共创海上大风机

粟灵

2023年10月28日，美国加利福尼亚州州长纽森造访了位于江苏盐城的金风科技大丰临港工厂。此前四个月，金风科技与中国三峡集团联合研制的首台16兆瓦海上風机在福建海域完成吊装，成为目前全球已投运的单机容量最大海上风机。纽森站在工厂生产线前，饶有兴致地询问着该型号机组在不同深度海域的应用情况，以及在加州落地应用的可能性。

加州被誉为现代风电产业的诞生地。20世纪80年代中叶起，加州沃土培育出的欧美风机巨头们纷纷向中国输出，启蒙了中国的风电产业。作为早期风机产品与技术引进国，中国在大力发展风电产业的过程中一直将技术研发和产业链国产化摆在突出位置。如今，中国在单机容量等指标上已达到世界领先水平，并具备了参与国际竞争的实力。

自2019年国家调整海上风电补贴政策以来，尤其是“双碳”目标提出后，大兆瓦级海上风机研制进程提速。除上述16兆瓦海上风机外，中国船舶旗下中船海装、东方电气与中国华能创新联合体先后下线18兆瓦海上风机，将全球海上风机单机容量纪录推上新高度。

创新联合体在大兆瓦浪潮中的重要作用日益凸显。2023年9月，国务院国资委党委书记、主任张玉卓在《人民日报》发表署名文章提出：“充分发挥新型举国体制优势，围绕基础研究和应用基础研究、‘卡脖子关键核心技术攻关、前沿性颠覆性原创技术研究，不断加大研发投入，带动产业链上中下游企业共同参与，打造创新联合体升级版，大力推进科技攻关，努力掌握更多拥有自主知识产权的关键核心技术。”

过去近20年，由国资央企主导的创新联合体引领中国风电产业实现从弱到强的跨越，也成为中国风电产业区别于其他国家的鲜明特色。

大风机的诞生

2023年11月10日，由东方电气与中国华能联合研制的18兆瓦海上风机在福建福清东方电气风电（福建）有限公司生产基地下线。这是目前已下线的全球单机容量最大的直驱海上风机。

这款风机叶轮直径达260米；机组轮毂中心高度160米，相当于53层居民楼的高度；风轮扫风面积53000余平方米，相当于7.5个标准足球场。经过测算，在年平均每秒10米的风速下，一台风机每年可输出7200万度清洁电能，满足4万户普通家庭一年的生活用电，同时减少二氧化碳排放5.5万余吨，对统筹“双碳”目标下的能源转型与能源安全具有重要意义。

风机主流技术路线包括双馈型、直驱型、半直驱型三类。三者的主要区别在于齿轮箱这一基础传动装置的应用，而齿轮箱至今仍是国产化薄弱环节。双馈风机配备增速齿轮箱；直驱风机取消增速齿轮箱，风力直接驱动发电机，因而对发电机的要求较高；半直驱风机则将二者相结合。

这款18兆瓦海上风机既然是全球单机容量最大的直驱海上风机，就意味着其发电机达到行业顶尖水平。

东方电气旗下的东方风电风电研究设计院副院长曾志告诉《国资报告》记者，风力发电设备与水力发电设备具有技术上的相似性。总部位于水电大省四川的东方电气在水电领域基础雄厚，白鹤滩水电站左岸安装的8台全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组就是由东方电气自主研制。经过百万千瓦级的历练，技术团队在风电领域进一步拓展，研制出配套18兆瓦（1.8万千瓦）的超高功率密度发电机和126米叶片。“作为国家队成员之一，我们一直贯彻着关键核心技术要牢牢掌握在自己手里的理念。对于直驱风机来说，发电机和叶片就是最核心的部件，这两个一旦研制成功，就基本具备了成功的基础。”他说。

尽管如此，这款风机的技术攻坚也并不轻松。“其中最大难点之一就是行业首创全国产化集成式双驱变桨系统。”东方风电风电研究设计院高级工程师甄红亮介绍，为了解决两个电动机的匹配性问题，研发人员花了将近两个月，对自主编写的同步算法反复修正，最后把偏差值控制在一个牛米以内。

正当这款18兆瓦海上风机等待吊装之时，中国三峡集团与金风科技联合研制的16兆瓦海上风机已经投运半年。三峡能源副总经理、党委委员吕鹏远介绍，风机目前已连续运行超1800小时，并成功应对了“卡努”“杜苏芮”等多个台风考验，机组监测各项振动等指标数据平稳。2023年12月21日实现单日发电量38.72万千瓦时，创全球风电单机单日发电量新纪录。

