你的机组能随遇而安吗

本刊 | 赵靓，赖雅文

你的机组能随遇而安吗

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二万多台风电机组分布于各地，饱受严寒酷暑、风霜雨雪的侵袭。金风科技在布线全系列产品解决方案，努力降低客户成本并提高发电效率的同时，如何保证这些机组安全度过每一天？

湖北龙感湖风电场曾让业主头疼不已。这个项目本打算采用一家外资整机商的风电机组，但经过项目评估后发现收益率并不理想，基础打了一半被迫停工。金风科技的风电场系统解决方案，不但顺利解决了风电场的投资收益率问题，而且使风电场适应当地环境条件的能力有了明显提高。

这一方面要归功于金风科技GW115/2000机型，适合于超低风速地区风电开发，发电能力出众；另一方面也要归功于金风科技的钢混塔架技术，用金风科技一位技术负责人的话说，“不仅可以在不增加额外运输条件和成本控制条件下增高塔架，还在吊装、降噪、防水等多方面具备优势。”

据资料显示，以120米高的塔架为例，钢混塔架较全钢制塔架，仅在项目道路成本方面就可节省1000万元，降低项目投资成本5%至8%。另外，同等强度的混凝土结构刚度是钢结构的5倍以上，相应地塔架顶部振幅要远远小于钢制塔架，有利于机组安全稳定运行。

在湖北龙感湖风电场项目建成后的一场洪水中，钢混塔架底段坚固的混凝土结构支撑机组巍然屹立，使其保持在正常运行状态。这只是金风科技利用先进技术，提高设备适应性的一个小例子；却也是金风科技顺应市场需求，努力实现客户所想所望的一项大战略。

“中国风资源比较好的地方，大多处于限电状态下。为了维护整个风电投资市场的可持续发展，必须找到一些风资源好、气候条件比较特殊的市场。比如高温、低温、高海拔、低风速等。”金风科技董事长武钢对记者谈到：“适应不同环境条件的风电技术培育和发展，对于投资商获得稳定的收益与回报，起到非常重要的作用。同时，中国是一个气候条件相对复杂的国家，在中国不同环境条件的地区装机，对企业走向国际市场起到有益的产品实践与技术储备作用。”

“高、大、直”的低风速机组

可以说，金风科技是最早布局低风速市场的整机商之一。据其技术负责人介绍，金风科技的低风速技术可以总结为“高、大、直”。

“高”是指高轮毂风电塔架技术。金风科技除拥有自主知识产权的钢混式风电塔架技术，还是国内第一家开发全钢柔性塔架的风电主机厂家。高轮毂塔架能够将金风科技的低风速机组托举在110米至140米的空中，能够大大增强风电场微观设计的灵活性，显著提高风电场的风能利用效率及发电量。“比如金风科技的120米的柔性塔架，在中国做好一年实测实验后，成功地应用在泰国。这是由于泰国平均风速要低一些，客户却想多发电，柔性塔架解决了这个问题。”武钢介绍。

“大”是指大风轮直径。风轮直径越大，扫风面积随之增加，就能捕获更多风能资源，有效提高发电量。金风科技是最早推出大风轮直径机组产品，并以此开拓和引领低风速风电市场的厂商。据中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）数据显示，在1.5兆瓦机型中，金风科技曾推出了从66米到93米的6种规格的风轮直径产品；在2兆瓦机型中，则主要推出了108米和115米风轮直径的产品。当然，叶片直径越大，机组的载荷和疲劳会受到较大影响，尤其是轴承、塔筒等承载力也会随之变化。金风科技在加大风轮直径的同时，十分重视叶片的气动性能，在保证机组的设计安

全、运行安全和运行维护安全的前提下，进行了控制策略优化等一系列改进措施，防止叶片变成“傻大个”。

“直”是指永磁直驱技术路线。直驱机组在低风速段具有比较明显的优势，尤其是在60%额定风速以下时，效率优势明显。“并且由于全功率变流的特点，机组叶轮转速范围高于普通双馈机型，机组的风能吸收效率从很低的风速（3m/s—4m/s）即可以达到最优（普通机型的最优风能效率对应的风速一般在5m/s以上），叶片在更宽的风速范围内始终保持很高的气动性能，从而使产品在低风速可以获得更高的能量。”金风科技技术负责人谈到。数据显示，金风科技GW121/2500机型因具备永磁直驱技术的上述优势，在低风速地区的发电收益可提高5%以上。

