我國海上風(fēng)電建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì) ■ 沈德昌

我國海上風(fēng)電建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì) ■ 沈德昌

1　我國海上風(fēng)電建設(shè)處于起步階段

海上風(fēng)電是風(fēng)電技術(shù)的前沿領(lǐng)域，也是近年來國際風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，歐洲國家海上風(fēng)電已進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段。而我國海上風(fēng)電尚處于起步階段，沿海各省級(jí)能源主管部門都高度重視海上風(fēng)電發(fā)展，把積極建設(shè)海上風(fēng)電作為當(dāng)前新能源發(fā)展的重要工作。江蘇、福建、廣東等省市認(rèn)真梳理了納入海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)展情況，系統(tǒng)分析建設(shè)方案落實(shí)中遇到的困難和問題，提出了切實(shí)可行的解決措施和進(jìn)度計(jì)劃，正在加快推動(dòng)我國海上風(fēng)電建設(shè)的健康發(fā)展。

我國制定的海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)為：潮間帶風(fēng)電場(chǎng)0.75元/kWh，近海風(fēng)電場(chǎng)0.85元/kWh。沿海各省市正在醞釀出臺(tái)配套支持政策。海上風(fēng)電所處的沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，具有支持海上風(fēng)電發(fā)展的條件，國家鼓勵(lì)省級(jí)能源主管部門向省(區(qū)、市)政府提出建議，并積極協(xié)調(diào)財(cái)政、價(jià)格主管等部門，結(jié)合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、能源需求、海上風(fēng)電建設(shè)條件等具體情況，在國家價(jià)格主管部門確定的海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)的基礎(chǔ)上，研究出臺(tái)本地區(qū)的配套補(bǔ)貼政策，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的收益水平和海上風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭力。今后將切實(shí)發(fā)揮政策的支持和市場(chǎng)的導(dǎo)向作用，有效帶動(dòng)當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)發(fā)展，促進(jìn)沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。但受多種因素影響，我國海上風(fēng)電建設(shè)總體進(jìn)展仍較為緩慢。

為了加快海上風(fēng)電建設(shè)，各省級(jí)能源主管部門要按照國務(wù)院簡政放權(quán)的要求，精簡項(xiàng)目前置審批手續(xù)，簡化審批流程和管理程序，建立部門間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，積極做好與海洋、海事、環(huán)保、軍事部門的溝通協(xié)調(diào)，明確各部門的管理和審批環(huán)節(jié)要求，公布各類手續(xù)辦理流程和有關(guān)要求，解決好目前項(xiàng)目建設(shè)面臨的矛盾和問題，幫助企業(yè)協(xié)調(diào)落實(shí)項(xiàng)目建設(shè)的用海場(chǎng)址等問題，促進(jìn)具備條件的項(xiàng)目盡早開工建設(shè)。

2　我國海上風(fēng)電裝機(jī)情況

表1　海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)規(guī)劃方案統(tǒng)計(jì)表（2014～2016年）

2015 年，我國海上風(fēng)電新增裝機(jī)100 臺(tái)，容量達(dá)到360.5 MW，同比增長58.4％。其中，潮間帶裝機(jī)58 臺(tái)，容量181.5 MW，占海上風(fēng)電新增裝機(jī)總量的50.35％ ；其余49.65％ 為近海項(xiàng)目，裝機(jī)42 臺(tái)，容量179 MW。2015 年，上海電氣的海上風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)量最大，占比達(dá)83.2％ ；其次是湘電風(fēng)能，海上風(fēng)電吊裝容量占比為13.9％。

截至2015 年底，中國已建成的海上風(fēng)電項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)1014.68 MW。其中，潮間帶為611.98 MW，占海上裝機(jī)容量的60.31％，近海風(fēng)電為402.7 MW ，占39.69％。截至2015 年底，海上風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商共10家，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)100 MW 以上的有：上海電氣、華銳風(fēng)電、遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技，這4家企業(yè)海上風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量占總量的86.6％。