这台16兆瓦海上风机突出亮点在于其国产化主轴轴承。主轴轴承是风机的核心“关节”，一组主轴轴承就要支撑起整个系统的全部（百吨级）重量和叶轮的气动载荷，同时传递扭矩。但主轴轴承一直是中国风电产业链上为数不多的国产化薄弱环节。

“这次主轴轴承研制最早是以国际知名轴承为主，用户只是给洛轴一次同步研发机会，但并不看好。”洛轴副总经理郑红威说。洛轴是洛阳市属国企，也是中国“一五”期间156项重点工程之一。

郑红威介绍，洛轴对这个项目志在必得，技术团队每天工作时间超过10个小时，周末也不休息。在项目晚起步的情况下，硬是用短短六个月时间将近百个技术难题一一突破。在项目还有两个月需要交付时，用户主选的那家国际知名企业产品出现问题，达不到设计要求。于是用户将所有希望寄托在洛轴身上。最终，洛轴圆满完成了研制任务，产品各项技术指标全部优于设计要求，因而最终胜出。“这款产品的研发成功装机使用，结束了我国不能研发制造此类高端产品的历史，成为我国大功率风机主轴轴承从跟跑到并跑的转折点。”

2023年北京国际风能大会暨展览会上，往年相对低调的洛轴展台挤满了围观人群。外径3.2米的配套于16兆瓦海上风机的主轴轴承，成为此次展会最大亮点之一。

创新联合体

不同行业适合不同的技术创新模式。“创新联合体”概念虽提出较晚，但中国风电产业链上中下游企业组成的实质上的创新联合体，对于风机行业先后解决“有没有”“全不全”“强不强”的问题、实现跨越式发展功不可没。

2005年以前，中国风机市场基本被国际巨头垄断，国家发展改革委出面主持中国华能与华锐风电、龙源电力与金风科技两组开发企业与风机制造企业的结对合作，取得了一系列零的突破。2009年前后，龙源电力又牵头组建创新联合体，实现“上山、下海、低风速”的全覆盖。创新联合体推动中国成长为全球风电第一大国；国家能源集团旗下龙源电力自2015年起稳居全球最大风电开发商之位；2022年全球十大风机商里中国占据六席，其中金风科技位列榜首。

如今，中国风机行业已步入“强不强”的发展阶段。而10兆瓦级海上风机的研制则是衡量强不强的一项重要指标。

“2021年华能牵头申报一个关于大兆瓦风机的国家级重点研发专项时，就选定东方电气作为合作方之一。当年我们联合研制出国产化率达到96.2%的7兆瓦海上风机。在此基础上，双方开始了18兆瓦海上风机的联合研制。”华能清能院海上风电部主任刘鑫对《国资报告》记者说。

他介绍，在18兆瓦海上风机研制过程中，中国华能作为开发企业，负责项目总体协调以及提供海上风电场环境信息数据、开展整机仿真计算、新型国产变流器开发、组织机组示范等；东方电气作为风机制造企业，负责风电整机研制以及发电机、叶片等核心部件研制等。

“创新联合体对于新机组的研发是非常有必要的。如果产业链上每一环节都单打独斗，可能只会关注自己的问题，对整体的把握就相对欠缺。创新联合体却能让大家都从整体角度出发一起设计一个最优的产品。”刘鑫说。

而站在风机制造企业角度，创新联合体还有更为实际的作用。几年前东方电气曾怀揣中国首台10兆瓦海上风机参与某家开发企业招标，对方出于对国产大兆瓦风机的不信任，宁可选择与国际巨头有深度合作的风机商最高价中标，最终还是创新联合体成员中国三峡集团为其提供了第一笔订单。关于这款18兆瓦海上风机，中国华能和东方电气均向《国资报告》透露，预计将于2024年在浙江的华能玉环2号海上风电场吊装6台。

首台16兆瓦海上风机的创新联合体更具广泛性。

牵头单位中国三峡集团是目前中国最大的海上风电开发企业。该公司在福建打造了三峡海上风电国际产业园，引进海上风电龙头企业，形成风机、电机、叶片、钢结构件等完整产业链。近两年产业园相继下线了13兆瓦、16兆瓦、18兆瓦海上风机，推动我国海上风电从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的历史性跨越。“作为开发企业，我们其实可以选择引进国外设备，但这种方式会让我们受制于人，也不利于中国海上风电发展。于是我们决心把上中下游产业链联合起来一起创新，外国人能做到的，我们一定也可以。”吕鹏远说。