“高、大、直”的相互支撑、共同作用，使金风科技低风速机组在很多地区，都实实在在地帮业主争取了更多的发电量回报。

以龙源上海崇明北堡风电场为例，该项目全部安装了金风科技的GW121/2500机型，在2015年的运行情况与周边项目相比可谓出类拔萃。在2015年6月、7月、8月、9月，虽然该项目平均风速排名仅在第五、第三、第四和第四，但其各月平均利用小时数却都名列第一。

“这个项目在比设计风速低10%的情况下，居然也能达到2100的设计利用小时数。”龙源电力集团（上海）风力发电有限公司总经理刘劲涛在此前向记者表示：“我们认为主要还是设备给力。”

根据了解崇明岛项目的人士介绍，上述低风速项目的成功，主要原因在于设备的高可靠性和直驱机组在低风速段优异的发电效率，可以让“低风速”价值更高。“121/2500机组在风速达到每秒3.2米左右时就可以启动发电，到风速下降至每秒2.8米左右还能持续运行不停机，这种风速下不但能够保证机组自身供电，还能发出一部分电。这就是直驱发电的优势，使每秒5米至6米的风具备了开发价值。”一位崇明北堡项目现场人员谈到。

如果说崇明北堡项目体现了金风科技2.5兆瓦机型在低风速区域相当靠谱，那么湖北桃花山风电场的运行情况，则揭示了金风科技2兆瓦机型在超低风速区域具备更卓越的技术优势。

据了解，湖北石首桃花山风电场安装了24台金风科技GW115/2000超低风速机组和1台GW93/1500低风速机组。自2015年9月全场并网以来，该项目在年平均风速每秒5.04米的条件下，机组设备可利用率稳定保持在99.5%以上，年均可利用等效小时数超过2000小时。

走出国门的高海拔机型

“这是我所见过，发电最好的一座风电场。”一位行业专家对记者说。

这位专家口中的风电项目，就是装有金风科技11台金风科技1.5兆瓦高原型机组的厄瓜多尔项目。该项目是中厄建交以来最大的电力工程项目，位于地震烈度高达8度的地区，海拔高度约为2700米，年平均风速在每秒10米以上。在这样的环境条件下，金风科技的机组平均利用率达到近99%，年平均发电量超过8000万千瓦时，远远高于原合同标定的5957万千瓦时。

“厄瓜多尔项目的机组年利用小时数达到了惊人的5000小时。”金风科技的一位市场负责人说：“这样的数据，全球少有。”

据了解，为了保证该项目的稳定运营，金风科技充分考虑当地存在地震灾害可能，进行了综合详细的载荷分析，采用了定制化方式设计机组。由于当地吊装窗口期较短，金风科技的项目施工团队通过前期的精确调研分析制定了详细的施工方案，项目的全部吊装仅在一个月以内完成，有效地保障了客户的发电收益。由于该项目机组表现超过合同担保的性能指标，已于2015年12月28日顺利签订了机组出质保文件。此外，鉴于机组优异的运行表现和金风科技运维团队的优质服务，业主与金风科技于2016年9月6日签订了为期3年的技术服务合同。

能够迈出国门，挑战如此恶劣的环境，是因为金风科技的技术人员心里有底，早已吃透并熟练掌握了高海拔风电技术。

早在2009年，被誉为中国第一个高原型风电项目的大理者摩山风电场，就采用了金风科技的750千瓦机型，直到目前仍运行稳定。此后，金风科技安装了青海省第一台高原型风电机组，作为“十二五”期间国家“863项目”中的一个重要子项目，进行高海拔风电技术的研究。通过此项研究，金风科技的技术人员总结了高原型机型的设计要点，将整个项目的经验沉淀在高海拔风电机组的设计标准中，又基于此标准设计出更可靠的高海拔机型。此后，金风科技开发了单机容量为2兆瓦的高海拔机型，受到市场的广泛欢迎，被大量安装于贵州、云南、青海等省，“在风速不是很高的情况下，发电量能够满足客户需求。”武钢谈到。