截至2015 年底，在所有吊裝的海上風(fēng)電機(jī)組中，單機(jī)容量為4 MW 機(jī)組最多，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)352 MW，占海上裝機(jī)容量的34.69％；其次是2.5 MW 機(jī)組，裝機(jī)容量占18.48％；3 MW 裝機(jī)容量占17.74％；其余不同功率風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量占比均不足10％。我國目前單機(jī)容量最大的是6 MW 機(jī)組，除聯(lián)合動(dòng)力和明陽風(fēng)電的產(chǎn)品外，金風(fēng)科技在2015 年新增吊裝1臺(tái)6 MW 機(jī)組。

表2　2008～2015年我國海上風(fēng)電新增和累計(jì)裝機(jī)容量

表3　2015年我國風(fēng)電機(jī)組制造商海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量

3　我國海上大功率風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、研發(fā)的現(xiàn)狀

3.1華銳風(fēng)電大型海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

華銳風(fēng)電SL6000系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪直徑長達(dá)128 m，該機(jī)組可適應(yīng)-45 ℃的極限溫度，并通過了62.5 m/s的極限風(fēng)速測(cè)試。

SL6000機(jī)組采用“2級(jí)行星+1級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)和雙饋式異步發(fā)電機(jī)”技術(shù)，保證機(jī)組的高可靠性和經(jīng)濟(jì)性；通過優(yōu)化變流器技術(shù)，使之具有優(yōu)越的并網(wǎng)特性，電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)；此外，卓越的低電壓穿越能力，可滿足各國電網(wǎng)導(dǎo)則的嚴(yán)苛要求；在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CMS)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組主軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)診斷；特殊的防腐系統(tǒng)，滿足了海上高鹽霧和高腐蝕的運(yùn)行環(huán)境；其還具有大部件自維修系統(tǒng)，使整臺(tái)風(fēng)機(jī)無需外部吊車即可對(duì)齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片等核心部件進(jìn)行更換，從而有效降低吊裝維護(hù)成本和維護(hù)時(shí)間，提高機(jī)組可利用率。目前，SL6000型6 MW機(jī)組已安裝在海上風(fēng)電場(chǎng)，處于運(yùn)行考核階段。

3.2金風(fēng)科技海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

2010年，金風(fēng)科技2.5 MW海上風(fēng)電機(jī)組中標(biāo)了裝機(jī)容量為40萬kW的江蘇潮間帶風(fēng)電場(chǎng)。目前，金風(fēng)科技2.5 MW海上風(fēng)電機(jī)組已批量應(yīng)用于潮間帶風(fēng)電場(chǎng)。

面向未來，金風(fēng)科技研制了6 MW直驅(qū)永磁式海上風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)輪直徑126 m，輪轂高度約100 m，采用永磁同步風(fēng)電機(jī)和全功率變流器；目前已完成整體設(shè)計(jì)和零部件試制，樣機(jī)已于2013年12月在江蘇大豐安裝完畢，是當(dāng)前國內(nèi)功率最大的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組。

3.3東方汽輪機(jī)海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

東方汽輪機(jī)研制出5 MW海上風(fēng)電機(jī)組，機(jī)型采用“高速齒輪箱+永磁發(fā)電機(jī)+全功率變流器”的技術(shù)組合。該機(jī)組采用全封閉、鹽霧過濾設(shè)計(jì)，具備有效的防腐功能。樣機(jī)已于2013年上半年在江蘇如東潮間帶風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電。

3.4明陽公司研制6 MW海上風(fēng)電機(jī)組

為減輕海上運(yùn)輸和吊裝的難度，廣東明陽公司研制了兩葉片緊湊型6 MW海上風(fēng)電機(jī)組。該機(jī)型采用“兩葉片風(fēng)輪+中速齒輪箱+永磁發(fā)電機(jī)+全功率變流器”的技術(shù)組合。

