江苏开发经验：区域适应，整体解决

■文｜《海洋与渔业》记者 罗茵

中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 市场总监张海亚

与陆上风电相比，海上风电具有施工期短、高温、腐蚀、海上可达性差等特征，造价成本因此也更高。到目前为止，经济性仍然是高悬于海上风电发展之上的达摩克利斯之剑。提高工程效率，在保证安全性的情况下，降低成本，成为众多投资商关注的焦点话题。

在 2018年第四届中国海上风电产业发展国际峰会上，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司（以下简称“中国海装”）市场总监张海亚结合海上风电的开发建设特点以及江苏省区域情况，给众人算了“一笔账”，并指出，大兆瓦、长叶片机组，一体化解决方案，全过程验证等都是区域适应性发展的更经济、更可靠的选择。

机组大型化5兆瓦风机将渐成主流

“地质条件是建设风电场时首要考虑的问题，因为不同底质的工程造价会差别很大。”张海亚指出，江苏省海域最显著的地貌特征是坡度极平缓的潮间带和浅海辐射沙洲，这是江苏省海上风电能发展起来的重要原因。

截止 2016年，江苏省海上风电并网量为 1230MV,2017年至 2020年间，并网量预计为3000 MV，“江苏省是我国的海上风电大省，已装机规模、正在建设项目以及未来规划容量，均为全国第一。”张海亚介绍说。

“在江苏省的规划中，平均单位容量面积下调超 64%，意味着更大兆瓦的风机组才能满足要求，所以 5兆瓦以上的风机组才能满足要求。”他表示，目前我国的平均装机率稳步上升，5兆瓦风机逐渐成为主流，6兆瓦进入样机示范，机组大型化是趋势之一。“现在我国可以制造4兆瓦、5兆瓦、6兆瓦等大容量海上风机组，其中 4兆瓦居多，占据了半壁江山。2017年仍以 4兆瓦为主，今年起 5～6兆瓦机组占比将明显提升。中国海装的基础技术就是5～8兆瓦以上，但从业主使用层面上来讲，还不够成熟。”

表一 行业平均投资收益参数对比参考

表二 典型单位千瓦扫风面积机型在典型风况下设计理论年满发小时数对比

表三 我国各地区风资源评估表

提升风轮直径提高经济性最直接的方法

“江苏总体风速不高”，张海亚解释说，江苏风资源特点从北到南呈增加趋势，100高度年平均风速范围在6.5～8.5 m/s之间，随离岸距离增加而增加。

风资源决定经济效益，平均风速不高，要实现经济效益，机组选择就显得特别重要。“一个风电场选择机组，回报率如何，是可以计算出来的。”他指出，综合评估海上风电风建设的平均造价、资本金、贷款利率、折旧率、运维成本、管理费用，可以算出年等效满发利用小时数。目前，海上风电单位千瓦动态投资平均参考值为 17000元，那么年等效满发利用小时数就需要 3000小时以上。“简单来说就是，如果说造价为 7500元、标杆电价为 0.57元 /度的陆上风电需要 2000小时实现营收平衡的话，那么标杆电价为 0.85元 /度的海上风电一年需要 3106小时才能回本。”

通常情况下，风电机组的总体设计参数会从理论上决定机组的发电性能，其中以单位千瓦扫风面积最为重要。在同等风轮直径的前提下，额定容量越高，理论的发电量也就越高，但等效小时数必然降低。国外的机组都会通过提高容量来升级，国内则是全场容量了再选机组，所以是等效小时数越高越好。那么要等效小时数越高，最根本的办法就是提高风轮直径或者降低整机容量去提高单位千瓦扫风面积。“保持额定功率不变，提升风轮直径，是提高经济性的最直接方法。”

“那是不是额定功率越大越好呢？我个人认为，大家把额定功率看的太重要了，其实叶轮直径才更重要。”他指出，根据相关数据显示，在福建，以 150米叶轮直径来算，在年平均风速9.5m/s的情况下，6兆瓦整体投资回报反超 5兆瓦；在年平均风速 10m/s的情况下，6.7兆瓦反超5兆瓦。因为随着平均风速的增大，高单位千瓦扫风面积带来的发电优势在逐渐降低。“而在江苏，4兆瓦的170米风机组的收益是好于170米 5兆瓦风机组，我想说的是这个概念。”

对于低切变问题，也同样要求长叶片，张海亚说，低切变就需要考虑到应用降载及机舱稳定性控制技术，因为随着大型风机容量及叶片长度的增加，整机和叶片载荷在不断增加，对部件强度和结构的要求升高，风机塔顶重量不断增加，对风机的支撑系统及风电场建设的经济性都产生了影响。“而且，由于长叶片变形量大，在保持锥角好仰角不变的前提下，控制叶片变形量是系统集成需要解决的问题。”

一体化方案解决高温腐蚀等问题

对于海上风电存在的施工期短、高温、腐蚀、可达性差等问题，张海亚提出了相关的解决技术。他指出，施工期短可以从单叶片整机吊装和基地塔基模块化组装入手。

“因为腐蚀问题，风机组不能进行空气交换，所以解决高温是在解决腐蚀的基础上进行的。” 这需要用到整体防恶劣环境控制技术，塔基、机舱、轮毂迷宫密封拒绝盐雾颗粒，避免累积效应。 “现在防腐还有一个很大的问题就是，风电机组的厂家做叶片、塔筒、整机都是分开的，当出现了腐蚀问题，业主还是会找到整机的厂家。所以我们希望能做到一体化防腐，就是由整机厂提出这个一体化的解决方案，然后包给相关的零部件配套厂家去实施。”

张海亚说，海洋环境可达性差，所以“故障恢复”、“容忍故障的能力”被引用到 5兆瓦海上风电机组系统设计之中，采用人工干预下的系统重构，通过冗余解析和重构，能解决60%以上的常规故障。另外，据相关统计，海上风电传感器故障占到整个风机电气类故障的40%以上，但是一台风机所有传感器总价值仅为整体价值的1%不到，“所以说最简单的做法就是增加传感器的数量。”

保证可靠性需要通过全过程验证

2017年 9月13日，由中国海装自主研发的 H171－ 5MW+在江苏如东并网满发 ,该机组风轮直径达 171米，是全球风轮直径最大的 5MW海上风电机组。为保证其可靠性，中国海装依靠“风电装备载荷计算与仿真分析平台”和“风电装备系统控制分析与测试平台”完成了相关的分析和测试。

“有人说可靠性是设计出来的，还有人说可靠性是通过试验验证出来，那么我想加一句话——没有验证过的技术就像是推广新技术时仅仅在会场上读宣传PPT。”他表示，创新技术需要经过研发、试验、批量、后评估的全过程验证，“对于区域性整体适应方案来说，除了技术性的东西，还要有一个全过程的认证，没有经过样机试验就规模化，是不利于行业发展的。”