据介绍，金风科技目前已经拥有包括750

千瓦、1.5兆瓦、2兆瓦、2.5兆瓦等多种单机容量的高原型机型，这些机型都是在其标准产品的基础上，紧密结合高海拔地区环境特性与市场输入条件，针对风电机组在高原特殊生态环境下可能出现的各种问题，从控制策略、叶片选型角度保证了机组的年发电量；并对机组的发电机、变流系统、变桨系统、主控系统等电气设备进行了全面的优化升级，从而保障机组运行的可靠性；同时，针对材料和部件的抗紫外线能力、高海拔地区的运输和贮存情况都作出了有针对性的设计和优化。

值得一提的是，金风科技所采用的永磁直驱技术路线，在高海拔地区的应用优势还体现在吊装与运输上。机组可以被分为叶轮、机舱和发电机三个部分分别吊装和运输，使三部分中每一部分的重量，都比相同单机容量的双馈型机组轻，更利于在高海拔地区的应用，进而保证业主采用更大单机容量的机型，减少机位点，降低投资成本。

目前，金风科技的全系列高原型机型都已完成了型式认证，成为国内首个全系列高海拔机型获得认证的企业。高原型机组的认证，需要严格满足《高原型风力发电机组技术规范》的设计要求，特别是针对高原特殊生态环境的机组环境适应性设计，相比于普通陆上机组，需要大量的理论设计依据和测试的验证来保证机组的安全和可靠。金风科技在每个平台的开发前，综合考虑了这些因素，缩短了认证周期，保证了市场的多样化需求。

保持“冷静”的高温机组

在巴基斯坦，金风科技的风电机组成就了中国风电的首秀。

2014年11月24日，金风科技走向国际的第一个高温机组项目——巴基斯坦TGF风电场的33台1.5兆瓦机组一次性通过168小时试运行。这打破了当地项目往往需要4个月到8个月才能通过试运行的记录。此后的一年中，在最高温度45摄氏度的环境条件下，该项目机组可利用小时数达到了近3000小时，单日最高发电量不止一次超过了100万千瓦时，单月最高发电量超过了1900万千瓦时。

“客户给出的标准是在高温40度时满发运行。金风科技为此定的是43度满发运行，45度进行降功率运行。但最后的实际情况是这些机组实现了45度满发运行，没有降过功率。”金风科技技术负责人谈到：“从这点就可以看出，对于复杂环境项目，外国厂商往往是先装标准机型，出了问题再改进；中国厂家则充分借鉴国内的多种环境运行经验，直接装有针对性的机型。”

技术负责人如此自信的表述，揭示出金风

科技早已掌握了高温型机组技术。

资料显示，金风科技在巴基斯坦TGF项目中借鉴了其在新疆吐鲁番、哈密等地的机组高温运行经验。通过收集、分析上述机组运行数据，进行测试与认证，避免了在国外进行改进的弯路，从而在充分考虑巴基斯坦并网环境的同时，推出了这款高温型风电机组。

“受高温影响最大的就是变流器、发电机。金风科技为此进行了高温定制化设计，重点提高了散热风扇与散热风机等冷却系统的性能。针对风沙问题，在发电机部分采用了新的密封结构，将风沙挡在外面，需要散热的柜体等也都采用了密封结构，并配合运维、定检，定期更换密封条。”上述技术负责人谈到：“这其实不是特别难做到的事，但需要将对机组的情况吃得透，知道薄弱点在哪里，才能做到。”

得益于此，金风科技开发的这款高温型风电机组生存温度达到50摄氏度，运行温度能达到45摄氏度。也正是因为对这款机组及金风科技的充分信任，金风科技被选择成为巴基斯坦风电二期项目的设备供应商，这个项目将安装66台1.5兆瓦的机组，预计2017年并网发电。

