江蘇開發經驗：區域適應，整體解決

■文｜《海洋與漁業》記者 羅茵

中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司 市場總監張海亞

與陸上風電相比，海上風電具有施工期短、高溫、腐蝕、海上可達性差等特征，造價成本因此也更高。到目前為止，經濟性仍然是高懸于海上風電發展之上的達摩克利斯之劍。提高工程效率，在保證安全性的情況下，降低成本，成為眾多投資商關注的焦點話題。

在 2018年第四屆中國海上風電產業發展國際峰會上，中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司（以下簡稱“中國海裝”）市場總監張海亞結合海上風電的開發建設特點以及江蘇省區域情況，給眾人算了“一筆賬”，并指出，大兆瓦、長葉片機組，一體化解決方案，全過程驗證等都是區域適應性發展的更經濟、更可靠的選擇。

機組大型化5兆瓦風機將漸成主流

“地質條件是建設風電場時首要考慮的問題，因為不同底質的工程造價會差別很大。”張海亞指出，江蘇省海域最顯著的地貌特征是坡度極平緩的潮間帶和淺海輻射沙洲，這是江蘇省海上風電能發展起來的重要原因。

截止 2016年，江蘇省海上風電并網量為 1230MV,2017年至 2020年間，并網量預計為3000 MV，“江蘇省是我國的海上風電大省，已裝機規模、正在建設項目以及未來規劃容量，均為全國第一。”張海亞介紹說。

“在江蘇省的規劃中，平均單位容量面積下調超 64%，意味著更大兆瓦的風機組才能滿足要求，所以 5兆瓦以上的風機組才能滿足要求。”他表示，目前我國的平均裝機率穩步上升，5兆瓦風機逐漸成為主流，6兆瓦進入樣機示范，機組大型化是趨勢之一。“現在我國可以制造4兆瓦、5兆瓦、6兆瓦等大容量海上風機組，其中 4兆瓦居多，占據了半壁江山。2017年仍以 4兆瓦為主，今年起 5～6兆瓦機組占比將明顯提升。中國海裝的基礎技術就是5～8兆瓦以上，但從業主使用層面上來講，還不夠成熟。”

表一 行業平均投資收益參數對比參考

表二 典型單位千瓦掃風面積機型在典型風況下設計理論年滿發小時數對比

表三 我國各地區風資源評估表

提升風輪直徑提高經濟性最直接的方法

“江蘇總體風速不高”，張海亞解釋說，江蘇風資源特點從北到南呈增加趨勢，100高度年平均風速范圍在6.5～8.5 m/s之間，隨離岸距離增加而增加。

風資源決定經濟效益，平均風速不高，要實現經濟效益，機組選擇就顯得特別重要。“一個風電場選擇機組，回報率如何，是可以計算出來的。”他指出，綜合評估海上風電風建設的平均造價、資本金、貸款利率、折舊率、運維成本、管理費用，可以算出年等效滿發利用小時數。目前，海上風電單位千瓦動態投資平均參考值為 17000元，那么年等效滿發利用小時數就需要 3000小時以上。“簡單來說就是，如果說造價為 7500元、標桿電價為 0.57元 /度的陸上風電需要 2000小時實現營收平衡的話，那么標桿電價為 0.85元 /度的海上風電一年需要 3106小時才能回本。”

通常情況下，風電機組的總體設計參數會從理論上決定機組的發電性能，其中以單位千瓦掃風面積最為重要。在同等風輪直徑的前提下，額定容量越高，理論的發電量也就越高，但等效小時數必然降低。國外的機組都會通過提高容量來升級，國內則是全場容量了再選機組，所以是等效小時數越高越好。那么要等效小時數越高，最根本的辦法就是提高風輪直徑或者降低整機容量去提高單位千瓦掃風面積。“保持額定功率不變，提升風輪直徑，是提高經濟性的最直接方法。”

“那是不是額定功率越大越好呢？我個人認為，大家把額定功率看的太重要了，其實葉輪直徑才更重要。”他指出，根據相關數據顯示，在福建，以 150米葉輪直徑來算，在年平均風速9.5m/s的情況下，6兆瓦整體投資回報反超 5兆瓦；在年平均風速 10m/s的情況下，6.7兆瓦反超5兆瓦。因為隨著平均風速的增大，高單位千瓦掃風面積帶來的發電優勢在逐漸降低。“而在江蘇，4兆瓦的170米風機組的收益是好于170米 5兆瓦風機組，我想說的是這個概念。”

對于低切變問題，也同樣要求長葉片，張海亞說，低切變就需要考慮到應用降載及機艙穩定性控制技術，因為隨著大型風機容量及葉片長度的增加，整機和葉片載荷在不斷增加，對部件強度和結構的要求升高，風機塔頂重量不斷增加，對風機的支撐系統及風電場建設的經濟性都產生了影響。“而且，由于長葉片變形量大，在保持錐角好仰角不變的前提下，控制葉片變形量是系統集成需要解決的問題。”

一體化方案解決高溫腐蝕等問題

對于海上風電存在的施工期短、高溫、腐蝕、可達性差等問題，張海亞提出了相關的解決技術。他指出，施工期短可以從單葉片整機吊裝和基地塔基模塊化組裝入手。

“因為腐蝕問題，風機組不能進行空氣交換，所以解決高溫是在解決腐蝕的基礎上進行的。” 這需要用到整體防惡劣環境控制技術，塔基、機艙、輪轂迷宮密封拒絕鹽霧顆粒，避免累積效應。 “現在防腐還有一個很大的問題就是，風電機組的廠家做葉片、塔筒、整機都是分開的，當出現了腐蝕問題，業主還是會找到整機的廠家。所以我們希望能做到一體化防腐，就是由整機廠提出這個一體化的解決方案，然后包給相關的零部件配套廠家去實施。”

張海亞說，海洋環境可達性差，所以“故障恢復”、“容忍故障的能力”被引用到 5兆瓦海上風電機組系統設計之中，采用人工干預下的系統重構，通過冗余解析和重構，能解決60%以上的常規故障。另外，據相關統計，海上風電傳感器故障占到整個風機電氣類故障的40%以上，但是一臺風機所有傳感器總價值僅為整體價值的1%不到，“所以說最簡單的做法就是增加傳感器的數量。”

保證可靠性需要通過全過程驗證

2017年 9月13日，由中國海裝自主研發的 H171－ 5MW+在江蘇如東并網滿發 ,該機組風輪直徑達 171米，是全球風輪直徑最大的 5MW海上風電機組。為保證其可靠性，中國海裝依靠“風電裝備載荷計算與仿真分析平臺”和“風電裝備系統控制分析與測試平臺”完成了相關的分析和測試。

“有人說可靠性是設計出來的，還有人說可靠性是通過試驗驗證出來，那么我想加一句話——沒有驗證過的技術就像是推廣新技術時僅僅在會場上讀宣傳PPT。”他表示，創新技術需要經過研發、試驗、批量、后評估的全過程驗證，“對于區域性整體適應方案來說，除了技術性的東西，還要有一個全過程的認證，沒有經過樣機試驗就規模化，是不利于行業發展的。”