我国风电技术装备发展综述

风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。风电技术装备是风电产业的重要组成部分，也是风电产业发展的基础和保障，世界各国纷纷采取激励措施推动本国风电技术装备行业发展，并培养了一流的风电装备制造企业。同时，风电技术进步和风电装备制造企业的成长又进一步促进了风电产业的发展。目前，我国风电技术装备行业已经取得较大成绩，但距国外发达国家还有一定差距。为深入贯彻落实科学发展观实践活动，大力推进我国风电技术装备行业进步，促进整个风电产业发展，国家能源局能源节约和科技装备司结合自身工作职能，对目前我国风电技术装备自主化情况进行了全面调研，广泛听取了国内外专家学者的意见，初步形成了有关我国风电技术装备发展情况的调研报告，对我国风电产业技术研发、质量控制以及行业标准的三个方面问题进行分析，供参考。

1 风电产业发展概况

近年来，我国风电产业发展形势喜人。1986年，我国山东荣成建成了第一个风电场，安装了3台55kW风电机组。自此之后，全国各地陆续建设了一批风电场。图1为2001年以来我国风电装机容量增长率。由图1可知，进入21世纪之后，我国风电装机容量持续高增长。截至2007年底，我国共建成158个风电场，累计装机容量为6030MW，超额完成了原定5000MW装机容量的计划目标。2008年底风电装机容量达到12500MW，提前两年实现了“2010年风电装机10000MW”的目标，跃居亚洲第一，世界第四。一年新增6500MW，成为世界上风电装机增速最快的国家之一，2020年有望达到一亿千瓦。在风电技术装备方面，大连华锐3MW海上风电机组近期顺利安装，这是目前我国最大单机容量风电机组。此外，通过一系列国家支持计划、科技攻关和技术引进，我国基本掌握了兆瓦级风电机组制造技术，国产设备市场占有率达到了69%，初步形成了生产叶片、齿轮箱、发电机和控制系统等主要部件的产业链。

图1 2001～2007年我国风电装机容量增长率

尽管我国风电产业发展成绩显著，但也面临诸多问题。我国风力发电起步于20世纪80年代初，主要是满足广大牧民生活用电的要求，研制离网型小型风力发电机，单机容量为几十瓦至几百瓦，例如：太原汾西机器厂制造的FD2-150，叶轮直径2米，轮毂高度5.5米，切入风速3米/秒，额定风速7米/秒，额定功率150瓦。并网型风力发电机采取技术引进、消化吸收的技术路线，先后引进了丹麦55千瓦（1986年）和120千瓦失速型风力发电机，在此后的十几年里，并网型风电机组以及相关技术进展缓慢，大多数风电企业的设备及关键技术受制于国外，风电系统人才培养几乎空白。

同时，单机容量和风电场规模大幅增大之后，在研发、设计、制造、规划、并网和电网管理等方面都存在较高难度的技术"瓶颈"，在目前高速发展（装机容量）的情况之下，急需冷静分析存在的问题，尽力避免出现宏观上、规模化和方向性的失误。为此，本报告着重分析风电技术研发、质量控制以及行业标准三个问题，力图为风电产业发展提供借鉴。

2 风电技术研发

风电技术涉及气象、地质、机械、力学、材料、电力、信息、通讯等多个学科。大型并网型风力发电机组的研制和大型风电场的规划建设在我国尚属起步阶段，兆瓦级风力发电机组几乎全部由国外引进技术，风力发电机组研制、风电场建设、接网以及电网管理运行等方面经验均不足。通过引进消化吸收和推进自主创新，同时结合我国地质、地貌、风况、气候和电网等具体条件开展研发，是掌握风电设计技术，开展自主研发，实现风电行业可持续发展的必由之路。

2.1 引进技术、消化吸收

我国发展的初期阶段曾经倡导过“技术引进、消化吸收”的技术路线，并引进丹麦并网风力发电机组。由于多种原因，时至今日成效并不明显，应认真总结经验教训。

我国目前装机的绝大多数兆瓦级风力发电机组均为按照国外设计图纸组装的机型，其中部分机型是经过较大规模现场运行考核的成熟机型。因此，应将引进的成熟机型作为设计样机，充分剖析其设计方法、设计标准、材料选择及工艺等方面信息，不仅掌握组装技术，更要掌握从零件、部件到整机的设计和匹配，做到对引进技术的真正消化和吸收。一方面培养出自己的设计队伍，另一方面发现引进机型设计中存在的不足或者与我国风场情况不相适应的缺陷，为自主研发打下良好基础。

2.2 改进改型、自主研发

我国从国外引进的风电机型基本是依据国际标准和欧洲（德国和丹麦）气候和风况条件设计的，甚至存在引进在国外也未得到充分验证和考核的机型。我国地域辽阔，地质、地貌、风况、气候等条件与中欧差别很大，电网条件也不相同。例如德国和丹麦的电网和其他欧洲国家已经联成欧洲联合电网，在联合电网上可进行电量自由交易。我国富风区的电网基本还属弱网，引进的机型存在与我国不相适应的问题。进行改进、改型，研制出适应性更强、可靠性更高的新机型，是消化吸收的重要手段。在产品改型过程中，会诞生出适合我国国情的风电技术，更会提高自主研发能力，为机型升级和换代奠定基础。由于是针对我国实际情况开展的改进、改型和研发，某些条件要比欧洲苛刻得多，所取得的成果可能蕴含着技术突破，在国外无此条件和市场需求。这也给我国风力发电机研制企业提供缩小与国外企业差距的重要机会。

