“每十年，海上風電機組的風機直徑就增加50米?！泵麝栔腔勰茉醇瘓F有限公司執(zhí)行總裁首席技術(shù)官張啟應在2018粵港澳大灣區(qū)電力創(chuàng)新高峰會上如是形容海上風電機組大型化的發(fā)展趨勢。
根據(jù)彭博新能源財經(jīng)的預測：2015年至2020年的海上風電機組平均單機容量在5.1MW，而2020年至2025年的平均單機容量在6.6MW。
單機容量更大，意味著風機直徑也更大。1983年，海上風電主流風機直徑只有16米，1993年約為65米，2003年增加到116米，2013年達到了164米。而如今，GE正在研發(fā)的12MW海上風機直徑將達到220米。
在張啟應看來，海上風電機組的進化遵循著摩爾定律。“那么，什么時候是個極限呢？”他十多年前剛?cè)胄械臅r候就這樣問過。現(xiàn)在看來，大家也說不清楚什么時候是個極限。在競價降成本的環(huán)境下，大容量的海上風電機組被寄予希望。
市場競爭推動風機大型化
從陸地到海上，在張啟應看來，海上風電類似生物進化進程一樣。因為在海上，風機需要面對更嚴峻的挑戰(zhàn)。
在海上，風電機組面臨的自然條件更加惡劣、多變。海上鹽霧會造成機體腐蝕、浪潮增加載荷、海床地形復雜增加建設難度以及遠離陸地、極端天氣增加的運維成本等。
大容量機組被認為更適合在海況復雜的地區(qū)使用。我國沿海不同地區(qū)的海床結(jié)果差異較大，從松軟的灘涂到堅硬的巖石，海床條件不佳，在海上風電場的設計與施工過程中，容易遇到風機點位較少的情況。采用大容量機組，可以減少設計與施工難度，減少施工投資成本。
例如，在環(huán)渤海地區(qū)，海床地質(zhì)條件復雜、海冰災害嚴重等問題會對機組基礎造價產(chǎn)生不利影響。采用更大單機容量的海上機型，可以減少機組數(shù)量，減少上述問題帶來的影響。
丹麥風能咨詢機構(gòu)MAKE在2017年底發(fā)布的《全球風機趨勢》報告指出，主要風電市場的競爭推動了更大渦輪機和更長葉片的發(fā)展趨勢，特別是在歐洲。
GE正在研發(fā)風機直徑達到220米的12MW的海上風電機組。GE全球海上風電工程及技術(shù)總監(jiān)文森特·謝林斯（Vincent Schellings）告訴eo，目前機組研發(fā)進展順利，樣機預計在明年第二季度進行安裝。
文森特?謝林斯介紹，在同樣規(guī)模的風電場中，使用12MW的風機比使用6MW風機的所需的風機數(shù)量少一半，這也就意味可以使用更少的基座、海底纜線等。GE根據(jù)中國海域水深25米、硬砂質(zhì)土、風速9米/秒、規(guī)模為400MW風電場的情況進行估算，在單樁基礎方面，6MW的風機需要的基礎重量為626噸、最大直徑為7米、每千瓦造價為人民幣3151元，12MW需要的基礎重量為925噸、最大直徑為9米、每千瓦造價為人民幣2262元；在吊裝方面，6MW風機的周期為143天、每千瓦造價為人民幣427元，12MW風機的周期為77天、每千瓦造價為人民幣318元?？傮w上看，能為風場降低的基礎和施工成本高達28%，同時有助于降低安裝風險。
安永全球顧問委員會在2015年進行的一項研究就發(fā)現(xiàn)，到2030年，海上風電每兆瓦時有望降至90歐元（折合人民幣約702.9元）。其中關鍵的成本措施包括：部署更大的風機以增加風能可降低9%的成本，鼓勵更多的競爭可為成本降低7%，保持總量上升和規(guī)?；l(fā)展可減低7%的成本，供應鏈優(yōu)化和物流整合可能會節(jié)省3%的成本。
“中國現(xiàn)在用競價上網(wǎng)的模式替代固定電價，使得能源的成本快速降低，大型的風機是一種途徑?！蔽纳?謝林斯說。
我國目前正在推動大容量風機的發(fā)展。國家能源局在2016年12月印發(fā)的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中指出，“十三五期間重點研究 8MW~10MW 陸/海上風電機組關鍵技術(shù)，并且提出實現(xiàn)5-6MW等級大型海上風電機組的安裝規(guī)范化和機組運維智能化。
在我國沿海地區(qū)，也在大力發(fā)展大容量機型。例如，江蘇省人民政府在2017年2月發(fā)布的《江蘇省“十三五”海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，明確強調(diào)要重點發(fā)展具有世界先進水平的6MW以上海上風電機組及關鍵零部件。山東省2018年5月發(fā)布的《山東海洋強省建設行動方案》提到，加強6兆瓦、8兆瓦、10兆瓦及以上大功率海上風電設備研制及使用。
