近期，金风科技与三峡集团合作研发的16兆瓦海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园下线，刷新了目前全球最大单机容量、全球最大叶轮直径纪录。
从全球风能理事会（GWEC）统计的数据来看，全球风电产业用了20年时间将海上风电机组的平均功率从2000年的1.5兆瓦提升至2020年的6兆瓦。而近两年来，各大整机制造商已陆续推出了单机容量在14兆瓦及以上的海上风电机组，海上风电机组的大型化趋势正不断加速。在“双碳”目标推动海上风电产业快速发展之际，大容量海上风机时代已经到来。
大容量海上风机降本效果明显
在2021年前，我国所有吊装的海上风机中，大部分机型单机容量都不超过5兆瓦，而记者梳理今年内各大能源企业发布的海上风电项目风机招标信息了解到，大部分项目都对风机容量做出了明确要求，最终中标机型中，6至8兆瓦以上机型已经成为了主流，其中部分中标机型容量甚至已经突破了10兆瓦。行业研究机构伍德麦肯兹统计的数据进一步显示，2022年上半年，8兆瓦及以上海上风电机组的新签订单份额已超过了75%。
在金风科技海上产品线总监樊彦斌看来，大兆瓦海上风电机组如此快的发展速度，正是海上风电行业不断变化的开发场景以及降低度电成本需求所致。“一直以来海上风电项目的造价相对较高，但测算显示，金风科技旗下的13.6兆瓦和16兆瓦机组可以显著降低海上风电度电成本，快速的风机大型化可很好地适应目前海上风电平价需求。”
2020年，国家发改委出台了《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》，提出新增海上风电不再纳入中央财政补贴范围，这也意味着，2022年并网的海上风电项目上网电价预期较一年前下降近一半。
在此情况下，海上风机容量的快速增长成为了海上风电快速实现降本的答案。有业界测算显示，时至今年10月，在中标风机容量不断增加的情况下，平价海上风电项目含塔筒机组价格已从去年下半年的4000元/千瓦以上降至最低的3306元/千瓦，年内降幅可达20%。
拓宽海上风电可开发范围
在“双碳”目标的推动下，今年以来全国各沿海省份已陆续发布了海上风电装机规划，据信达证券统计，沿海各省发布的“十四五”期间海上风电新增规划总规模已超过5500万千瓦。但实际上，在业内看来，我国沿海省份海上风资源禀赋各有不同，不同的风速条件需要更多差异化的机组来满足发电需求，为拓宽海上风电的可开发范围，大容量机组的应用更是成为必然。
樊彦斌告诉记者，随着海上风电装机规模的不断扩大，离岸距离和水深都在不断增加，同时各省份用海资源也受到军事、生态等方面的限制，海上风电项目用海面积进一步受限。为了更好地获得风能，更长叶片、更大风轮直径成为了必需，大容量机组的发展将很大程度上降低项目造价，机组的大型化可有效拓宽海上风电的可开发资源范围。
据了解，金风科技最新下线的16兆瓦海上风电机组叶轮直径可达到252米，叶轮扫风面积约5万平方米，相当于7个标准足球场的面积。在满发风速下，该款机型每转动一圈可发34.2度电，每年所发电量可满足3.6万户三口之家一年的正常用电。
不仅如此，自2019年起，三峡海上风电国际产业园相继下线了自主研发的最新6.7兆瓦、8兆瓦、10兆瓦、13兆瓦、13.6兆瓦、16兆瓦海上风电机组，不仅可满足不同环境下发电需求，更是多次刷新我国海上风电发展纪录。
同质化竞争下产品可靠成为关键
值得注意的是，面对海上风电平价时代对大容量机组的高需求，今年以来，国内主流风电整机厂商纷纷推出了10兆瓦及以上海上风机产品。据记者不完全统计，目前国内已有9家风电整机厂商宣布将研发或下线10兆瓦及以上海上风机产品，机型种类至少有30余种。
在樊彦斌看来，在目前高度竞争的海上风机市场中，高可靠、高收益、可信赖正是海上风机产品所需的关键要素。“首先，海上风电产品应选择成熟可靠的技术，并通过完备的测试验证工作，最大限度避免创新产品在应用过程中的安全风险，确保下线产品可靠；其次，海上风机产品应通过各方面的技术细节提高发电量，例如使用创新性的长柔叶片、大数据实时跟踪机组的运行状态等方式，确保机组的运行安全和高效发电；另外，产业链的稳定供应能力同样不可或缺，金风科技海上风电产品国产化率均超过了90%，突破了主轴承等核心零部件的‘卡脖子’技术，有可靠的供应链资源来保障大容量海上风机产品的交付。”
大型化要求不断筑牢底层基础
“海上风机大型化并不是简单的‘变大’，最重要的是筑牢底层基础，掌握大型化带来的有别于以往的底层基础科学理论规律。同时，需要将已经突破的认知闭环应用到机组开发设计中，打开大型化机组技术黑盒子。自2018年，金风开始规划自主整机仿真平台GTSim，仿真与测试偏差可低至5%，很好结合了高精度与快评估速度。另外，借助完善的测试验证体系，金风科技可提前验证产品全生命周期可靠性，实现产品性能优化。最终，现场海量的运行数据又可以反哺到仿真模型中，通过不断的优化，形成可以不断学习和进化的仿真工具。”樊彦斌指出。
樊彦斌进一步表示，“机组的大型化最终要依靠基于设计、仿真、测试、验证、运行五位一体的整机可靠性体系，确保机组大型化开发行稳致远，更要保持开放心态，通过与国内外同行的不断沟通交流，共同推动海上风电产品的高质量可持续发展。”
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