明阳智慧风能设计院副院长张伟：竞价上网背景下大容量风电机组的开发和应用

以“创新驱动 智赢未来”为主题的“2018全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛”于11月22~23日在重庆召开，本次论坛由中国农业机械工业协会风力机械分会主办，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司承办。能见APP全程直播。

明阳智慧风能设计院副院长张伟发表题为《竞价上网背景下大容量风电机组的开发和应用》的主旨演讲。

以下为演讲实录：

张伟：尊敬的各位来宾，大家上午好！我今天为大家带来的题目是“竞价上网背景下大容量风电机组的开发和应用”，这个课题在目前来说最近两年一直吵得比较热，这是一个比较热门的话题，包括昨天我们在主论坛上，我们讲了很多宏观方面的挑战和机遇，还有这样一个应对的策略。在提到风电基础的时候，大概无一例外提到了技术创新，技术创新里提到最多的就是大容量风电机组的开发应用。

为什么大容量风电机组会受到这么多人的重视和青睐？我们是有一个整体的环境要求和整体的技术发展趋势的要求。从今年我们知道风电的诞生本身是依赖非常强的政府补贴，昨天国务院石研究员给的演讲来说，风电平均享有每度电0.16元的补贴水平。但是我们知道，我们国家几年前就已经明确提出，到2020年要实现风火同价，也就是我们的补贴要退出，目前我们的时间只有两年多，但我们的补贴水平目前还处于比较高的水平上。所以今年国家能源局就发布了《2018年度风电建设管理要求》，也就是我们讲的47号文，明确提出从2019年开始，所有新增的风电项目，无论是陆上的，还是海上的，所有集中式的项目全部要通过竞价来实现，这样倒逼我们要降低入电成本。

目前来说个别省份已经开展了这样的工作，新增的风电项目必须通过评价来实现。但如果风电要走到评价的水平，我们在方面要做更多的工作。从经济上来讲降低成本只有两个方向，一个是提升收益，一个是降低投资。从这两个方面讲，我们可以从评估上来做这样一个工作，从发电量上来讲，提升1%的发电量，每度电可以下降0.2分钱左右，每降低1.25%，也就是每千瓦投资的价降低100元左右，每度电会降低0..003-0.004元，收益率增加约0.5%。我们下一步要做的工作只能降低投资造价，从今年整个风电的大型市场来看，最大的感触点就是整个行业内都在降价，尤其是主机，降价幅度已经到每千瓦1000块钱，这是非常强烈的影响。

同时，我们在做风电开发的时候，除了电价的要求以外，我们还受到了越来越多的环境要求。今年非常受关注的就是国家林业局和草原局联合发布的《关于规范风电场项目建设使用林地的通知》，明确提出禁止使用有林地。也就是整个区域内预备度达到20%的林地全部视为是林地，也就是树冠在地面上的投影度超过20%，这样的环境下全部是禁止使用林地的。也就是说未来开发风电的时候我们受到的限制条件会越来越多，除了这样的林地之外，还包括我们对居民噪音的要求以及在环评上的要求，受到的限制越来越严重，这样就造成我们实际可开发、可利用的土地就越来越紧张。这也从另外一方面倒逼我们要提升单位土地上的装机容量，从这方面来讲也是倒逼我们要采用大容量的风电机组。

从全球的发展上来看，风电技术发展最大的特点和指标是什么呢？以前我们都是讲各种各样的技术，其实那都是我们的研发水平，但是从最宏观的角度来说，就是单容量的提升，就是说整个风机发展指标就是越来越大的趋势。在国内我们看一看，从整个2017年来看，全球新增装机的平均单机容量超过了2.5兆瓦，但是在国内只有2.1兆瓦左右，对于国际上一些风电技术比较先进的国家来讲，主要是因为海上风电装机的蓬勃发展，英国现在的单机容量接近3.8兆瓦，丹麦达到了3.4兆瓦，德国是达到了3.26兆瓦，其实德国在2015年的时候陆上新增装机的平均单机容量就已经超过了3兆瓦，在国内目前来说还是处于比较落后的水平。我们是看了最近几年新增装机的统计，国内新增装机在3兆瓦以上的风机比例，目前来说还属于一个比较低的水平，大概是在不到5%的水平，目前技术上这样一个发展潜力还是非常巨大的。从国际上来讲，GE有已经投运的风电项目已经无限接近4兆瓦，实际投用商用的容量是接近5兆瓦，今年发布了10兆瓦的规划，对他们来说也没有难度。大容量的风电机组在国内也是蓬勃发展的趋势，前景发展非常广阔。在今年的风能展期间，有10家国内风机制造企业发布了3兆瓦以上的新产品。

下面介绍一下我们明阳在这方面所做的工作，我们采用的是半直驱产品，理念是采用了带中速齿轮箱的结构形式，在增加单机容量的同时还要增加更高的效率，同时我们还追求更小的产品结构，这样我们可以保证在容量增大的同时整体建造成本还可以控制在比较低的水平内。目前在陆上我们已经从3兆瓦转到了4兆瓦的平台上，最下面是我们最近发布的产品，叶轮可以做到156米，单机容量可以做到4.2兆瓦。目前来说我们的实验样机今年已经在内蒙投用。右边是海上大容量风电机组，前期已经完成了5.5兆瓦和7.0两个平台的风电机组产业化应用，我们今年又发布了一款针对于更低风其更强台风的设计，6兆瓦的机型平台，叶轮直径在适应海上的环境下超过了170米，如果是没有海风的影响，我们叶轮直径可以达到180米以上。同时，我们还针对下一代机型发布了8兆瓦新机型、新平台的预研设计。

