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淺談國內風電整機技術發(fā)展
淺談國內風電整機技術發(fā)展
董禮
中國的低風速風電發(fā)展至今，已經進入了風電開發(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)產業(yè)的進一步擴張。有朋友說，這一收購將開啟了國內整機商的并購大幕，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。
（一）技術之源
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、忽略了風電的復雜性、犯了一些設計原則性的問題。有些公司據(jù)說為了規(guī)避倒塔，其某型號塔筒設計重量比行業(yè)內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)應該算是自主設計了，沈陽工大的技術，但始終沒有較佳的表現(xiàn)。
而目前國內排名靠前的整機廠，無一不是采用了技術引進、消化、再“創(chuàng)新”的路線，技術來源包括Furlander、Vensys、Aerodyn、GH、Windtec、Repower等。其中，華銳引進了Furlander的1.5MW整機技術，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的優(yōu)劣，然而技術之源確實影響深遠。
國內的聯(lián)合動力、明陽、海裝的主流機型的技術來源于德國Aerodyn公司。所引進的設計秉承了德國工業(yè)“靠譜”的特點，設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構，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，在引進的1.5MW技術平臺上聯(lián)合動力推出了最大到97m風輪直徑的產品，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的產品，某種程度上也算是一種技術引進。歷史是一面鏡子，或許今天海上風電的發(fā)展應以史為鑒，還好我們今天的基礎要比當年好很多，但真正靠譜的可以引進的技術也并不多，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。
�。ǘ┦⒀绫澈蟮男袠I(yè)風險
據(jù)了解，各家在引進技術后的再創(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。
我曾經問過原Kenesys的載荷總監(jiān)Nicolai先生關于載荷控制與可靠性的問題，他是我06年在德國實習期間的企業(yè)導師。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、時間在做新技術的驗證工作。 對于國內的整機公司來說，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)設計邊界，再加上成本壓力下供應鏈質量的參差不齊，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)者都應該樹立風險意識，對新技術、新算法、新突破、新設計、新部件都要認真分析、充分驗證、遵循科學嚴謹?shù)囊?guī)則；涉及設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、整機動力學特性如何考量、放大后的供應鏈成熟度如何、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、生產制造工藝怎么考慮等等問題都需要深入研究與應對。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劍指128-130m，而121m風輪直徑的機組還沒有大批量推廣應用的經驗。 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。
（三）競爭的核心是什么？
鑒于電網消納、風資源及政策影響，國內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，高出國內很多同類機組10%左右，而Enercon機組的可靠性與服務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品研發(fā)，突破核心技術研發(fā)。而技術研發(fā)往往不被國內整機企業(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、定制化風電場設計、智能診斷、新材料、新工藝等等技術研發(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。只有產品與技術相輔相成，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的探索更應該及早做儲備。
目前國內整機利潤水平已經較低，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、以及購買自身設備的收益。各大國內整機制造商正在著力培養(yǎng)自己“技術能力上的全產業(yè)鏈”，包括風電場的規(guī)劃與定制化、整機設計制造、后市場服務、核心大部件（如葉片、齒輪箱、發(fā)電機等）設計、并網技術、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。看來成敗不在于選了哪種技術路線。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與運營成本對經濟效益至關重要。
以陸上為例，成本包含機組設備投資、基礎、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雜，這些經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具備快速風場定制化機組所需的高效設計研發(fā)平臺，真正的針對風電場的地形、氣候、電網條件在每個機位快速定制化出最佳的發(fā)電機組。
綜合看，競爭的本質在于技術與產品的綜合能力，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計、機械系統(tǒng)設計、風電機組健康監(jiān)測與故障診斷等相關方面的工作。
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