“每十年，海上風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)直徑就增加50米�！泵麝�(yáng)智慧能源集團(tuán)有限公司執(zhí)行總裁首席技術(shù)官?gòu)垎��?yīng)在2018粵港澳大灣區(qū)電力創(chuàng)新高峰會(huì)上如是形容海上風(fēng)電機(jī)組大型化的發(fā)展趨勢(shì)。
   根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)的預(yù)測(cè)：2015年至2020年的海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量在5.1MW，而2020年至2025年的平均單機(jī)容量在6.6MW。
   單機(jī)容量更大，意味著風(fēng)機(jī)直徑也更大。1983年，海上風(fēng)電主流風(fēng)機(jī)直徑只有16米，1993年約為65米，2003年增加到116米，2013年達(dá)到了164米。而如今，GE正在研發(fā)的12MW海上風(fēng)機(jī)直徑將達(dá)到220米。
   在張啟應(yīng)看來，海上風(fēng)電機(jī)組的進(jìn)化遵循著摩爾定律�！澳敲矗�什么時(shí)候是個(gè)極限呢？”他十多年前剛?cè)胄械臅r(shí)候就這樣問過�，F(xiàn)在看來，大家也說不清楚什么時(shí)候是個(gè)極限。在競(jìng)價(jià)降成本的環(huán)境下，大容量的海上風(fēng)電機(jī)組被寄予希望。
   市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化
   從陸地到海上，在張啟應(yīng)看來，海上風(fēng)電類似生物進(jìn)化進(jìn)程一樣。因?yàn)樵诤Ｉ希�風(fēng)機(jī)需要面對(duì)更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 
   在海上，風(fēng)電機(jī)組面臨的自然條件更加惡劣、多變。海上鹽霧會(huì)造成機(jī)體腐蝕、浪潮增加載荷、海床地形復(fù)雜增加建設(shè)難度以及遠(yuǎn)離陸地、極端天氣增加的運(yùn)維成本等。
   大容量機(jī)組被認(rèn)為更適合在海況復(fù)雜的地區(qū)使用。我國(guó)沿海不同地區(qū)的海床結(jié)果差異較大，從松軟的灘涂到堅(jiān)硬的巖石，海床條件不佳，在海上風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)與施工過程中，容易遇到風(fēng)機(jī)點(diǎn)位較少的情況。采用大容量機(jī)組，可以減少設(shè)計(jì)與施工難度，減少施工投資成本。
   例如，在環(huán)渤海地區(qū)，海床地質(zhì)條件復(fù)雜、海冰災(zāi)害嚴(yán)重等問題會(huì)對(duì)機(jī)組基礎(chǔ)造價(jià)產(chǎn)生不利影響。采用更大單機(jī)容量的海上機(jī)型，可以減少機(jī)組數(shù)量，減少上述問題帶來的影響。
   丹麥風(fēng)能咨詢機(jī)構(gòu)MAKE在2017年底發(fā)布的《全球風(fēng)機(jī)趨勢(shì)》報(bào)告指出，主要風(fēng)電市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)了更大渦輪機(jī)和更長(zhǎng)葉片的發(fā)展趨勢(shì)，特別是在歐洲。
   GE正在研發(fā)風(fēng)機(jī)直徑達(dá)到220米的12MW的海上風(fēng)電機(jī)組。GE全球海上風(fēng)電工程及技術(shù)總監(jiān)文森特·謝林斯（Vincent Schellings）告訴eo，目前機(jī)組研發(fā)進(jìn)展順利，樣機(jī)預(yù)計(jì)在明年第二季度進(jìn)行安裝。
   文森特•謝林斯介紹，在同樣規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)中，使用12MW的風(fēng)機(jī)比使用6MW風(fēng)機(jī)的所需的風(fēng)機(jī)數(shù)量少一半，這也就意味可以使用更少的基座、海底纜線等。GE根據(jù)中國(guó)海域水深25米、硬砂質(zhì)土、風(fēng)速9米/秒、規(guī)模為400MW風(fēng)電場(chǎng)的情況進(jìn)行估算，在單樁基礎(chǔ)方面，6MW的風(fēng)機(jī)需要的基礎(chǔ)重量為626噸、最大直徑為7米、每千瓦造價(jià)為人民幣3151元，12MW需要的基礎(chǔ)重量為925噸、最大直徑為9米、每千瓦造價(jià)為人民幣2262元；在吊裝方面，6MW風(fēng)機(jī)的周期為143天、每千瓦造價(jià)為人民幣427元，12MW風(fēng)機(jī)的周期為77天、每千瓦造價(jià)為人民幣318元�？傮w上看，能為風(fēng)場(chǎng)降低的基礎(chǔ)和施工成本高達(dá)28%，同時(shí)有助于降低安裝風(fēng)險(xiǎn)。
