東方電氣賀建華:可靠性和智能化是未來風電技術的主要發展方向
賀建華認為:
· 風電產品不斷推陳出新,與行業掌握關鍵核心技術、制造工藝密切相關。
· 未來,風電產業發展的步子要走得更穩一點,注重質量和可靠性,找到發展速度和質量的平衡點,通過嚴格的質量控制體系,確保每一臺風電機組的高質量和高性能。
· 未來,海上風電機組的單機容量可能會在20~30MW,陸上風電大型化發展空間不大,10~15MW 是主流。
PART1:掌握核心技術和制造工藝是關鍵力量
《風能》:中國風電行業從引進學習到自主創新的轉變過程中,哪些因素起到了關鍵的推動作用?
賀建華:風電行業經歷了從引進學習到自主創新的轉變。早期,國內風電企業主要通過引進國外技術和設備進行學習,逐步掌握風電的基本技術。隨著市場的擴大和技術的積累,風電行業進入了“并跑”階段,尤其是在陸上和海上風電的“搶裝”和平價上網階段,國內企業積累了豐富的項目經驗,逐步提升了市場份額;制造能力大幅提升,自主開發更高功率的風電機組,逐步縮小與國際先進水平的差距。如今,中國風電行業已經進入“初步領跑”階段,得益于龐大的國內市場引領,企業通過項目投建積累了大量經驗,整個產業鏈的技術水平顯著提高。
近幾年,行業到了爆發點。風電產品不斷推陳出新,每家整機企業都能推出新的機型,這與掌握關鍵核心技術、制造工藝密切相關。
《風能》:在風電行業的發展中,哪些關鍵技術突破對行業產生了深遠影響?
賀建華:實際上,任何風力發電設備企業都有自己的核心技術,但自2010年之后,風電行業企業掌握了整機設計的關鍵技術。一是葉片的氣動設計和載荷設計,通過優化葉片形狀和氣動性能,提高發電效率,在載荷設計上,實現葉片與結構之間的平衡,提高機組的穩定性和可靠性;二是傳動鏈一體化的設計,通過優化傳動鏈的結構設計,減少了故障率,提高了風電機組的整體性能,如東方電氣采用第三代高集成傳動鏈,將扭矩和彎矩分開,提高了傳動效率和可靠性;三是發電機性能和冷卻系統取得顯著進展,提高電機的效率,降低溫升和振動,確保電機在高負荷運行時的穩定性和可靠性;四是智能化與自動化方面,國內企業開發自主的智能控制系統,實現了風電機組的自動化運行和遠程監控,通過大數據和人工智能技術,實現對機組的故障預測和維護優化,提高運行效率;五是控制系統,包括控制編程、源代碼等,這也是最后攻克的,因為一旦自主掌握,企業可以隨時根據自己的需要修改、更新和優化,東方電氣是國內率先自主掌握控制系統的風電企業;六是整機的剛強度計算、疲勞壽命計算和振動計算技術,從只能計算部分部件,發展到能夠對整個傳動鏈性能進行綜合評估和優化,確保風電機組增大時各部件傳動裝置的匹配性更好。
其中,整機企業與部件商充分協同互動,通過共同的科研課題、技術攻關等,一批批具有國產化突破性技術的機型開始陸續涌現,供應鏈也逐漸成熟,適應各種不同環境的機組也開發應用起來。
風電技術發展的路子其實跟水電相似,有可以借鑒的經驗,風電機組單機容量雖然比水力發電設備小得多,但所面臨的工況更多、更復雜。東方電氣充分利用60多年的技術沉淀、創新文化和穩定的技術隊伍,突破了一系列關鍵技術,特別是在風電機組大型化的研制方面。
PART2:技術和質量問題需要行業老老實實解決
《風能》:您如何看待風電行業在快速大型化過程中面臨的質量和可靠性問題?
