上海电气风电副总工马文勇：聚焦中高风速地区，解析陆上大型风机设计要点

　　2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。

　　

　　上海电气风电集团有限公司副总工程师马文勇在“风电机组大型化技术论坛”中发表主旨演讲。

　　

　　他在演讲中表示，随着去年开始三北市场复苏，我们应该清醒认识到今天的三北市场和十年前迥然不同，三北今年是竞价，我们也可以预见将会最先进行平价，我们面对的是无补贴的，另外从营销模式来讲，也不再是以前的各司其职，应该会出现发电方、售电方和服务方打滚参与角逐的局面。

　　

　　

　　

　　我们今天要讲风机的设计不是孤立的，必须考虑全生命周期，把其他这些各个组成要素进行一个深度的耦合，这样我们才能拿出一款合适的风机来投放这个市场。接下来我们在对三北市场和中国陆上风电市场做一个认识。在前两年是中东南部市场一枝独秀的状态，随着去年开始三北市场复苏，我们已经开启了南北两条战线同时作战的局面，很多人对三北认为是比较理解的，说我们十年前就是三北，但是我们应该清醒认识到今天的三北和十年前迥然不同，现在的三北和以前的要求也是不同的，这里面有一些具体的差异，我就不细说，但是有一点大家都可以意识到，就是说现在的三北今年是竞价，我们也可以预见将会最先进性评价，我们面对的是无补贴的，再一个营销模式来讲，也不再是以前的各司其职，应该会出现发电方、售电方和我们服务方打滚参与角逐的局面。

　　

　　再简单介绍一下我们上海电气，很多朋友对我们的了解都是来自于海上，我们有4兆瓦、6兆瓦明星级的海上产品，但是我们今天想说的说，上海电气的优秀不只是来自于海上，我们在陆上也值得各位朋友的信赖。在陆上我们装机方面有6千多台风电组织装机，在产品系列上我们有2.X、2.5和3.X多款机组，我们能够提供从前期选址到后期的这种运维，全生命周期的解决方案。

　　

　　我们说产品是来自于市场，要想做一款好的产品要理解市场，我们现在就用比较少的时间分析一下市场情况。这是三北资源情况，我们说现在中国的中高风速区域主要集中在三北区域，在南部沿海地区有少量的，不是开发主要的目标点。三北市场的特点，前面讲过有市场的特点，消纳的特点，还有一些环境、造价，这里重点说的还是电价的情况。我在右边的图里面留出了几个大家看标红的数据，这就是各省地区脱硫脱硝煤电的电价，如果我们下一步平价上网这就是我们的目标电价，大家可以比对一下与我们现在实际上各地风电电价还是有比较大的差距，这也是说我们做基础开发和做整个发电厂开发所要努力克服的一个点。

　　

　　具体的一些市场情况，这一轮我们三北的复苏还是以内蒙为代表的，对于内蒙来讲很多项目是沿着特高压通道来开展的，我说有一点今天的三北不是十年前，另外一个因素就是资源有差异，之前我们三北是二类到一类，好的风速是特别多的，但是这一轮三北再启动的时候，更多的风速还是在7米上下当地空气密度这样一个风资源，相对是一个中高风速，大家应该充分考虑到这一类资源的特色。

　　

　　前面简单分析了一下市场，接下来我们就开始聚焦这个市场来谈谈我们的机组开发。第一个点就是做机组开发时，我们的设计理念和优化目标是什么，一个成功的产品首先要解决给我们的项目能够带来一个好的收益，在我们现在竞价上网这个环境下，LCOE度电成本可以描述收益情况，在分子的部分就是各项的投入，包括建设成本还有我们生命周期运行维护成本，分母是全生命周期的发电量，大家从公式可以看出来，我们想获得好的收益，让建造成本更低，发电量更高，我们需要考虑的成本的降低不仅仅是机组自身售价的降低，我从机组带来的塔架和基础用量也要少，然后在20年的生命周期内，我们所投入维护费用也要低，只有这样才能做到成本上的降低。另外一个就是发电量要多，因为LCOE指标里面发电量的权重大于成本，所以说我们应该在这样的项目里面要更关注我的发电量。

　　

　　综合这个角度来讲，做陆上大型风电机组的设计的基础上，以风资源为前提，以风场为载体，考虑当地电网要求，然后把我们的环保理念放在里面，这样机组开发最终的目标还是要实现LCOE的最优。

　　

　　

　　接下来我要谈的第二个话题就是功率和叶轮的平衡，三北良好风速支持更大的单机功率，所以说我们可以获得比中东南部更高的等级和容量，同时在这种竞价上网的前提下，发电量在LCOE的占比权重那么高，所以说我们对于能够提供的发电效率有更高的要求，这就折射出我们要有更大的叶轮直径，有更高的扫风的效率，要单机大容量这样的机型，图片右边是一张来自（英文）的统计图，绿色是大型机组，4.X级别，大型机组占比比较高，亚太市场里面大家能明显看到绿色占比比较低，就是因为亚太以中国为主的市场目前风速资源相对较低的，所以说我们在这样一个市场里面来走大型化的机组，一定要有额外的需求，就是要配上一个大叶轮。

　　

　　当然了我们这个不是说这个命题一直这样，我们要把三北机型开发分两个阶段，短期来讲要做好控制，叶轮直径大到什么程度，二者要取得平衡，三北市场进一步开拓，特高压可以往北走，风速资源上去了，会支持更大的功率等级。所以说我在下面有两条结论，第一就是短期内我们认为单机功率大于3兆瓦基本上就是合适的，扫风找到5或者6，在6以上这样一个情况，在中长期的话，随着通道的建设，然后风资源进一步向好，可以支持到5兆瓦以上的级别的，按照5兆瓦单位兆瓦的扫风也不能低于4个平方米。

