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淺談國內(nèi)風(fēng)電整機(jī)技術(shù)發(fā)展
淺談國內(nèi)風(fēng)電整機(jī)技術(shù)發(fā)展
董禮
中國的低風(fēng)速風(fēng)電發(fā)展至今，已經(jīng)進(jìn)入了風(fēng)電開發(fā)的“無人區(qū)”，下一步怎么走只有自己向前探索，僅僅靠引進(jìn)技術(shù)很難走得太遠(yuǎn)。
近日，華銳的A股股價(jià)跌到近1.5元，名副其實(shí)的是A股最低價(jià)格的股票了，似乎也走到了退市的邊緣。昔日風(fēng)電老大如今的境況有點(diǎn)讓人惋憐。而盾安高價(jià)收購華創(chuàng)，讓垂涎欲滴的明陽沒能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步擴(kuò)張。有朋友說，這一收購將開啟了國內(nèi)整機(jī)商的并購大幕，這個(gè)還需要拭目以待。但無論怎樣，中國風(fēng)電整機(jī)市場這些年的競爭可以用慘烈來形容，2008年統(tǒng)計(jì)的國內(nèi)整機(jī)制造商超過80多家，而今天成規(guī)模的只有20家左右，這個(gè)數(shù)字還將會(huì)進(jìn)一步的縮小。
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記得2007年左右，我還在廖明夫教授那讀博士，一個(gè)造紙廠的老板找到主持中德風(fēng)電培訓(xùn)項(xiàng)目的廖教授，說要搞風(fēng)電整機(jī)，而且認(rèn)為自己完全有能力搞，覺得搞個(gè)風(fēng)車很容易的事情。這樣“自信”的公司非常之多，找廖老師的也很多，多是想讓其指點(diǎn)一二，均被廖老師潑了冷水。很多企業(yè)在后來的風(fēng)電整機(jī)路上也并不順利，其最主要的原因就是盲目自信、忽略了風(fēng)電的復(fù)雜性、犯了一些設(shè)計(jì)原則性的問題。有些公司據(jù)說為了規(guī)避倒塔，其某型號(hào)塔筒設(shè)計(jì)重量比行業(yè)內(nèi)的佼佼者高出近百噸。如果真是這樣的話，何談競爭力呢？華創(chuàng)應(yīng)該算是自主設(shè)計(jì)了，沈陽工大的技術(shù)，但始終沒有較佳的表現(xiàn)。
而目前國內(nèi)排名靠前的整機(jī)廠，無一不是采用了技術(shù)引進(jìn)、消化、再“創(chuàng)新”的路線，技術(shù)來源包括Furlander、Vensys、Aerodyn、GH、Windtec、Repower等。其中，華銳引進(jìn)了Furlander的1.5MW整機(jī)技術(shù)，并創(chuàng)造了過山車似的發(fā)展歷史，而當(dāng)時(shí)的Furlander在德國幾乎是“揭不開鍋的”（歐洲沒什么市場），華銳的橄欖枝挽救了Furlander幾年的生命，不過在2013年這家公司還是破產(chǎn)了。記得06年底我還去了這家公司參觀訪問，大胡子老板的中國式的熱情，也印證了他對(duì)中國人的好感。當(dāng)然華銳股價(jià)從上市之初的90元一路走到今天的全股市最低價(jià)，肯定不能完全歸咎于引進(jìn)技術(shù)的優(yōu)劣，然而技術(shù)之源確實(shí)影響深遠(yuǎn)。
國內(nèi)的聯(lián)合動(dòng)力、明陽、海裝的主流機(jī)型的技術(shù)來源于德國Aerodyn公司。所引進(jìn)的設(shè)計(jì)秉承了德國工業(yè)“靠譜”的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的機(jī)組安全性較好，傳動(dòng)鏈選用可靠性較高的四點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，機(jī)組的余量較大。這也為這些公司近年來在低風(fēng)速的平臺(tái)化推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)，在引進(jìn)的1.5MW技術(shù)平臺(tái)上聯(lián)合動(dòng)力推出了最大到97m風(fēng)輪直徑的產(chǎn)品，并且適用到3類風(fēng)區(qū)，確實(shí)是步伐不小。至于行業(yè)最大的黑馬遠(yuǎn)景，也是高仿GE和Siemens的產(chǎn)品，某種程度上也算是一種技術(shù)引進(jìn)。歷史是一面鏡子，或許今天海上風(fēng)電的發(fā)展應(yīng)以史為鑒，還好我們今天的基礎(chǔ)要比當(dāng)年好很多，但真正靠譜的可以引進(jìn)的技術(shù)也并不多，需要認(rèn)真鑒別。上海電氣和西門子的綁定會(huì)不會(huì)成功，拭目以待吧。
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據(jù)了解，各家在引進(jìn)技術(shù)后的再創(chuàng)新也是不盡人意，即使是非�！俺晒Α钡恼麢C(jī)企業(yè)。一個(gè)朋友到了一家排名靠前的整機(jī)公司工作，發(fā)現(xiàn)偏航系統(tǒng)故障點(diǎn)很少，他感嘆難怪現(xiàn)場沒什么故障，口碑那么好，但難說后面不會(huì)有更大的隱患。