金风科技研发代表高亚州介绍，在16兆瓦风机研制过程中，该公司与中国三峡集团一起针对国产化控制器开展科技攻关，软硬件均实现了100%自主知识产权，解决了“卡脖子”问题。同时，该公司还与洛轴成立聯合科研攻关小组，金风科技为洛轴分享了大量国内外技术资料，洛轴则结合以往生产经验创造性开发出一套全新工艺，双方共同推动16兆瓦主轴轴承诞生。

“中材叶片与中国三峡集团、金风科技三方强强联合，共同研发创新。”中材叶片党委书记、董事长庄琴霞说，中材叶片为中国建材下属企业，2023年6月收购中复连众100%股权后，已成为全球风电叶片行业规模最大的企业。16兆瓦海上风机研制过程中，该公司结合中国三峡集团提供的重要参数，有策略地制定了材料和工艺的选择方案，三家公司联合开发。一直以来，中材叶片与金风科技携手攻克了诸多技术难题。

跨越的背后

近几年中国海上风机大兆瓦化浪潮有其特殊的时代背景。

“双碳”目标为海上风机大兆瓦化定下基调。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》在“加快先进适用技术研发和推广应用”一节明确提及“大容量风电”。

大兆瓦诉求首先源于自然条件。2017年以前，中国绝大部分海上风机都安装在江苏海域，当地的风资源条件决定了国内主流海上风机单机容量长期停留在5兆瓦以下。2016年11月，国家能源局发布《风电发展“十三五”规划》，提出“重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设”。福建、浙南、粤东海域位于台湾海峡及邻近区域，海上风资源禀赋全国最优，因而对大兆瓦风机的诉求也更为强烈。

大兆瓦风机还被视为制造强国的重要注脚。2016年6月，国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局联合印发《中国制造2025-能源装备实施方案》，将10兆瓦级海上大功率风力发电机组作为重点列入。

更迫切的压力则来自补贴退坡后的降本需求。2019年5月，国家发展改革委首次下调海上风电电价；2020年1月，财政部宣布2021年之后将取消海上风电国家补贴。“风电机组单机容量越大，功率就越大，每个机位的效益就会越高，能有效节省海域资源，降低海上支撑结构、电缆、施工等方面的分摊成本，减少海上风电项目度电成本，进一步为新技术、新产品预留成本空间，提供实证平台。”三峡能源总经理、党委副书记张龙说。

面对重压，国资国企承担起建设现代化产业体系、加快发展战略性新兴产业的历史使命。2023年5月，国务院国资委召开中央企业加快发展战略性新兴产业部署会，提出“全力以赴发展战略性新兴产业”。在国务院国资委的统筹推进下，中国三峡集团、中国华能等6个海上风电主力开发企业入选29家创建世界一流示范企业大名单；直接参与大兆瓦风机研制的多家央企子公司和地方国企入选创建世界一流专业领军示范企业名单及“双百企业”“科改企业”。

基于以上多重原因，中国风机大兆瓦化自2019年起跑出加速度。2019年，东方电气与中国三峡集团联合研制出中国首台10兆瓦海上风机，将中国风电带入“两位数”时代；2022年2月，东方电气研制出中国首台13兆瓦海上风机；2022年11月，金风科技与中国三峡集团联合研制出全球首台16兆瓦海上风机；2022年12月，中船海装研制出全球首台18兆瓦海上风机；2023年11月，东方电气与中国华能联合研制出全球首台18兆瓦直驱海上风机。

如此飞快的迭代速度引起部分业内人士担忧。“大家的质疑主要在于可靠性能否保障。技术迭代需要时间去沉淀，但这几年形势不等人。东方电气在研发中注意规避风险，而且之前的10兆瓦、13兆瓦风机运营数据也不错，目前来看我们对18兆瓦比较有信心。”曾志说。

东方风电产业和市场开发中心副主任彭远章给出一组数据，该公司10兆瓦海上风机目前已投运40台左右，三年多来年均可利用率超过98.5%。“发电量远超当时的科研设计值，目前来看经济性和稳定性都不错。”

多位受访人员也表示，在研发过程中注意将安全性摆在突出位置。

业界对海上风电行业另一重担忧在于非理性低价竞争。大兆瓦提速还不足以对冲补贴退坡的影响，一些风机商打响价格战，上游零部件企业也受到波及。“行业要有持续的竞争力，没有安全和质量保障的低成本竞争策略是要命的。”在庄琴霞看来，低价竞争在某种程度上也带来了安全隐患。

对于未来发展趋势，曾志表示，东方电气在大兆瓦风机方面会在继续深入探索的同时控制好节奏，将把更多精力放在收集测试和实际运行数据、不断优化和完善现有机组上。“我们希望把18兆瓦直驱海上风机推向世界。”