——訪(fǎng)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(kāi)發(fā)”的轉折時(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)現積極穩妥推進(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)接受了本報記者的專(zhuān)訪(fǎng)。
仍不完全具備規�；l(fā)展條件
中國能源報：“十二五”時(shí)期，國內海上風(fēng)電發(fā)展緩慢，您認為最大掣肘因素是什么？
張海亞：核心問(wèn)題在于沒(méi)有適宜的海上風(fēng)電機組。所謂適宜，包含三個(gè)方面——經(jīng)濟性、可靠性和長(cháng)期保障。
經(jīng)濟性是指采用該機組的風(fēng)場(chǎng)建設投資回報率是否滿(mǎn)足要求，在電價(jià)、工程造價(jià)和機組投標價(jià)基本確定的現階段，無(wú)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，該指標直接決定建成后運營(yíng)的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際收益是否滿(mǎn)足預期的投資回報率。
長(cháng)期保障是指在二十多年的運營(yíng)周期內，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(cháng)期保障能力，這涉及整機企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式、企業(yè)理念、工業(yè)底蘊等多方面。
中國能源報：有預測稱(chēng)，“十三五”時(shí)期國內海上風(fēng)電將扭轉“十二五”時(shí)期發(fā)展緩慢的狀況，在您看來(lái)，國內海上風(fēng)電是否具備了規�；l(fā)展的條件？
張海亞：海上風(fēng)電項目單體容量大，建設周期長(cháng)，從目前了解到的各項目進(jìn)度來(lái)看，我認為“十三五”期間，國內海上風(fēng)電預計建設規模約500萬(wàn)-1000萬(wàn)千瓦，建成接近500萬(wàn)千瓦。拋開(kāi)已建成的，實(shí)際建設項目也就十余個(gè)。所以，“十三五”期間的海上風(fēng)電應該還是處于大規模示范的階段。
目前國內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(guò)研制、樣機驗證、小批量示范整個(gè)過(guò)程的卻沒(méi)有幾家，加上引進(jìn)西門(mén)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(zhù)國家對節約用海的嚴格要求，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(lái)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，國內海上風(fēng)電目前并不完全具備規�；l(fā)展的條件。
中國能源報：之前，不少企業(yè)稱(chēng)海上風(fēng)電標桿電價(jià)太低，不具備經(jīng)濟開(kāi)發(fā)價(jià)值，目前來(lái)看，電價(jià)沒(méi)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(zhù)巴黎氣候大會(huì )的召開(kāi)、國內經(jīng)濟步入新常態(tài)以及環(huán)保壓力的持續增大，能源結構調整已刻不容緩。在現有的火、水、核、風(fēng)、光能源結構中，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)電因為規劃、利益分配、技術(shù)等多方面因素相互影響，導致“三北”地區棄風(fēng)限電現象在“十三五”期間無(wú)法根本解決。
那么，在國家政策強力推進(jìn)和大規模棄風(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(kāi)發(fā)陸上低風(fēng)速資源和海上風(fēng)電。
對現階段陸上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)項目而言，盈虧平衡點(diǎn)大約為風(fēng)電機組年利用小時(shí)數2000小時(shí)。但面對平均風(fēng)速已低至5米/秒的廣大南方山區風(fēng)電場(chǎng)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(gè)標準。而風(fēng)場(chǎng)建設還要受到地形、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(shí)間來(lái)看，陸地低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)無(wú)法快速大規模建設，不能完全滿(mǎn)足各大發(fā)電集團期望的大規模建成投運的目標。
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)向穩定，近負荷中心，而且單體項目動(dòng)輒二三十萬(wàn)千瓦起，相當于多個(gè)陸上項目同時(shí)建設，從發(fā)電收益和建設規模都滿(mǎn)足各大發(fā)電集團的需求。因此，現階段大力開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電已成為各大發(fā)電集團的共識。
開(kāi)發(fā)適宜的海上機組是核心
中國能源報：就國內海上風(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上，通過(guò)適度創(chuàng )新，研究海上風(fēng)電機組運行的客觀(guān)規律，掌握海上風(fēng)機設計要求�！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(gè)海上風(fēng)電項目來(lái)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(chǎng)為代表的幾個(gè)海上風(fēng)電項目來(lái)看，目前國產(chǎn)海上風(fēng)電機組分為三類(lèi)：
一是陸地機組下海，這類(lèi)產(chǎn)品在陸地可靠性已經(jīng)達到較高水平，經(jīng)過(guò)適應性改造，基本滿(mǎn)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(lèi)產(chǎn)品最大的缺點(diǎn)是單機容量小，均小于3MW，不適于海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的要求，基本屬于淘汰類(lèi)型。