我曾經(jīng)問過原Kenesys的載荷總監(jiān)Nicolai先生關(guān)于載荷控制與可靠性的問題，他是我06年在德國實(shí)習(xí)期間的企業(yè)導(dǎo)師。他講，以GE為代表的公司在載荷控制方面深入挖掘，機(jī)組設(shè)計(jì)比較輕，成本低；而部分歐洲整機(jī)公司則考慮更多的是魯棒性，機(jī)組會(huì)更強(qiáng)壯，成本偏高。舉個(gè)例子，就好像來了一股妖風(fēng)，GE的風(fēng)機(jī)扭了一下腰，扛過去了；而有的整機(jī)則什么都不用動(dòng)就扛過去了，因?yàn)樗鼔驈?qiáng)壯。當(dāng)然，個(gè)人認(rèn)為不能追求單方面的極致，要做好降載控制算法的驗(yàn)證工作，做好安全評(píng)估。實(shí)際上，GE花了大量人力、財(cái)力、時(shí)間在做新技術(shù)的驗(yàn)證工作。 對(duì)于國內(nèi)的整機(jī)公司來說，如果不深入研究論證，照貓畫虎，扭不好可能會(huì)把自己的“腰”扭斷。
而在市場激烈競爭之下，國內(nèi)新機(jī)型的研發(fā)周期越來越短、以仿真為主缺乏真正的驗(yàn)證、不斷的挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)邊界，再加上成本壓力下供應(yīng)鏈質(zhì)量的參差不齊，使得機(jī)組的安全可靠性令人擔(dān)憂。2016年多家整機(jī)公司出現(xiàn)批量變槳軸承斷裂的事故，而主軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵大部件的批量性的事故也時(shí)有發(fā)生，這些并不是個(gè)案和巧合。而海上機(jī)組的事故則會(huì)造成更大的維修成本。
有些整機(jī)公司則準(zhǔn)備了大量資金做撥備，也說明了制造商對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)心，但這畢竟是事后措施。有人說風(fēng)電是場長跑，最后的冠軍是誰很難說。不管怎樣，風(fēng)電整機(jī)從業(yè)者都應(yīng)該樹立風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，對(duì)新技術(shù)、新算法、新突破、新設(shè)計(jì)、新部件都要認(rèn)真分析、充分驗(yàn)證、遵循科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)則；涉及設(shè)計(jì)原則的問題更要系統(tǒng)思考。
教科書里的相似準(zhǔn)則也沒法直接放大葉輪直徑和提高塔架高度，所涉及的氣彈穩(wěn)定性是否被考慮、有沒有降噪模式、雷諾數(shù)如何變化、整機(jī)動(dòng)力學(xué)特性如何考量、放大后的供應(yīng)鏈成熟度如何、吊裝運(yùn)輸問題如何解決、超高塔筒如何減振加阻、機(jī)組載荷如何有效控制、生產(chǎn)制造工藝怎么考慮等等問題都需要深入研究與應(yīng)對(duì)。如果不管不顧的粗放式、冒進(jìn)式的推進(jìn)“新機(jī)組”的研發(fā)，勢必風(fēng)險(xiǎn)更大。
今年以來，各家2MW級(jí)別的陸上機(jī)組的葉輪直徑已經(jīng)劍指128-130m，而121m風(fēng)輪直徑的機(jī)組還沒有大批量推廣應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。 這個(gè)過程誰做的扎實(shí)細(xì)致，誰的風(fēng)險(xiǎn)或許就能控制的好些。當(dāng)然，有些“急功近利”的業(yè)主也加速了行業(yè)的激烈競爭，不過最終業(yè)主也是這些機(jī)組的最后擁有者、風(fēng)險(xiǎn)的主要買單者。
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鑒于電網(wǎng)消納、風(fēng)資源及政策影響，國內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組向低風(fēng)速、超低風(fēng)速發(fā)展，單位千瓦掃風(fēng)面積不斷刷新，走出了一條有中國特色的低風(fēng)速風(fēng)電發(fā)展之路。似乎誰的單位千瓦掃風(fēng)面積越大誰就一定發(fā)電量越強(qiáng)，技術(shù)實(shí)力越強(qiáng)。實(shí)際上，對(duì)機(jī)組發(fā)電能力影響的還有整機(jī)效率、控制策略、機(jī)組可靠性；同時(shí)工藝、材料、供應(yīng)鏈的成熟度直接影響了機(jī)組的穩(wěn)定可靠。
開車在德國高速公路上，道路兩旁風(fēng)電機(jī)組層出不窮，而出現(xiàn)最多的就是德國制造商Enercon的風(fēng)機(jī)，其整機(jī)最優(yōu)效率達(dá)到0.47以上，高出國內(nèi)很多同類機(jī)組10%左右，而Enercon機(jī)組的可靠性與服務(wù)在德國也是口碑最佳，盡管Enercon幾年也不推出一款新機(jī)型，但其仍是德國乃至歐洲陸上第一品牌。這或許應(yīng)該給我們的研發(fā)一點(diǎn)啟示。近期，風(fēng)電制造商的老牌勁旅Vestas發(fā)布了其2MW-116/120機(jī)組，也在發(fā)力中國的低風(fēng)速風(fēng)電市場。據(jù)說其售價(jià)也低于4300元/kW。