　　

　　我们上海电气目前在三北有两款机型投放市场，第一款就是3.X146标准等级是二类，能到8.5米，最大的5.6。第二款今天刚刚下午发布的，能够到6.3，基本上对于三北地区8米以上到9米，7米5的风速能够实现很好的覆盖。

　　

　　

　　第三个话题就是技术路线的选择，其实对于路线的选择，我们的观点是技术路线没有最好的只有最合适的，我不能对另外的技术路线去探究，这个我认为是太教条了，把自己限制死了。在上海电气来讲，我们是陆上产品2.5或者是3.0，我们走得是齿轮箱技术路线，然后后面的考虑到海上的特色是直走驱的路线，所以说从这个角度来讲，对于三北地区技术路线选择大家完全可以抛开这个理念，充分考虑这条技术路线可以带来什么样的性能，成本怎么样，三北的评价，再一个供应链是否是安全是否完善，此外还有陆上机组怎么运输。

　　

　　

　　再下一个话题就是说要基于平台化开发，目前机型迭代速度非常高，这种情况下我们怎么能够做到二者之间的平衡，我们只有通过平台化的开发，一可以加快速度，二可以把核心部件最大程度进行复用提高安全性，也可以扩大各个部件市场份额来降本，让业主备件的担忧也没有了，因为我的平台一直在用，这个备件不在这个产品上出现在下个产品也有，这是一个产品开发的关键。

　　

　　另外一个话题，我们在基础设计的时候，这里有一个上下游的穿透，这种穿透我们可以把整机和零部件和对方做一个分享，可以实现彼此在设计参数的优化，获得整机最优，除此之外我们现在的做法，在这个层次上进行一个穿透，能够对于某些大型基地项目根据基地体量进行量身定做，把各个产业之间深度融合出来，才能够把机组开发当成全产业链的事。

　　

　　

　　下一个话题就是数字化和智能化，一要智能发电，带来更多的电能，第二支持智能的运维，为我后面20年生命周期提供便利，第三随着环保各个方面的严苛，我要求能够对于不同的场景有针对性的适应能力。另外一方面就要实现数字化，同样我们也要打通从数字设计到运维，可以说不只是大型机组，是我们风电下一步要想发展要想健康必备方向。

　　

　　

　　最后谈一下开发模式，开发速度很快，各家有各家的流程和章法，但是产品开发，尤其是风机和手机一样，高度市场化的开发你需要科学的工具对你进行指导。我们这里面介绍的这种IPD，大家都知道是IBM当时起死回生的良方，这些理念不多讲，我只是说这种开发方式是有利于我们保证产品开发速度和开发质量的，我们上海电气在新产品开发过程中已经全面引入了IPD的流程，可以保证准确性和质量。

　　

　　前面都是关于风电机组设计大的观点，下面我再具体落到技术点上和大家分享探讨一下。第一个点就是独立变桨技术，对于这一轮大型化机组要有大的容量和大的风轮，150、160，独立变桨就成了刚需，有很多的技术路线，这里不做详细解读。但是我想说，不管你选择什么，你的独立变桨技术一定要具备低成本能够高可靠性，而且我们独立变桨你所要追求的目标，你所有部件综合的最优。右边就是上海电气我们做的独立变桨方面的工作，我们已经在样机进行试验了。

　　

　　另外一个技术点就是大型的叶片技术，因为叶片是机组最关键的环节，我想和大家探讨的几点。第一点就是说，我们要做到这种整机和叶片一体化设计，我可以把整机优化和叶片优化放在一个平台下考量，通过我们的控制，通过我们的载荷综合获得一个全都优的结果，实现量身定制。上海电气陆上产品叶片全是自主开发，采用一体化设计进行的。还有一个点关于碳纤维的使用，目前碳纤维的使用主要受成本因素的影响，但是碳纤维和整个价格差异，不能从每公斤的角度去考虑，应该从弹性模量去考虑，因为可以提供的弹性模量是不同的，从这个角度来看这个成本没有那么高，我们会在下一步产品中逐步引入碳纤维。

　　

　　还有一个话题就是关于分段式叶片，分段式叶片去不去做，关键点在于分段的时候带来的叶片的增重，叶片成本增加，它们两个成本哪一天达到平衡了，如果不能满足了，就是分段式叶片推向市场的真正阶段。

　　

　　再一个控制技术，大家现在都在谈差异化、谈激光雷达，我们这里想说一点，下一步陆上大型风机，传统的闭环控制可能要被多输出的控制来进行替代，这种基于模型的MPC的控制会为我们提供更好的控制手段，能够从这个层次上首先以一个跨越式的降载，这是我们必须引入的方向。

　　

　　最后一个点，基于概率设计的探索，之前在设计过程中一直追寻传统设计准则，我的载荷算好以后，我有载荷安全系数，上面的图要往左放大一部分，我的零部件，自己理论的强度和我准备输出的强度也是要做一个，这样的话整个看起来余量很大，基于概率的角度就可以缩小差异，能够获得更好的分享。

　　

　　最后是总结，刚刚我在里面都提到了，我不再详细讲了，这是我们新发布的一款3.X-15X的风电机组，如果大家有兴趣可以到我们的展台进行沟通。