二是引進(jìn)成熟技術(shù)，這類(lèi)產(chǎn)品在國外經(jīng)過(guò)大規�？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(shí)間內適宜海上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)。但這類(lèi)產(chǎn)品最大的隱患在于，國內企業(yè)并不掌握其核心技術(shù)，未來(lái)運維、優(yōu)化均受制于外方，改進(jìn)升級的可能性極低，解決辦法只能持續引進(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(lái)看壓制了國內行業(yè)的發(fā)展，長(cháng)期來(lái)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)品二十多年安全穩定運行的海上風(fēng)電行業(yè)來(lái)講，是不負責的。
三是全新研制，這類(lèi)產(chǎn)品受產(chǎn)品研制的客觀(guān)規律影響，大多處于樣機驗證階段，除了海裝5MW兩臺樣機長(cháng)期可利用率能超過(guò)95%以外，其余樣機暫時(shí)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，國內整機商生產(chǎn)的海上風(fēng)機和西門(mén)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？在設計和制造環(huán)節各有哪些體現？
張海亞：概括而言，差別體現在一個(gè)方面，差距體現在兩方面。
差別主要在于市場(chǎng)需求不同，整機設計理念有所差別。國際上海上風(fēng)電成功機型均來(lái)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規范，為I類(lèi)風(fēng)場(chǎng)。因此，歐洲整機商設計的海上風(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(shí)甚至4000小時(shí)的年滿(mǎn)發(fā)利用小時(shí)數，滿(mǎn)足項目開(kāi)發(fā)的投資回報率。中國沿海主要以長(cháng)江口為分界。長(cháng)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(lèi)風(fēng)區設計。長(cháng)江口以北，年平均風(fēng)速普遍低于7.5米/秒，需要滿(mǎn)足Ⅲ類(lèi)風(fēng)場(chǎng)投資回報率的風(fēng)機。
差距主要在于設計驗證和持續改進(jìn)兩方面。隨著(zhù)風(fēng)電機組風(fēng)輪直徑逐漸增大，風(fēng)電機組使用區域逐漸遠離人煙，原有理論基礎對產(chǎn)品研制的指導性越來(lái)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(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)品測試。由于該平臺對于單個(gè)企業(yè)而言投資巨大，利用率低，因此目前國內沒(méi)有相關(guān)的試驗機構或平臺。海裝擬結合國家海上風(fēng)力發(fā)電工程中心建設和行業(yè)未來(lái)發(fā)展，打造相關(guān)的試驗驗證平臺，并逐步建設為國家級公共資源。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(chǎng)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，國內在海上風(fēng)電工程安裝、海上風(fēng)電場(chǎng)設計等方面，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(chǎng)的設計，對此不敢妄自評論。
結合對國外調研的情況來(lái)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，以整機商為平臺，綜合吊裝公司、電氣安裝公司、調試公司、運維公司、運維船舶運營(yíng)公司、直升機運營(yíng)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(lái)看，建議海上風(fēng)電工程安裝和海上風(fēng)電場(chǎng)設計能夠把握未來(lái)風(fēng)電機組發(fā)展的趨勢，結合趨勢做一些準備，例如考慮大容量、長(cháng)葉片機組的施工安裝，風(fēng)電場(chǎng)設計等。
海上風(fēng)電不會(huì )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(gè)例子：假設陸地項目盈虧點(diǎn)的年滿(mǎn)發(fā)利用小時(shí)數為2000小時(shí)，電價(jià)為0.61元，單位千瓦建設靜態(tài)總投資為9000元，那么其投資回報系數為：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(lèi)比計算
18000÷（海上風(fēng)電年滿(mǎn)發(fā)利用小時(shí)數×0.85）=7.38 。那么海上風(fēng)電年滿(mǎn)發(fā)利用小時(shí)數不能低于2869。
目前，國內絕大多數已設計的海上風(fēng)電機組理論值遠低于上述目標。因此，在一段時(shí)間內，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(jìn)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(guò)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(chǎng)的潛在故障率。
當達到一定程度后，故障率的降低就會(huì )是一個(gè)緩慢的過(guò)程，那么在這種情況下，整機商通過(guò)對運維過(guò)程進(jìn)行策劃、組織和調度，梳理機組的故障機理，開(kāi)展失效機制研究并較為準確的分析和預測機組可能出現的故障，做到從事后維護變?yōu)轭A防性維護，結合有效的氣象預測和精準快速的故障處理能力可以極大地減少非計劃停機的時(shí)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)出現過(guò)產(chǎn)能過(guò)剩、質(zhì)量隱患等各種問(wèn)題，如何未雨綢繆，防范海上風(fēng)電快速啟動(dòng)后也出現類(lèi)似的問(wèn)題？
張海亞：工業(yè)是一個(gè)國家的基礎，積累是一個(gè)緩慢的過(guò)程。陸上風(fēng)電快速發(fā)展期曾經(jīng)出現的問(wèn)題，主要在于部分企業(yè)忽視工業(yè)積累的客觀(guān)規律，急功近利而導致的。風(fēng)電行業(yè)經(jīng)過(guò)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(shí)力，能夠在“十三五”期間參與到實(shí)際項目當中的更是屈指可數。加之開(kāi)發(fā)商在選擇合作伙伴上更加理性和審慎，因此，我認為海上風(fēng)電不會(huì )重蹈陸上風(fēng)電的覆轍。