面對(duì)這些強(qiáng)勁的國外對(duì)手，也許我們更需要進(jìn)一步深化產(chǎn)品研發(fā)，突破核心技術(shù)研發(fā)。而技術(shù)研發(fā)往往不被國內(nèi)整機(jī)企業(yè)重視，特別是研發(fā)團(tuán)隊(duì)較小、資源有限的公司。而部分成規(guī)模、發(fā)展較好的國內(nèi)整機(jī)企業(yè)，研發(fā)隊(duì)伍也較為龐大，但缺乏系統(tǒng)研發(fā)，缺乏系統(tǒng)的構(gòu)架，方向性不強(qiáng)，造成了比較大的資源和人員的浪費(fèi)。獨(dú)立變槳、分段葉片、新型傳動(dòng)鏈、新型塔筒、智能控制、效率提升、定制化風(fēng)電場設(shè)計(jì)、智能診斷、新材料、新工藝等等技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目更需要我們在浮躁的競爭環(huán)境中安下心來做精作細(xì)，更需要從整機(jī)甚至風(fēng)場的角度系統(tǒng)性的開展。只有產(chǎn)品與技術(shù)相輔相成，共同發(fā)展，才能更加持久。
在政策層面，2020年風(fēng)火同價(jià)的呼聲越來越高。如果這樣的話，到2020年，平均風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)還有0.1元左右的下降空間，給整機(jī)制造企業(yè)的成本壓力是十分巨大的。而圍繞降成本的新技術(shù)的探索更應(yīng)該及早做儲(chǔ)備。
目前國內(nèi)整機(jī)利潤水平已經(jīng)較低，金風(fēng)科技2016年凈利潤中很大的比例也來自于風(fēng)電場的投資收益、以及購買自身設(shè)備的收益。各大國內(nèi)整機(jī)制造商正在著力培養(yǎng)自己“技術(shù)能力上的全產(chǎn)業(yè)鏈”，包括風(fēng)電場的規(guī)劃與定制化、整機(jī)設(shè)計(jì)制造、后市場服務(wù)、核心大部件（如葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等）設(shè)計(jì)、并網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)電場EPC等，這既是市場競爭的要求、風(fēng)險(xiǎn)控制的手段，也是利潤擴(kuò)展的需要。
依稀記得，若干年前我們討論更多的還是雙饋與直驅(qū)的紛爭，到今天紛爭的聲音漸小，兩種路線都有發(fā)展好和不好的代表�？磥沓蓴〔辉谟谶x了哪種技術(shù)路線。而風(fēng)電場不論裝了什么類型、多少功率、塔架多高的機(jī)組，關(guān)心的無非是風(fēng)電場能不能賺錢。從這個(gè)角度看，風(fēng)電場定制化解決方案或許是行業(yè)趨勢，因?yàn)椴煌匦蜗碌娘L(fēng)電場建設(shè)與運(yùn)營成本對(duì)經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。
以陸上為例，成本包含機(jī)組設(shè)備投資、基礎(chǔ)、道路、電力電纜、運(yùn)輸?shù)跹b、運(yùn)維成本等等。不同方案下各部分的成本與發(fā)電效益一定是不同的，尋求最優(yōu)的方案是最終目標(biāo)。而這些至少建立在兩個(gè)基礎(chǔ)之上：一是有不同塔架高度、不同功率等級(jí)的高效智能風(fēng)電機(jī)組作為優(yōu)化可選的設(shè)備，一是風(fēng)電場微觀選址風(fēng)速、湍流的評(píng)估的準(zhǔn)確性。而海上風(fēng)電場定制化解決方案則更加復(fù)雜，這些經(jīng)驗(yàn)還需要更長的時(shí)間去積累。未來生存下來的風(fēng)電整機(jī)商應(yīng)具備快速風(fēng)場定制化機(jī)組所需的高效設(shè)計(jì)研發(fā)平臺(tái)，真正的針對(duì)風(fēng)電場的地形、氣候、電網(wǎng)條件在每個(gè)機(jī)位快速定制化出最佳的發(fā)電機(jī)組。
綜合看，競爭的本質(zhì)在于技術(shù)與產(chǎn)品的綜合能力，在于理念、思路、方向、細(xì)節(jié)、效率和風(fēng)險(xiǎn)控制，但歸根到底是掌控這些東西的人，和凝結(jié)到企業(yè)中的規(guī)則和文化精髓。
（本文完全是個(gè)人觀點(diǎn)，憑感而寫，比較發(fā)散，也難免有不妥之處，請(qǐng)閱者見諒）
作者：董禮，博士，高級(jí)工程師，從事風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、風(fēng)電機(jī)組健康監(jiān)測與故障診斷等相關(guān)方面的工作。
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