温度对风电机组的苛刻要求，除体现在高温上外，在低温方面也相当苛刻。但对于金风科技而言，这也不是什么难事。

“低温机组要重点改进几个方面：第一是材料，包括金属材料和非金属材料。非金属材料指叶片、机舱等；金属材料主要指塔架等，需要达到低温的耐冲击性，这需要通过实验来验证。第二是电气系统需要进行加温，并为防止电控系统被冻坏，需要带电运行，使机组能够迅速启动。第三是选择在低温中不容易过粘的润滑剂。第四是在控制策略上机组启动要慢，不能令其载荷突然增大。”上述技术负责人介绍。除此之外，金风科技在工程设计中对于风电机组基础使用的混凝土材料，也提出了抗冻融性能等更高的要求，保证机组支撑结构的安全性。

目前，金风科技在黑龙江大小黑山、大小白山都安装有低温型机组，这些地区的极限温度均低于零下30摄氏度。到目前为止，这些项目的运行已相当稳定。

步步为营的海上机型

或许已很少有人知道，中国安装的第一台海上风电机组，是金风科技于2007年为中海油钻井平台供电安装的1.5兆瓦机组。正是因为涉足海上风电较早，“金风科技深知海上风电项目的开发、建设和运营的风险和难度，对海上风电一贯坚持‘积极参与，稳步实施’的战略。”金风科技营销副总裁李飞谈到。

对此，武钢也曾表示，因为海上风电开发风险较大，如果在现在这个阶段“捅了篓子”，不仅仅是一个企业面临风险，对业主乃至整个行业都会带来影响。但从金风科技目前的情况来看，海上风电已经不像此前那样“摸石头过河”，设备运行指标不俗，远远好于预期。

武钢谈到的设备运行指标，主要是指金风科技安装在如东等项目的机组运行情况。

在2010年，金风科技开发出了2.5兆瓦潮间带机组。2011年，该公司携这款机型中标了龙源如东潮间带50兆瓦海上风电项目，翌年又完成了50兆瓦潮间带增容项目。此前有媒体称，在如东建成的目前中国最大的海上风电场中，共安装有10个整机商的15款机型，

114台机组。在上述实验机组中，金风科技的2.5兆瓦机型在2014年的发电小时数最高，达到了2867小时。2015年，金风科技又携其3兆瓦海上机型，中标了三峡响水54兆瓦的近海风电项目。截至目前，已经完成了全部机组的吊装，正在进行机组调试。

“这款3兆瓦机型是基于2.5兆瓦平台开发，2.5兆瓦平台陆上有数千台机组的充分验证，这些成功的经验是保障3兆瓦海上机型可靠性的基石。再加上充分理解中国海上的环境特点，有针对性地完成海上适应性设计，比如专项的防腐设计和密封设计，使得内外部结构均是独立分开的，从而满足机组海上环境运行需要。”上述技术负责人指出：“目前海上风电招标要求单机容量都在3兆瓦以上，所以这款机型不存在设计问题，而是针对政策性进行了改进。”

据了解，金风科技未来将采用两款机型作为参与海上风电市场的主力。一款就是上述3兆瓦机型，另一款是6兆瓦机型。但是，这款6兆瓦机型并非已经在大丰安装样机的那一款。

记者从相关人士处了解到，金风科技目前共设计了两款6兆瓦直驱型海上机组，安装在大丰的那款样机被称为“α”——主要用作试验；另一款则被称为“β”——并联4套1.5兆瓦回路系统，或将于2017年安装样机，主要用于批量生产与供应。据介绍，由于海上可靠性要求高，6兆瓦这种“大块头”需要充分验证和对比测试，这也是金风科技首次提出了从测试样机（原型机）到工程样机（批量机型）开发路线。

海上机型的衍变，明确体现了金风科技在海上风电机组开发中所始终持重的理念。

“金风科技走直驱路线，就是希望被举在空中的机组，尽量做到免维护。”武钢谈到：“有些发明人找到金风科技推广其先进技术，认为采用自己的技术可以方便机组的维护。我说这样的理念是错误的，试想方便维护好，还是免维护好？我们努力追求的是免维护。”