2014年11月3日，明陽風(fēng)電6 MW 超緊湊海上風(fēng)電機(jī)組在江蘇如東國家實(shí)驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)成功吊裝。

該機(jī)組采用“兩葉片、液壓獨(dú)立變槳、中速齒輪箱和永磁同步發(fā)電機(jī)技術(shù)”，具有高發(fā)電量、高可靠性、低度電成本、防鹽霧、抗雷擊、抗臺(tái)風(fēng)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，其關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在“超緊湊的傳動(dòng)鏈”“輕量化結(jié)構(gòu)” “集成化液壓系統(tǒng)” “全密封設(shè)計(jì)”4方面。

3.5湘電風(fēng)能海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

湘電風(fēng)能5 MW風(fēng)電機(jī)組采用永磁直驅(qū)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，攻克了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)集成技術(shù)、專有單主軸承同步永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)及防腐防潮設(shè)計(jì)技術(shù)、大功率高葉尖線速度的復(fù)合材料葉片等難關(guān)，與歐洲已在試運(yùn)行的幾種同功率等級(jí)的風(fēng)電機(jī)組比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運(yùn)行可靠、單位功率對(duì)應(yīng)質(zhì)量最輕、便于維護(hù)等顯著特點(diǎn)；并與歐洲資深海上風(fēng)電運(yùn)營商共同打造風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及方便快捷的吊裝方案。

目前，湘電風(fēng)能已形成XD115/128等一系列5 MW風(fēng)電機(jī)組，包括陸地、海上、潮間帶系列機(jī)型，最長葉輪直徑達(dá)128 m，大幅提高了風(fēng)資源的有效利用率，是技術(shù)領(lǐng)先的電網(wǎng)友好型風(fēng)電機(jī)組，具有單機(jī)功率大、風(fēng)能利用效率高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。

該機(jī)組樣機(jī)已于2012年在福建省福清海上風(fēng)電項(xiàng)目和荷蘭各安裝1臺(tái)。10臺(tái)該機(jī)組產(chǎn)品已于2016年7月在福建省莆田平海灣海上風(fēng)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電。

3.6中船重工（重慶）海裝風(fēng)電海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

中船重工(重慶)海裝風(fēng)電自主研發(fā)的5 MW海上風(fēng)電機(jī)組為變槳變速功率調(diào)節(jié)、三葉片、上風(fēng)向、水平軸、高速永磁式全功率并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、可維護(hù)性好、電網(wǎng)適應(yīng)性好等特征，具有低電壓穿越能力，采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化設(shè)計(jì)，可對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率進(jìn)行在線設(shè)置。該公司瞄準(zhǔn)國際前沿技術(shù)，攻克難關(guān)自主研發(fā)，擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

2012年7月27日，海裝風(fēng)電自主研發(fā)的5 MW海上風(fēng)電機(jī)組在重慶海裝風(fēng)電總裝基地成功下線。該機(jī)組采用“全功率變流器、機(jī)艙全封閉結(jié)構(gòu)+內(nèi)部空空冷循環(huán)系統(tǒng)”。機(jī)頭結(jié)構(gòu)緊湊，重量比同級(jí)別風(fēng)電機(jī)組輕15％。該機(jī)組已于2012年10月在江蘇省如東潮間帶風(fēng)電場(chǎng)安裝2臺(tái)。

3.7上海電氣海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)現(xiàn)狀

上海電氣3.6 MW海上風(fēng)機(jī)風(fēng)輪直徑達(dá)116 m，采用變速變槳恒頻控制，結(jié)構(gòu)緊湊。上海電氣3.6 MW海上風(fēng)電機(jī)組于2010年8月17日在位于臨港的試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)中，順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)。