被寄予帶動其他行業(yè)發(fā)展的希望
大容量機組為了具備一定的掃風效率須使用更長的葉片，同時機艙、輪轂、發(fā)電機等部件的尺寸也較小容量機組更大。在公路運輸中，轉(zhuǎn)彎半徑、限寬限高等會對大容量機型帶來挑戰(zhàn)。
以GE HALIADE 150-6MW風機為例，其葉片達到73.5米，長度相當于兩架機型為C919飛機長度之和。將此葉片從西班牙工廠運輸?shù)疆數(shù)馗劭?，再由海運至德國，最終安家落戶在北海上的默克風場，并非一件容易的事情。在其首次運輸，從西班牙卡斯特利翁LM風電機葉工廠出發(fā)，到達卡斯特利翁港，陸運距離45千米，實際運輸時間為3.5小時，期間還有警車的護送以保證安全。此次項目負責人何塞·路易斯·格勞（Jose Luis Grau）和他的團隊花了13個月，在聯(lián)系了當?shù)卣透蹌站种?，才研究出相應的運輸方案。
有行業(yè)從中看到了帶動其行業(yè)發(fā)展的機會。在荷蘭阿姆斯特丹舉行的2018年國際直升機技術(shù)研討會（Helitech International 2018）上，離岸風電咨詢公司（Offshore Wind Consultants Ltd.）高級主管哈立德?卡姆哈維（Khalid Kamhawi）表示:“離岸風電行業(yè)是一個可行且可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)，投資這個行業(yè)就等于投資于未來?！?/p>
隨著海上風電場和風機規(guī)模越來越大，直升機可以在操作和維護期間提供支持，這將為直升機運營商提供很多的機會。
哈立德?卡姆哈維說，直升機可以在風力發(fā)電場的整個生命周期中使用，從最初的勘探到建造到維護，都可以為直升機行業(yè)提供大量的工作機會。
但是用直升機運輸?shù)慕?jīng)濟性還有待觀察。
大容量風機在國內(nèi)尚處于起步階段，仍有考驗
國內(nèi)目前具備一定大容量海上風電機組的設計制造能力，但仍處于樣機試驗階段，尚未進入規(guī)模化生產(chǎn)階段，初期價格會比較高。水電水利規(guī)劃設計總院副院長易躍春在2018年12月8日舉辦的第三屆全國海上風電工程技術(shù)大會上介紹道，風電機組的價格4MW和5MW大約在6000元左右，6MW以上由于沒有大批量應用，研發(fā)成本較高，單位造價比較高。
作為風電機組開發(fā)的最后環(huán)節(jié)，風電機組形式認證尤為重要。風電機組整機的型式認證包括設計評估、型式試驗和工廠審查等模塊。有風機制造企業(yè)人士曾向eo表示，風機必須有型式認證才能并網(wǎng)。但目前國內(nèi)取得型式認證的大容量海上風機并不多。根據(jù)公開信息，目前獲得型式認證的機型有獲得中國電科院頒發(fā)型式認證證書的中國海裝H171-5.0MW機組，獲得DNV GL頒發(fā)型式認證證書的遠景能源EN-148/4.5MW海上風機，以及獲得中國質(zhì)量認證中心頒發(fā)的形式認證A證的東方風電DEW-G5000海上風機。
未來容量更大機組，也需要能夠承載相當重量的基礎，與大容量機組配套的相關設備和技術(shù)也需要進行相應的改進，而這還需要一定的時間。
“（風機）捕風能力增強同時，需要支撐結(jié)構(gòu)來使其在風中保持平穩(wěn)?！蔽纳?謝林斯就12MW的風機曾表示，“當風機尺寸擴大的時候，風機成本上升的速度將比其帶來的收益更快?！睘榻鉀Q這個問題，他和他的團隊設計了專門的軟件，通過程序處理風機的數(shù)據(jù)并抵消風產(chǎn)生的強力，并且?guī)椭刂浦谓Y(jié)構(gòu)的大小和重量。
此外，有海上風電從業(yè)人士表示，即便最后風機的價格降下來了，運維管理的降成本空間也不可忽視。他們根據(jù)歐洲成熟的海上風電場全生命周期的成本進行過分析，資本性投資支出（Capital Expenditure）和運維管理支出（Operating Expense）在海上風電場全生命周期支出的占比分別為69%和31%。其中，資本性投資支出包括風電機組（33%）、基礎（20%）、安裝（6%）、電氣系統(tǒng)（7%）、項目管理（2%）及其他（1%）費用。該人士指出，目前而言，海上風電在我國尚處于起步階段，還沒有全生命周期而言。
風機及各部件的可靠性、海上天氣、運維人員配置、交通工具以及備件管理等都對海上風電運維管理成本造成影響，如果不采取相關措施加以規(guī)范控制不必要的支出，容易增加運維管理的比例。（eo記者 潘秋杏）
來源：南方能源觀察
