）盛宴背后的行业风险

　　据了解，各家在引进技术后的再创新也是不尽人意，即使是非常“成功”的整机企业。一个朋友到了一家排名靠前的整机公司工作，发现偏航系统故障点很少，他感叹难怪现场没什么故障，口碑那么好，但难说后面不会有更大的隐患。

　　我曾经问过原Kenesys的载荷总监Nicolai先生关于载荷控制与可靠性的问题，他是我06年在德国实习期间的企业导师。他讲，以GE为代表的公司在载荷控制方面深入挖掘，机组设计比较轻，成本低；而部分欧洲整机公司则考虑更多的是鲁棒性，机组会更强壮，成本偏高。举个例子，就好像来了一股妖风，GE的风机扭了一下腰，扛过去了；而有的整机则什么都不用动就扛过去了，因为它够强壮。当然，个人认为不能追求单方面的极致，要做好降载控制算法的验证工作，做好安全评估。实际上，GE花了大量人力、财力、时间在做新技术的验证工作。对于国内的整机公司来说，如果不深入研究论证，照猫画虎，扭不好可能会把自己的“腰”扭断。

　　而在市场激烈竞争之下，国内新机型的研发周期越来越短、以仿真为主缺乏真正的验证、不断的挑战设计边界，再加上成本压力下供应链质量的参差不齐，使得机组的安全可靠性令人担忧。2016年多家整机公司出现批量变桨轴承断裂的事故，而主轴承、齿轮箱、发电机等关键大部件的批量性的事故也时有发生，这些并不是个案和巧合。而海上机组的事故则会造成更大的维修成本。

　　有些整机公司则准备了大量资金做拨备，也说明了制造商对潜在的风险的担心，但这毕竟是事后措施。有人说风电是场长跑，最后的冠军是谁很难说。不管怎样，风电整机从业者都应该树立风险意识，对新技术、新算法、新突破、新设计、新部件都要认真分析、充分验证、遵循科学严谨的规则；涉及设计原则的问题更要系统思考。

　　教科书里的相似准则也没法直接放大叶轮直径和提高塔架高度，所涉及的气弹稳定性是否被考虑、有没有降噪模式、雷诺数如何变化、整机动力学特性如何考量、放大后的供应链成熟度如何、吊装运输问题如何解决、超高塔筒如何减振加阻、机组载荷如何有效控制、生产制造工艺怎么考虑等等问题都需要深入研究与应对。如果不管不顾的粗放式、冒进式的推进“新机组”的研发，势必风险更大。

　　今年以来，各家2MW级别的陆上机组的叶轮直径已经剑指128-130m，而121m风轮直径的机组还没有大批量推广应用的经验。这个过程谁做的扎实细致，谁的风险或许就能控制的好些。当然，有些“急功近利”的业主也加速了行业的激烈竞争，不过最终业主也是这些机组的最后拥有者、风险的主要买单者。

　　（三）竞争的核心是什么？

　　鉴于电网消纳、风资源及政策影响，国内的风电机组向低风速、超低风速发展，单位千瓦扫风面积不断刷新，走出了一条有中国特色的低风速风电发展之路。似乎谁的单位千瓦扫风面积越大谁就一定发电量越强，技术实力越强。实际上，对机组发电能力影响的还有整机效率、控制策略、机组可靠性；同时工艺、材料、供应链的成熟度直接影响了机组的稳定可靠。

　　开车在德国高速公路上，道路两旁风电机组层出不穷，而出现最多的就是德国制造商Enercon的风机，其整机最优效率达到0.47以上，高出国内很多同类机组10%左右，而Enercon机组的可靠性与服务在德国也是口碑最佳，尽管Enercon几年也不推出一款新机型，但其仍是德国乃至欧洲陆上第一品牌。这或许应该给我们的研发一点启示。近期，风电制造商的老牌劲旅Vestas发布了其2MW-116/120机组，也在发力中国的低风速风电市场。据说其售价也低于4300元/kW。

　　面对这些强劲的国外对手，也许我们更需要进一步深化产品研发，突破核心技术研发。而技术研发往往不被国内整机企业重视，特别是研发团队较小、资源有限的公司。而部分成规模、发展较好的国内整机企业，研发队伍也较为庞大，但缺乏系统研发，缺乏系统的构架，方向性不强，造成了比较大的资源和人员的浪费。独立变桨、分段叶片、新型传动链、新型塔筒、智能控制、效率提升、定制化风电场设计、智能诊断、新材料、新工艺等等技术研发项目更需要我们在浮躁的竞争环境中安下心来做精作细，更需要从整机甚至风场的角度系统性的开展。只有产品与技术相辅相成，共同发展，才能更加持久。

　　在政策层面，2020年风火同价的呼声越来越高。如果这样的话，到2020年，平均风电上网电价还有0.1元左右的下降空间，给整机制造企业的成本压力是十分巨大的。而围绕降成本的新技术的探索更应该及早做储备。

　　目前国内整机利润水平已经较低，金风科技2016年净利润中很大的比例也来自于风电场的投资收益、以及购买自身设备的收益。各大国内整机制造商正在着力培养自己“技术能力上的全产业链”，包括风电场的规划与定制化、整机设计制造、后市场服务、核心大部件（如叶片、齿轮箱、发电机等）设计、并网技术、风电场EPC等，这既是市场竞争的要求、风险控制的手段，也是利润扩展的需要。

　　依稀记得，若干年前我们讨论更多的还是双馈与直驱的纷争，到今天纷争的声音渐小，两种路线都有发展好和不好的代表。看来成败不在于选了哪种技术路线。而风电场不论装了什么类型、多少功率、塔架多高的机组，关心的无非是风电场能不能赚钱。从这个角度看，风电场定制化解决方案或许是行业趋势，因为不同地形下的风电场建设与运营成本对经济效益至关重要。

　　以陆上为例，成本包含机组设备投资、基础、道路、电力电缆、运输吊装、运维成本等等。不同方案下各部分的成本与发电效益一定是不同的，寻求最优的方案是最终目标。而这些至少建立在两个基础之上：一是有不同塔架高度、不同功率等级的高效智能风电机组作为优化可选的设备，一是风电场微观选址风速、湍流的评估的准确性。而海上风电场定制化解决方案则更加复杂，这些经验还需要更长的时间去积累。未来生存下来的风电整机商应具备快速风场定制化机组所需的高效设计研发平台，真正的针对风电场的地形、气候、电网条件在每个机位快速定制化出最佳的发电机组。

　　综合看，竞争的本质在于技术与产品的综合能力，在于理念、思路、方向、细节、效率和风险控制，但归根到底是掌控这些东西的人，和凝结到企业中的规则和文化精髓。

　　（本文完全是个人观点，凭感而写，比较发散，也难免有不妥之处，请阅者见谅）

　　作者：董礼，博士，高级工程师，从事风电机组总体设计、机械系统设计、风电机组健康监测与故障诊断等相关方面的工作。

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