2.3 基础研究

我国虽然风资源丰富，但不同地域的资源条件差别很大。例如北方多高寒和沙尘暴，南方多高温、潮湿和台风，极端气候条件明显；并且还存在山地、丘陵等复杂地形。这些因素在目前引进风力发电机组时考虑并不充分。因此，应针对这些极端气候条件和复杂地形开展基础研究。研究内容要重点突破风电行业所面临的共性问题，如哪些因素对风力发电机组有影响；影响的机理、程度和规律；解决方案和验证；设计标准和检验，为整个风电行业提供公共支撑技术。此外，此项工作应在国家支持之下通过产、学、研、用相结合的方式来完成，企业很难独立完成这样的研究工作，即使取得某项成果，也很难成为共享资源。企业可根据基础研究的成果进行产品转化，或者改进、改型，形成自主研发的系列中国化机型。

3 风电质量控制

按照我国目前风电发展速度，风力发电机组每年装机会达到数千台，其中大部分机型从国外引进，甚至存在引进在国外也未得到充分验证和考核的机型。一旦出现质量问题，可能会导致大量维修或者更换机组问题。如1999年丹麦风电事件：丹麦的NEG Micon发生批量齿轮箱故障，需要更换1250台齿轮箱，该公司为此倒闭，后Vestas收购了该公司。风电装机潜在质量风险主要有如下几个方面：

3.1 风力发电机组设计标准

我国从国外引进的机型是按照国际标准设计，而国际标准所规定的载荷条件主要是依据中欧和北美的风况和气候制定的。我国一些地区的风况、气候条件和地质、地貌与国际标准中所列出的情况差别较大。因此，按照国际标准设计的机型在我国可能不能完全适合我国的自然条件。实际上，在国际标准IEC61400-1中已明确说明：风力发电机组设计中要考虑的外部条件取决于安装风机的风场类型。对需要特殊设计（如特殊风况或其它特殊外部条件）的风力发电机组，规定了特殊安全等级--S级。S级风力发电机组的设计值由设计者确定，并应在设计文件中详细说明。对这样的特殊设计，选取的设计值所反映的外部条件至少与预期使用的外部条件恶劣程度一致。标准中给出的I、II、III级风况不包括海上风电场，也没有考虑热带风暴（例如飓风、龙卷风、台风等）的风况条件。这些条件要求风力发电机必须采用S级设计。由此可见，对于我国特殊的风况条件，需由设计者自己考虑。但需要考虑哪些因素，如何体现在设计之中，截至目前无据可依。国外设计者不可能背离国际标准专门为我国设计特殊风力发电机组，而我国风电企业也提不出可执行的设计技术要求。如果出现设计缺陷，将会导致大批量召回事件，损失将会很大，这种风险是存在的。

3.2 制造工艺和材料

风力发电机组的设计寿命为20年。因此，在工艺、公差和配合以及材料的选择等方面技术要求都很高。由于我国制造水平与欧洲相比尚有差距，故欧洲企业能够达到的加工精度，在我国可能很难达到。即使常规标准件也很难达到标准，更何况风力发电机组中包含大量的非标准件。例如制造难度较大的叶片、轮毂、主轴、主轴承、变桨轴承、齿轮箱等关键部件。另外，目前国内制造风电设备及其关键零部件的材料与国外相比，尚存在较大差距。

3.3 风力发电机组质量控制

目前，我国风力发电机组的认证主要局限在设计和型式认证上。由于大部分制造商是按照国外设计图纸组装风机，对风力发电机组技术的理解有限，因此，在生产质量的控制方面很难精准把握。例如，不论是制造商还是风电场业主，对地基和塔架的质量重视程度还没有提高到一定的高度。实际上，地基和塔架同样是风力发电机组的关键部件，影响整个风力发电机组的安全和寿命，我国东北地区就曾出现塔架倾倒的事故。大部分风电场，缺乏专业技术人员，对风力发电机组的交付和验收还需要进一步完善。虽然有质保承诺，但过于频繁的维修将会大幅降低机组利用率，影响风电场效益。

因此，我国宜尽快培育质量认证、质量检验和质量监督队伍，建立质量控制体系。作为独立的第三方，可受风电场业主委托，负责风力发电机组的验收、定期质量评估、风力机组的状态监测等多项质检工作。