   安永全球顧問委員會(huì)在2015年進(jìn)行的一項(xiàng)研究就發(fā)現(xiàn)，到2030年，海上風(fēng)電每兆瓦時(shí)有望降至90歐元（折合人民幣約702.9元）。其中關(guān)鍵的成本措施包括：部署更大的風(fēng)機(jī)以增加風(fēng)能可降低9%的成本，鼓勵(lì)更多的競(jìng)爭(zhēng)可為成本降低7%，保持總量上升和規(guī)�；�發(fā)展可減低7%的成本，供應(yīng)鏈優(yōu)化和物流整合可能會(huì)節(jié)省3%的成本。
   “中國(guó)現(xiàn)在用競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的模式替代固定電價(jià)，使得能源的成本快速降低，大型的風(fēng)機(jī)是一種途徑�！蔽纳�特•謝林斯說。
   我國(guó)目前正在推動(dòng)大容量風(fēng)機(jī)的發(fā)展。國(guó)家能源局在2016年12月印發(fā)的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中指出，“十三五期間重點(diǎn)研究 8MW~10MW 陸/海上風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)，并且提出實(shí)現(xiàn)5-6MW等級(jí)大型海上風(fēng)電機(jī)組的安裝規(guī)范化和機(jī)組運(yùn)維智能化。
   在我國(guó)沿海地區(qū)，也在大力發(fā)展大容量機(jī)型。例如，江蘇省人民政府在2017年2月發(fā)布的《江蘇省“十三五”海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)發(fā)展具有世界先進(jìn)水平的6MW以上海上風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵零部件。山東省2018年5月發(fā)布的《山東海洋強(qiáng)省建設(shè)行動(dòng)方案》提到，加強(qiáng)6兆瓦、8兆瓦、10兆瓦及以上大功率海上風(fēng)電設(shè)備研制及使用。
   被寄予帶動(dòng)其他行業(yè)發(fā)展的希望
   大容量機(jī)組為了具備一定的掃風(fēng)效率須使用更長(zhǎng)的葉片，同時(shí)機(jī)艙、輪轂、發(fā)電機(jī)等部件的尺寸也較小容量機(jī)組更大。在公路運(yùn)輸中，轉(zhuǎn)彎半徑、限寬限高等會(huì)對(duì)大容量機(jī)型帶來挑戰(zhàn)。
   以GE HALIADE 150-6MW風(fēng)機(jī)為例，其葉片達(dá)到73.5米，長(zhǎng)度相當(dāng)于兩架機(jī)型為C919飛機(jī)長(zhǎng)度之和。將此葉片從西班牙工廠運(yùn)輸?shù)疆?dāng)?shù)馗劭�，再由海運(yùn)至德國(guó)，最終安家落戶在北海上的默克風(fēng)場(chǎng)，并非一件容易的事情。在其首次運(yùn)輸，從西班牙卡斯特利翁LM風(fēng)電機(jī)葉工廠出發(fā)，到達(dá)卡斯特利翁港，陸運(yùn)距離45千米，實(shí)際運(yùn)輸時(shí)間為3.5小時(shí)，期間還有警車的護(hù)送以保證安全。此次項(xiàng)目負(fù)責(zé)人何塞·路易斯·格勞（Jose Luis Grau）和他的團(tuán)隊(duì)花了13個(gè)月，在聯(lián)系了當(dāng)?shù)卣�府和港�?wù)局之后，才研究出相應(yīng)的運(yùn)輸方案。
   有行業(yè)從中看到了帶動(dòng)其行業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。在荷蘭阿姆斯特丹舉行的2018年國(guó)際直升機(jī)技術(shù)研討會(huì)（Helitech International 2018）上，離岸風(fēng)電咨詢公司（Offshore Wind Consultants Ltd.）高級(jí)主管哈立德•卡姆哈維（Khalid Kamhawi）表示:“離岸風(fēng)電行業(yè)是一個(gè)可行且可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)，投資這個(gè)行業(yè)就等于投資于未來�！�
   隨著海上風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)機(jī)規(guī)模越來越大，直升機(jī)可以在操作和維護(hù)期間提供支持，這將為直升機(jī)運(yùn)營(yíng)商提供很多的機(jī)會(huì)。