我们采用半直驱的结构设计，整体可以把整个风机的传动速度，把我们的产品从高速转到低速，从750转降到300转左右，这样整个风机减少了25%的敏感部件，整个内部是一个纯扭矩的结构形式，这样可以整体反复提升风机的可靠性。同时，因为我们采用的是更小的专职结构，所以整个风机的传动发电效率值可以大幅提升，我们采用中速的泳池结构形式，发电机的效率是最高的，我们发电机最高效率可以达到98.5%的水平。同时我们的低风转速可以做得更低，3兆瓦最低的可以做到4.8转，甚至更低的水平。

同时，我们也追求了更高轻量化的设计，因为相对于整个风机的结构，我们对风机的实际应用中，对整个运输、安装、道路的要求，道路设计尺寸是非常重要的敏感词。这样一个风电机组我们作到3-4兆瓦的级别上，整体风机可以做一体式的结构，而且整机的重量和尺寸都可以限制在同类别机组2/3的尺寸水平上。所以我们在说单机容量增大的同时，还可以同时不增加对道路和施工、吊装、安装的所有要求。

提一个题外话，路上风电机组最大的记录是由德国创造的，但他们没有投入到任何商业化应用，所以我们在做风电主机设计应用的时候，也要考虑应用上的要求。这是我们在做定制化，也就是做环境配置要求专项的设计，除了更便利、更好环境要求的同时，还提升了对电网的适应性和更强环境适应性的设计，包括高海拔地区、结冰环境等恶劣环境的要求。目前来说我们已经安装风机最高的海拔高度超过了4000米。今年我们又接触到一个新项目，海拔高度是在5000米，是在西藏。

我们举了一个简单的模型，大概是24兆瓦传统的小风电厂的布局，我们需要的8个机位。如果我们是用传统的3兆瓦机型，我们只能做到24兆瓦的水平，如果我们采用更大容量的方案下，如果我们保证同等装机的容量，可以利用更高的风速机位，这样我们在机位点更少的同时，发电量的值会更高。如果我们还是采用同样的机位，可以把容量提升，从24兆瓦提升到32兆瓦，可以提升1/3的容量。所以如果我们采用更大容量的风机，在整个选型上会有更从中的布局，我们对更敏感的环境因素有更强的适应性。我们就遇到过实际案例，有很多风电厂在做规划设计期间，所有机位可用性都是没有问题的，但在实际使用中会发现很多机位实际是不能用的，有的是地质危害。比如我们在广西遇到了地下溶洞，在河南遇到了未来规划风景区，这样我们对整个容量就受到了影响。

另外还有一个非常明显的点，就是我们在做实际风电厂后评估的时候发现，预估发电量机位比较低的时候，实际发电小时数比我们预估的还要低，也就是说用大容量机组就可以把不可靠的机设舍掉，这样也可以提升整个风电厂收益的可靠性。这是我们对整个风电厂投资成本做的分析，左边是我们公司自己对集中式项目做的分析，右边的数据是我们在增加单机容量的同时，建设成本对单机容量的敏感性。在这样一个分析模型下，我们是举了一个48兆瓦的风电厂案例，如果是我们把单机容量从2兆瓦提高高3兆瓦，成本可以降低398。右边是我们对分散式项目做的分析，他们是做了一个从2兆瓦到2.5兆瓦到3兆瓦的投资分析，从2兆瓦提高到2.5兆瓦单位千瓦差值可以减少193，所以这对我们风电成本降低是非常明显的手段。

其中我举一个范例，这是我们在云南做的项目，我们用2兆瓦和3兆瓦做的布局分析，在这个分析上我们可以看到道路这方面，我们就可以把其中的一个支路全部拿掉，就可以满足整个容量的要求。这样我们可以对整个风电厂的总长度减少1/3还要多。在我们的实际应用案例中也可以遇到这样的情况，有几个机位离其他机位特别远，会把我们整个道路投资和线路投资快速的拉大。

另外一方面，除了投资成本以外就是我们在20年之内，整个运维成本做了简要的分析，当然我们只分析了其中一些主要的指标，我们分析了其中几个关键点，一个是运用消耗物料的分析，我们的物料消耗也是下降的。另外一个是运维人力投入会更低。除了整个人力的投入之外，时间窗口的消耗更低，这样从时间窗口上来讲还可以提升整个风机厂的时间可用率。这样带来除了投资成本的降低之外，还可以获得额外的附加收益。

其实绝大多数都是我们做的理论上的计算，我们自己也有一个实际案例应用分析，这个项目就是我们明阳投资的一个内蒙的项目，这个项目本来是要做一个2兆瓦的风电厂，最后我们变更为3兆瓦的整厂试点风电厂，我们做了一个经营投入的分析，从2兆瓦变为3兆瓦，在整个成本上，各项主要指标做了一个分析。其中，整地面积减少了17.5%，施工工期减少了9.8%，投资减少了5.2%，整个发电量比实际预估提升了5%。整个风电厂是从2016年的7月份正式投产。从今年1月份到10月中旬，上网电量已经超过了1.6亿度，今年我们还会冲击更高的水平，我们这是实际上网数，还不包括限电反推的数字。

另外就是海上的应用，案例分析是三峡福建兴化湾，到上个月的时候已经超过了业主的预想值，在前4个月我们的可用率就达到了接近99.5%的水平上。4个月累计上网电量已经达到了6700多万度电，已经接近1237小时，这也是远远超过预估的水平，因为整个发电我们统计的区间是6-10月份，不算是大风速的区间段，当时计算的是3000多一点，从实际来看我们比预估值要高得更多。

今天我给各位领导介绍的主要内容就是这些，因为时间有限，如果有更多的时间和机会，能给各位找一个更长的时间，来做一个更详细、更深入的交流，包括我们更精细、更深入的模型分析和应用对比，谢谢大家，希望能有更多的机会与大家合作。

（根据速记整理）