2014年 11月，上海電氣-西門子4.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下線。該機(jī)組是上海電氣引進(jìn)西門子設(shè)計(jì)的大容量海上風(fēng)電機(jī)組，也是西門子在我國組裝生產(chǎn)的首臺(tái)世界領(lǐng)先的4.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組配備了長達(dá)63 m的葉片，掃掠面積可達(dá)13300 m2，比上一代產(chǎn)品SWT-3.6-120機(jī)組增加了18％；同時(shí)，簡潔而穩(wěn)固的設(shè)計(jì)使該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比上一代產(chǎn)品重量更輕并且更加穩(wěn)固；由于配備了新型高效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在IEC-I標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)電量可增加15％。所有這些因素都大幅降低了海上風(fēng)力發(fā)電的成本。SWT-4.0機(jī)組已經(jīng)完成GL國際型式認(rèn)證，2015年該機(jī)組已在江蘇省海上風(fēng)電項(xiàng)目中批量安裝運(yùn)行。

3.8國電聯(lián)合動(dòng)力6 MW風(fēng)電機(jī)組下線

由國電聯(lián)合動(dòng)力自主設(shè)計(jì)研發(fā)的變速變槳恒頻雙饋式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于2011年12月25日在連云港生產(chǎn)基地成功下線，并于2012年11 月6日在山東省濰坊市順利完成吊裝。

該6 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用外齒圈偏航軸承、大型雙列圓錐主軸承，以及短主軸的緊湊結(jié)構(gòu)形式，大幅減輕了機(jī)組的重量；具有獨(dú)自變槳功能的控制系統(tǒng)，有效降低了大兆瓦風(fēng)機(jī)承受的不均勻載荷；同時(shí)還具備低電壓穿越能力及動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)功能，使機(jī)組具備良好的電網(wǎng)適應(yīng)性。該機(jī)型為海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)，亦可廣泛應(yīng)用于陸地及潮間帶環(huán)境和不同風(fēng)資源條件的風(fēng)場(chǎng)。該6 MW機(jī)組的輪轂中心高95 m，主機(jī)艙重量約240 t，尤其值得一提的是，其風(fēng)輪掃掠面積為14519 m2，相當(dāng)于2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，大幅提高了捕風(fēng)發(fā)電能力。

該6 MW風(fēng)電機(jī)組配套的葉片長66.5 m，葉片生產(chǎn)采用真空灌注的制作工藝，生產(chǎn)效率高；使用高強(qiáng)、高模的碳纖維復(fù)合材料，有效降低了重量，進(jìn)而降低了機(jī)組的載荷，性能穩(wěn)定。

4　總結(jié)及展望

表4為我國重點(diǎn)企業(yè)研制海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)情況。

表4　我國重點(diǎn)企業(yè)研制的海上風(fēng)電機(jī)組

從表4可以看出，部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+雙饋發(fā)電機(jī)+變流器”的技術(shù)組合；部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+鼠籠異步發(fā)電機(jī)+全功率變流器”的技術(shù)組合；部分企業(yè)采用了”直驅(qū)永磁式風(fēng)電機(jī)組+全功率變流器”的技術(shù)組合；也有部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+高速永磁式發(fā)電機(jī)+全功率變流器”的技術(shù)組合。說明我國海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)路線出現(xiàn)多樣化，但采用全功率變流器的技術(shù)組合已經(jīng)成為主流。

從國外海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)展來看，2015年德國西門子6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在海上風(fēng)電場(chǎng)批量安裝并且成功并網(wǎng)發(fā)電，法國阿爾斯通公司6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機(jī)組和德國Nordex公司6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機(jī)組也已經(jīng)在海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電。

因此可預(yù)測(cè)，各種全功率變流的技術(shù)組合已經(jīng)成為海上風(fēng)電機(jī)組的主流，其中，6 MW以上功率的永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機(jī)組將在未來海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

2016-07-18

沈德昌(1947—)，男，本科、研究員，主要從事風(fēng)能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展方面的研究。shendc06@126.com