   哈立德•卡姆哈維說，直升機(jī)可以在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的整個(gè)生命周期中使用，從最初的勘探到建造到維護(hù)，都可以為直升機(jī)行業(yè)提供大量的工作機(jī)會(huì)。
   但是用直升機(jī)運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性還有待觀察。
   大容量風(fēng)機(jī)在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，仍有考驗(yàn)
   國(guó)內(nèi)目前具備一定大容量海上風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)制造能力，但仍處于樣機(jī)試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入規(guī)�；�生產(chǎn)階段，初期價(jià)格會(huì)比較高。水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院副院長(zhǎng)易躍春在2018年12月8日舉辦的第三屆全國(guó)海上風(fēng)電工程技術(shù)大會(huì)上介紹道，風(fēng)電機(jī)組的價(jià)格4MW和5MW大約在6000元左右，6MW以上由于沒有大批量應(yīng)用，研發(fā)成本較高，單位造價(jià)比較高。
   作為風(fēng)電機(jī)組開發(fā)的最后環(huán)節(jié)，風(fēng)電機(jī)組形式認(rèn)證尤為重要。風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的型式認(rèn)證包括設(shè)計(jì)評(píng)估、型式試驗(yàn)和工廠審查等模塊。有風(fēng)機(jī)制造企業(yè)人士曾向eo表示，風(fēng)機(jī)必須有型式認(rèn)證才能并網(wǎng)。但目前國(guó)內(nèi)取得型式認(rèn)證的大容量海上風(fēng)機(jī)并不多。根據(jù)公開信息，目前獲得型式認(rèn)證的機(jī)型有獲得中國(guó)電科院頒發(fā)型式認(rèn)證證書的中國(guó)海裝H171-5.0MW機(jī)組，獲得DNV GV頒發(fā)型式認(rèn)證證書的遠(yuǎn)景能源EN-148/4.5MW海上風(fēng)機(jī)，以及獲得中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心頒發(fā)的形式認(rèn)證A證的東方風(fēng)電DEW-G5000海上風(fēng)機(jī)。
   未來容量更大機(jī)組，也需要能夠承載相當(dāng)重量的基礎(chǔ)，與大容量機(jī)組配套的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)也需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，而這還需要一定的時(shí)間。
   “（風(fēng)機(jī)）捕風(fēng)能力增強(qiáng)同時(shí)，需要支撐結(jié)構(gòu)來使其在風(fēng)中保持平穩(wěn)�！蔽纳�特•謝林斯就12MW的風(fēng)機(jī)曾表示，“當(dāng)風(fēng)機(jī)尺寸擴(kuò)大的時(shí)候，風(fēng)機(jī)成本上升的速度將比其帶來的收益更快。”為解決這個(gè)問題，他和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了專門的軟件，通過程序處理風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)并抵消風(fēng)產(chǎn)生的強(qiáng)力，并且?guī)椭�控制支撐結(jié)構(gòu)的大小和重量。
   此外，有海上風(fēng)電從業(yè)人士表示，即便最后風(fēng)機(jī)的價(jià)格降下來了，運(yùn)維管理的降成本空間也不可忽視。他們根據(jù)歐洲成熟的海上風(fēng)電場(chǎng)全生命周期的成本進(jìn)行過分析，資本性投資支出（Capital Expenditure）和運(yùn)維管理支出（Operating Expense）在海上風(fēng)電場(chǎng)全生命周期支出的占比分別為69%和31%。其中，資本性投資支出包括風(fēng)電機(jī)組（33%）、基礎(chǔ)（20%）、安裝（6%）、電氣系統(tǒng)（7%）、項(xiàng)目管理（2%）及其他（1%）費(fèi)用。該人士指出，目前而言，海上風(fēng)電在我國(guó)尚處于起步階段，還沒有全生命周期而言。
   風(fēng)機(jī)及各部件的可靠性、海上天氣、運(yùn)維人員配置、交通工具以及備件管理等都對(duì)海上風(fēng)電運(yùn)維管理成本造成影響，如果不采取相關(guān)措施加以規(guī)范控制不必要的支出，容易增加運(yùn)維管理的比例。