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不久前，中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)(CWEA)秘書長秦海巖在朋友圈里曬了一封信，是著名科學(xué)家錢學(xué)森于1990年寫給中國風(fēng)能技術(shù)開發(fā)中心賀德馨的。錢學(xué)森在信中囑咐:“風(fēng)力發(fā)電今后不能停留在小打小鬧，要大干，從你們自己提高認(rèn)識(shí)開步!面向21世紀(jì)的社會(huì)主義中國�！�

30多年后，中國風(fēng)電已經(jīng)發(fā)展成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的主力能源，是支持電力系統(tǒng)率先脫碳，進(jìn)而推動(dòng)能源系統(tǒng)和全社會(huì)實(shí)現(xiàn)碳中和的“主力軍”。到2022年11月，中國風(fēng)電不僅在累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量上達(dá)到了3.5億千瓦，連續(xù)十余年穩(wěn)居世界首位，還在風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)與制造上取得重大突破，金風(fēng)科技GWH252-16MW、中國海裝H260-18MW、明陽智能MySE18.X-28X和MySE16.X-260等單機(jī)容量達(dá)16~18MW的大型海上風(fēng)電機(jī)組接連下線與發(fā)布。

看似朝夕間的質(zhì)變，卻是幾代人的拼搏成果。當(dāng)多方有利因素通過一代代風(fēng)能人的手聚沙成塔，所迸發(fā)的力量銳不可當(dāng)。

“我們正在邁入風(fēng)電技術(shù)的‘無人區(qū)’，未來充滿挑戰(zhàn)，卻創(chuàng)造更多可能�！币晃粚Ｗ⒂诮鉀Q未來風(fēng)電技術(shù)難題的專家對(duì)《風(fēng)能》談道。

看得見的未來

是什么推動(dòng)中國風(fēng)電技術(shù)迎頭趕上了國際同行呢?這與發(fā)展規(guī)劃、電價(jià)政策、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)配套等多方面的有力支撐息息相關(guān)。其中，關(guān)鍵的是發(fā)展規(guī)劃為中國風(fēng)電創(chuàng)造了看得見、摸得著的未來。

2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上宣布，中國力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

結(jié)合上述目標(biāo)，國家進(jìn)一步明確到2030年風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上，對(duì)風(fēng)電發(fā)展提出了新任務(wù)、新要求。

為落實(shí)國家大政方針，風(fēng)電行業(yè)通過科學(xué)推算、自發(fā)組織，先后兩次發(fā)布含有明確發(fā)展目標(biāo)的宣言與倡議。

在2020北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP 2020)上發(fā)布的《風(fēng)能北京宣言》中提到，為達(dá)到與碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)起步銜接的目的，在“十四五”規(guī)劃中，須為風(fēng)電設(shè)定與碳中和國家戰(zhàn)略相適應(yīng)的發(fā)展空間:保證年均新增裝機(jī)5000萬千瓦以上。更遠(yuǎn)期，2025年后，中國風(fēng)電年均新增裝機(jī)容量應(yīng)不低于6000萬千瓦，到2030年總裝機(jī)容量至少達(dá)到8億千瓦，到2060年至少達(dá)到30億千瓦。

不久前發(fā)布的《2022全球海上風(fēng)電大會(huì)倡議》提出:綜合當(dāng)前發(fā)展條件以及我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的要求，到“十四五”末，我國海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量需達(dá)到1億千瓦以上，到2030年累計(jì)達(dá)2億千瓦以上，到2050年累計(jì)不少于10億千瓦。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在積極且穩(wěn)定的頂層設(shè)計(jì)和“1+N”政策的持續(xù)引導(dǎo)下，僅各地出臺(tái)的海上風(fēng)電規(guī)劃總?cè)萘烤鸵殉�過8000萬千瓦。

2022年，歐洲能源供應(yīng)問題警醒各國，能源安全成為焦點(diǎn)。就此，風(fēng)電已不僅僅因其綠色與市場價(jià)值在能源體系中發(fā)揮作用，更將成為確保國家能源安全的關(guān)鍵組成部分。

“值得強(qiáng)調(diào)的是，可再生能源是本國可以掌控的、不受國際地緣政治變化影響的能源。隨著非化石能源比例的增大，它在能源供給安全中將起到舉足輕重的作用。”國家能源咨詢專家委員會(huì)副主任、中國工程院院士杜祥琬曾撰文表示。

作為推進(jìn)碳減排與確保能源安全的重要舉措，我國風(fēng)電躍升發(fā)展實(shí)屬必然。在如此有利的客觀環(huán)境下，風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域不僅得到政策的大力支持，各類資源與資金也正在此匯集，形成推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的澎湃動(dòng)力。

滿足市場化需要

積極的政策引導(dǎo)與可觀的發(fā)展預(yù)期，創(chuàng)造了巨大市場空間。同時(shí)，風(fēng)電平價(jià)與競價(jià)政策的落地，又對(duì)開發(fā)收益產(chǎn)生較大影響。

2019年5月21日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2019〕882號(hào))明確規(guī)定，2018年年底之前核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目，2020年年底前仍未完成并網(wǎng)的，國家不再補(bǔ)貼;2019年1月1日至2020年年底前核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目，2021年年底前仍未完成并網(wǎng)的，國家不再補(bǔ)貼。自2021年1月1日開始，新核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，國家不再補(bǔ)貼。將海上風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)改為指導(dǎo)價(jià)，新核準(zhǔn)海上風(fēng)電項(xiàng)目全部通過競爭方式確定上網(wǎng)電價(jià)。對(duì)2018年年底前已核準(zhǔn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，如在2021年年底前全部機(jī)組完成并網(wǎng)的，執(zhí)行核準(zhǔn)時(shí)的上網(wǎng)電價(jià);2022年及以后全部機(jī)組完成并網(wǎng)的，執(zhí)行并網(wǎng)年份的指導(dǎo)價(jià)。