3.4 备品备件和数据库

在风力发电机组20年的运行中，部分部件可能需要更换，备品备件的匹配和质量是风力发电机组寿命期内质量保证的重要因素。叶片、主轴轴承、齿轮箱、变桨机构以及电器和电子元件等很可能在风力发电机组运行几年之后需要更换。而按照我国目前的发展速度和发展模式，届时很难选到合适的备件予以更换。变流器和大部分控制系统为国外产品，质保期过后，国外公司为我国用户保留备品备件的可能性很小，除非支付高额费用。另外，电力电子元器件更新换代很快，如果电路或者板卡损坏，很可能需要完全替换原来的系统，而为此所需的接口条件、信号类型、数据格式、控制算法等可能已无据可查。因此，可能出现数年后数目众多的风力发电机组无备件更换而较长时间停机待修。

为此，在风电场的规划和建设中，应充分考虑备品备件的解决方案和费用，敦促业主与风力发电机组制造商（总机商与部件商）达成备品备件供货协议，其中包括具体的实施方案。在风力发电机组以及其他所有的设备交货验收时，风电场业主应记录保存详细的设备清单（最好能详细到关键元件和零件级）和控制系统、监测系统的接口条件、信号类型、数据格式等参数，并且建立数字化的设备管理数据库，以便于数据的长期保留和经验的积累。

3.5 专业技术队伍

在风电产业链各个环节中，专业技术人才的缺乏是最突出的“瓶颈”。由于长期以来我国未开展系统、规模的风电人才培养，面对快速的风电发展，出现“捉襟见肘”的专业人才短缺局面，主要体现在以下一些问题：

（1）生产一线技工。风电为多学科交叉的高技术领域，特、精、专、优既是风电的特色也是对产品的要求。一线的产业工人是产品的制造者，是最优设计的实现者。高品质的产品要靠一大批能工巧匠来打造。由于教育体制、政策导向和文化传统的影响，我国长期以来不重视技工的培养，高等教育不强调技能和动手能力的培养，这样的发展模式很难持续保持保证产品质量。

（2）工程师。从风电场规划、部件制造、整机制造、布线接网到电网管理，需要大量的专业工程师。他们需对一线产业工人提供技术指导，解决出现的实际问题，控制产品质量，能够设计部件或者电路，或对风电场进行技术指导和管理。工程师是能够解决本专业实际问题的技术专家，只有在较好地掌握风电技术的基础上，才能胜任这些工作。专业工程师是保证风电健康发展的中坚力量，我国这方面人才严重缺乏，以致于制约了产业发展。

（3）设计师。设计师分为风力发电机组整机、部件的骨干设计师、风电场高级规划师、技术主管、基础技术研究者、具有独立设计能力的高端技术人员。他们需要深入、系统地掌握风力发电技术，具有实际工作经验，掌握相关领域的关键技术，能够对现有机型进行改进、改型设计，能够根据技术发展和市场需求，进行新机型自主研发和设计，具有技术创新和实战能力。我国宜加大力度，通过“学习、实践、再学习、再实践”的模式，由企业和高校联合，培养一批能胜任自主设计的高端人才。

（4）技术高管。技术高管分为政府主管部门的管理者、风电企业领导、高级主管、总设计师、总工程师和高级研究人员。这类人才参与风电产业发展方向，制定发展规划和政策，需要较系统地理解风力发电技术基础知识，了解相关技术关键，了解风力发电技术的发展现状和技术前沿，能够组织开展整机或部件的设计和制造、风电场的规划和建设，能够正确制定发展规划，具有国际视野和领导国际合作的能力。

4 风电行业标准

行业标准是行业长期研发成果和实践经验的浓缩和总结，是设计、制造、检验、运行和维护等各个环节的条件、参数、指标和要求，是行业技术活动的指南。目前，风电行业标准主要有德国劳伊德GL标准、丹麦RISOE的DNV标准和国际电工委员会（IEC）的标准。这三个系列标准主要是以丹麦、德国的条件和经验制定的，我国基本上是直接把翻译后的IEC标准作为国家标准。目前，制定针对我国国情的风电标准，需要充分的基础研究和大量的实践经验，现尚不具备条件。

IEC在61400标准中，总共颁布了涉及风电领域的11个标准，这些标准一直都处在不断修订过程中。表1.1概括地列出了这11个标准，表1.2是我国现行风电标准。

表1.1 IEC 61400标准小结

表1.2 我国现行风电标准

我国风能资源丰富，风电发展恰如其时，加之配套政策、法规的完善，风电场建设速度和规模持续增大，目前，我国基本掌握了兆瓦级风电机组制造技术，初步形成了风电产业链，为我国能源结构多元化和新兴产业兴起带来了希望。分析、总结我国近几年风电产业发展情况，得出如下结论和建议：一是适当调控总体规划和市场开放度，促进风电产业健康和可持续发展；二是以装机容量和发电量双重指标来量化风电发展目标，提升风电发展质量；三是大力支持基础研究，提高企业研发水平，宜针对我国地质、地貌、风况、气候和电网条件，对引进技术进行充分研究和改进，坚持引进消化吸收再创新；四是关注人才队伍建设和质量控制体系的建立，加强风力发电机组质量控制；五是对风电产业研究经验进行积累，待条件具备时，在现有国际标准基础之上制定适合我国国情的风电行业标准；六是坚持可持续发展的风电产业发展方针。