据透露，正是基于对可靠性的考量，金风科技结合了市场需求管理与国际海上机组设计理念的新机型，其可靠性或将达到一年免运维的水平。

高灵活度的新一代产品

如果说金风科技目前的3兆瓦机型是其

在海上风电市场的主力军，那么在即将举行的2016北京国际风能大会暨展览会上，金风科技所推出的新3兆瓦机型平台——GW3.0MW（S），其开发旨在面向陆上下一代大兆瓦机组平台，也是金风科技倾力打造的第一个国际化机组平台，该平台能显著提高陆上机组的适应性与可靠性，满足全天候风电场开发并显著降低开发成本。

GW3.0MW（S）对环境适应性的提高，最直接的体现是通过柔性功率调节，提高场群控制能力，从而在各种风况条件下，尽可能减少损失，提升发电量。

也就是说，通过一体化设计，金风科技的技术人员使GW3.0MW（S）机组的各个部件协同运作，并根据电网的调度需求、外界环境情况以及机组的健康状况，来动态调整输出功率，实现柔性功率调节。基于这样的单机柔性功率调节技术，通过金风科技的风电场集群控制技术，可以使一个风电场中的机组不仅只关心自己的发电情况，而是相互协调沟通，通过各自的柔性调节功率，减少机组之间在各种风况下因相互影响而产生的发电量损失，实现整个风电场的柔性功率调节。

“这就类似于家里的定频空调，要么开，要么关，因为定频而没有中间的状态。这款机型则是变速、变频、变容的，通过调节额定转速，可使机组容量产生变化。”金风科技技术负责人谈到：“柔性功率调节建立在一系列控制技术的基础之上。例如，在降噪模式下降容运行、在特殊风况和特殊地形情况下的降容运行、在高温情况下的降容运行、在部件故障模式下的降容运行以及在机组健康状况下的最优发电量矫正等。这有利于提高整座风电场的发电效率与环境适应性。”

除此之外，GW3.0MW（S）则通过采用与“β”6兆瓦海上风电机组类似的多回路系统，显著提高设备的可靠性。

据资料显示，这项设计是通过模块化、冗余设计的思想，将风电整机回路细分成多个控制回路，采用并联设计方法，实现每个回路都独立控制，最终实现整个风电机组系统单一器件出现故障，不会影响其他回路的正常运行，从而大大提高整机可靠性。

“以前的机型是一套系统，现在GW3.0MW（S）是2个1.5兆瓦的回路系统并联起来，传统机组的变流器、变流器冷却系统、发电机绕组及冷却系统、升压系统等如果出了问题，就要停机。这款机型如果出现上述问题，可以切出单一故障设备回路，让机组另一个回路系统继续运行，确保机组能半功率运行。”技术负责人谈到。

由记者拿到的一个测算数据显示，假设整机可利用率为95%，采用双回路系统控制，机组可利用率能够提高至98.4%，发电量增加168282度。如果上网电价为每千瓦0.54元，以一个200兆瓦风电场安装67台3兆瓦机组为例，整个项目每年可增收608.8万元。

正是通过不断的技术创新，金风科技为业主提供更好的选择。GW3.0MW（S）的推出，将使风电场设计人员有更大的发挥空间。利用平台的柔性和可调性，根据需求对机型安装的平面与高度排布、噪声等级、不同功率等级等元素进行搭配，可以使风场设计人员实现高自由度的二次创作，令整个项目的环境友好性更高。

“这些产品不是我们闭门造车所研制的，完全是受客户需求所催发出来的。金风科技在与客户的交流过程中，通过思维碰撞、协作配合、付诸践行来应对挑战。对这些适应性产品的开发存在有一定的难度和风险。但对客户风电业务的可持续发展，提供了一个非常大的空间。反过来，对金风科技的发展也给予有力支撑。”武钢坦言。

正如金风科技曾经荣获美国麻省理工学院《科技评论》杂志评选“全球最具创新能力企业50强”时的入选理由：“金风科技在不断创新开发出适用于高海拔、低风速等中国不同区域环境的个性化风力发电机组，优化了风电场运营。”但金风科技带来的惊喜远不止于此。