“一方面是大規(guī)模發(fā)展，一方面是市場化的電價(jià)對(duì)項(xiàng)目的收益預(yù)期產(chǎn)生影響，這要求開發(fā)企業(yè)更膽大心細(xì)�！憋L(fēng)電開發(fā)技術(shù)專家張輝認(rèn)為:“為做到規(guī)模與收益的兩者兼顧，在開發(fā)模式和風(fēng)電技術(shù)上發(fā)力是途徑�！�

風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)降本的途徑有很多，包括規(guī)模降本、管理降本、工程降本、技術(shù)降本等。在開發(fā)模式上進(jìn)行創(chuàng)新，主要是有利于規(guī)模與管理降本。行業(yè)專家一直建議地方政府將項(xiàng)目規(guī)模設(shè)置得足夠大，以攤薄項(xiàng)目開發(fā)乃至區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體成本。而在風(fēng)電技術(shù)方面，目前行之有效且普遍采用的方式，是通過提高機(jī)組單機(jī)容量，降低機(jī)組的單位千瓦造價(jià)。

“從風(fēng)電機(jī)組研發(fā)的本身而言，近些年降低風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)度電成本的主流技術(shù)途徑，是在確保機(jī)組發(fā)電能力前提下的大型化�！睆堓x認(rèn)為。

中國海裝研究院機(jī)械設(shè)計(jì)所所長、H260-18MW產(chǎn)品負(fù)責(zé)人楊微，以中國海裝H260-18MW為例解釋機(jī)組大型化滿足風(fēng)電開發(fā)降本的邏輯:“它具有全球大風(fēng)輪直徑，在相同條件下能夠吸收更多風(fēng)能、發(fā)更多的電;同時(shí)，更大功率提升發(fā)電量的同時(shí)，可以有效節(jié)約用海面積、降低機(jī)位點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而降低海上風(fēng)電場工程建設(shè)與運(yùn)維成本。”

因此，機(jī)組大型化帶動(dòng)的不僅僅是技術(shù)降本，更重要的是對(duì)工程降本有利。這在機(jī)組設(shè)備成本占比較低的海上風(fēng)電市場中，表現(xiàn)得尤為明顯。

以100萬千瓦的海上項(xiàng)目測算，相比10MW機(jī)型，18MW機(jī)組所需機(jī)位點(diǎn)更少，工程施工成本更低，工程單位千瓦總投資成本可降低20%以上，施工時(shí)間窗口可減少30%以上。

致力于做得更大

說到大，主流的海上風(fēng)電機(jī)組幾乎比陸上機(jī)型大一倍，這正是由海上風(fēng)電工程成本高、施工與運(yùn)輸條件所決定的。據(jù)《風(fēng)能》統(tǒng)計(jì)，2022年我國下線的海上機(jī)組大單機(jī)容量提高了7MW之多，這幾乎是一臺(tái)陸上新型機(jī)組的單機(jī)容量。

據(jù)了解，我國海上機(jī)型共經(jīng)歷了三代發(fā)展。代產(chǎn)品是通過整機(jī)引進(jìn)或在歐洲知名設(shè)計(jì)公司的指導(dǎo)下，結(jié)合我國海上復(fù)雜環(huán)境研發(fā)出來的，風(fēng)輪直徑小于150m，單機(jī)容量小于5MW。第二代產(chǎn)品開始自主研發(fā)，單機(jī)容量不超過8MW，風(fēng)輪直徑小于200m，是“搶裝”時(shí)期的主力機(jī)型。第三代產(chǎn)品是以平價(jià)為特征的8.5~16MW機(jī)型，風(fēng)輪直徑達(dá)到200~260m，一些產(chǎn)品具有較強(qiáng)的抗臺(tái)風(fēng)能力。

在新產(chǎn)品的研發(fā)過程中，為保證發(fā)電能力，單機(jī)容量越大風(fēng)輪直徑也需要相應(yīng)地增大。各部件重量與載荷的增加，使技術(shù)難度大幅提升，研發(fā)人員必須突破更多瓶頸。

“機(jī)組的大型化，不是簡單的延伸和放大。隨著功率、載荷的增大，零部件的尺寸和重量將急劇增加，如果不通過基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新拓展大型化邊界，超大容量機(jī)型開發(fā)就不具備可行性與經(jīng)濟(jì)性�！睏钗�對(duì)這一點(diǎn)頗有感觸。

因此，越來越多的整機(jī)企業(yè)將目光轉(zhuǎn)移到中速永磁(也稱半直驅(qū)、混合)技術(shù)路線上。在2022年，新下線的海上風(fēng)電機(jī)型共12款，其中有10款采用了該技術(shù)路線。

“中速永磁技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重量、可靠性、成本等多方面的平衡，從而可以做到更大。”張輝解釋。

當(dāng)然，除了技術(shù)路線外，我國風(fēng)電整機(jī)技術(shù)還有諸多方面實(shí)現(xiàn)了突破。例如，深遠(yuǎn)海大功率風(fēng)電機(jī)組整機(jī)支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，整機(jī)平臺(tái)化設(shè)計(jì)技術(shù)，智能控制技術(shù)，大功率整機(jī)與超長葉片仿真測試驗(yàn)證能力等。