賀建華:從2019年開始到現在的五六年里,機型迭代太快。這是因為用戶需求和行業力求通過大型化降低單位造價成本,使項目具備盈利能力。
然而,低價“內卷”導致整機和部件制造企業不賺錢,進而產生質量問題、人員不穩定和科技創新乏力等現象。例如,為了降低成本,葉片要減重,其薄弱點就更易暴露;傳動鏈的設計也會追求重量低、體積小,由此帶來質量隱患。實際上,風電機組主要部件應當做到整個生命周期不出問題,就像常規水力發電設備一樣。
目前制造企業的利潤已經觸底,一方面通過市場競爭及行業整合,可以緩解“內卷”的程度;另一方面,從市場上看,開發企業對機型的實際需求完全可以得到滿足,考慮運輸吊裝帶來的風險和成本,大型機組在應用時也會存在一定的局限。在此階段,行業發展中遇到的技術和質量問題,需要產業鏈企業靜下心來,老老實實地解決掉。
未來,風電產業發展的步子要走得更穩一點,注重質量和可靠性,找到發展速度和質量的平衡點,通過嚴格的質量控制體系,確保每一臺風電機組的高質量和高性能;對首臺(套)機組要在進行充分驗證后再批量投入;按照經營一代、開發一代、儲備一代的模式發展。
PART3:重點提升機組的可靠性與智能化水平
《風能》:未來風電設備將如何發展大型化與智能化?
賀建華:技術需要不斷地創新、優化、迭代和積累。未來,重點是提升機組在制造、運行、維護方面的可靠性和智能化水平。東方電氣“iPACOM新一代風電智慧系統”采用了邊緣計算技術,能夠快速響應風電機組運行參數的變化,未來甚至可以實現無人值守。
大型化發展雖然帶來了成本優勢,但也帶來了技術挑戰,特別是在海上風電領域,運輸、吊裝等技術瓶頸仍然存在。未來,海上風電機組的單機容量可能會在20~30MW,但需要穩步推進。陸上風電大型化發展空間不大,10~15MW是主流,主要集中在大基地,如“沙戈荒”。
海外市場可開發的風能資源比中國好,歐洲很多地方沒有臺風,年平均風速在8~10米/秒,他們基于長遠考慮也希望能充分利用風能資源,將機組再做得大一些。這幾年,由于新冠疫情影響和政治形勢的變化,我國風電設備對西方國家出口占比很小。
PART4:投資成本更優的海上風電發展路線更具生命力
《風能》:“十五五”期間,您認為風電開發面臨的主要技術瓶頸和市場機遇是什么?
賀建華:深遠海風能資源豐富,占比約60%,但目前風電場開發設備造價高,包括機組制造、打樁、遠距離輸電等,固定式基礎和漂浮式技術的成本都需降低。固定式基礎面臨的是如何通過技術進步使之邁向更遠更深的海洋,但成本又不能超過漂浮式,預計固定式基礎能走向50~100米水深的海域。漂浮式機組的單機容量還會持續增大,力求浮體更輕一些,允許的晃動更大一些。兩種發展路線中哪一種能夠做到投資成本更優,誰就更具有生命力。若技術進步帶來成本下降,發電企業和設備企業都能盈利,則海上風電將迎來大發展。
風電機組的更新換代市場也將逐步顯現,隨著總量增加和原有低容量機組壽命到期,需要效率更高、可靠性更好、容量更大的風電機組。
國內的“沙戈荒”大基地、鄉村,以及海外市場都有良好的發展前景。在國際市場上,風電企業將繼續拓展,特別是在東南亞、南美等地區,通過國際合作和技術輸出,提升國際市場份額。同時,風電企業也將加強本地化運營,通過設立境外辦事處和合作項目,更好地適應當地市場需求。
此外,風電將加快與其他可再生能源(如太陽能、海洋能等)進行綜合利用,提高能源利用效率。例如,海上風電與海水制氫、海洋養殖等結合,形成綜合能源利用模式。目前,東方電氣海上風電無淡化海水原位直接電解制氫技術中試,已在海上風電場獲得成功。
未來面臨的挑戰包括,需要更加注重風電機組的全生命周期管理和質量提升,確保風電機組在設計壽命內的穩定運行;深海漂浮式或固定式風電存在技術和投資風險;海外市場投資和項目實施需做好風險控制,包括政治風險、國家穩定性和合同管理等方面。