風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。呂銘晟/攝

能源攸關(guān)國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全。黨的十八大以來(lái)，新能源和清潔能源發(fā)展被放在了更加突出的位置，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的新能源產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。截至今年9月底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量突破4億千瓦，是2000年的1170多倍，裝機(jī)總量連續(xù)13年穩(wěn)居世界第一。

目前，風(fēng)電已成我國(guó)發(fā)電量占比排首的第一大新能源電源，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。據(jù)國(guó)際可再生能源署統(tǒng)計(jì)，按現(xiàn)有匯率計(jì)算，中國(guó)2022年陸上風(fēng)電平均成本為每千瓦0.154元，基本實(shí)現(xiàn)平價(jià);海上風(fēng)電平均成本為每千瓦0.329元，趨于平價(jià)。

大型化技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新

成本持續(xù)下降，離不開(kāi)我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的持續(xù)創(chuàng)新和產(chǎn)品大型化迭代。在本世紀(jì)的20多年時(shí)間里，我國(guó)的各類(lèi)科研計(jì)劃對(duì)風(fēng)電機(jī)組大型化技術(shù)給予資助，涵蓋兆瓦級(jí)到20兆瓦級(jí)功率等級(jí)，包括國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“1.5兆瓦低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和整機(jī)研制”、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“20兆瓦級(jí)海上新型風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)”等，其中一些項(xiàng)目的科技成果獲得了國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

這一系列的風(fēng)電機(jī)組大型化技術(shù)創(chuàng)新，有力支撐了風(fēng)機(jī)產(chǎn)品迭代發(fā)展。我國(guó)于本世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)了600千瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的批量生產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組于2006年開(kāi)始批量生產(chǎn)。到2022年，陸上風(fēng)電機(jī)組大型化引領(lǐng)全球，6兆瓦機(jī)組成為主流機(jī)型，10兆瓦陸上機(jī)組下線。海上風(fēng)電機(jī)組迭代速度則更快，10兆瓦機(jī)組成為主流機(jī)型，16兆瓦機(jī)組也于2023年裝機(jī)并網(wǎng)。

風(fēng)電降本的有效路徑

為何風(fēng)電機(jī)組大型化是風(fēng)電降本的有效路徑?一方面，風(fēng)電機(jī)組大型化可以攤薄非設(shè)備成本。例如，將1吉瓦項(xiàng)目所需的100臺(tái)10兆瓦風(fēng)機(jī)升級(jí)為72臺(tái)14兆瓦風(fēng)機(jī)，可減少28個(gè)塔筒、塔樁的基建成本，進(jìn)而對(duì)線路、塔架等的投入產(chǎn)生影響，推動(dòng)整體配套、運(yùn)維成本下降。數(shù)據(jù)顯示，在1吉瓦海上風(fēng)電場(chǎng)安裝14兆瓦風(fēng)機(jī)比10兆瓦風(fēng)機(jī)節(jié)約超7億元成本。另一方面，單機(jī)容量的提升意味著更大的掃風(fēng)面積和更高的輪轂高度，切入風(fēng)速更低，在同一地理位置可以捕獲更多風(fēng)能，提升風(fēng)機(jī)利用小時(shí)數(shù)，增加有效發(fā)電量，最終降低度電成本。

風(fēng)電機(jī)組大型化降本也有著清晰的路徑，內(nèi)生動(dòng)力強(qiáng)勁。面向未來(lái)，風(fēng)電機(jī)組容量將向20兆瓦、25兆瓦等大型化邁進(jìn)，首要任務(wù)是風(fēng)電機(jī)組大型化模式變革創(chuàng)新。現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)大型化模式單一，均是沿著兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的技術(shù)路線進(jìn)行放大，在增大容量、加長(zhǎng)葉片和增高塔架方面進(jìn)行創(chuàng)新。未來(lái)在20兆瓦、25兆瓦風(fēng)機(jī)的研發(fā)上，若繼續(xù)采取老方法將無(wú)法滿(mǎn)足更大單機(jī)容量、更低度電成本的要求，需在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式和新型材料應(yīng)用等方面進(jìn)行底層革新，促進(jìn)大型化發(fā)展模式全面變革，助推雙機(jī)頭風(fēng)機(jī)、多葉輪風(fēng)電系統(tǒng)等新技術(shù)的涌現(xiàn)和快速發(fā)展。

完善配套服務(wù)鏈與保障質(zhì)量

要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，完善配套服務(wù)鏈尤為重要。風(fēng)電大型化加速發(fā)展，相應(yīng)的運(yùn)輸、安裝、施工等產(chǎn)業(yè)鏈條配套也要跟上。例如，海上風(fēng)電需海上施工、海上船舶等行業(yè)的支持，匹配海上風(fēng)電大型化發(fā)展速度。研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，我國(guó)現(xiàn)役海上風(fēng)電安裝船僅有1艘具備15兆瓦風(fēng)電機(jī)組吊裝的能力、2艘可以滿(mǎn)足10兆瓦以上風(fēng)電機(jī)組安裝需求;在建安裝船以及駁船中，能夠安裝15兆瓦至16兆瓦風(fēng)電機(jī)組的僅有5艘。

風(fēng)電機(jī)組的大型化快速迭代，更要注重保障產(chǎn)品質(zhì)量。與國(guó)外行業(yè)龍頭產(chǎn)品的迭代速度相比，我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組迭代速度快了1倍以上，僅2022年我國(guó)風(fēng)電企業(yè)就推出220余款新機(jī)型。風(fēng)機(jī)迭代促使供應(yīng)鏈不斷被淘汰與更新，但新研發(fā)的大兆瓦風(fēng)機(jī)缺少足夠的測(cè)試，在得到充分驗(yàn)證之前就批量交付應(yīng)用，可能存在一定的風(fēng)機(jī)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。因此，需關(guān)注大型化機(jī)組的可靠運(yùn)行能力，給技術(shù)創(chuàng)新更多的驗(yàn)證時(shí)間，做好大部件的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，同時(shí)全面保障整機(jī)的工程試驗(yàn)驗(yàn)證，只有產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)關(guān)達(dá)優(yōu)，機(jī)組的大型化變革才能真正推動(dòng)全行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

(作者系海上風(fēng)力發(fā)電裝備與風(fēng)能高效利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、湖南大學(xué)教授，本報(bào)記者王昊昊整理)