“市場需求推動了技術發展，在數字化時代，我們更加需要進行直接面向市場的技術產品創新，從被動的市場驅動產品、產品驅動技術到主動通過技術直接驅動產品及業務。”在談到技術創新時，上海電氣風電集團首席數字官、技術總經理康鵬舉這樣說道。

 

　　在電價“指揮棒”的左右下，緊跟陸上風電平價的步伐，2021年海上風電進入“搶裝”狀態的沖刺階段。海上風電的“搶裝”與陸上相比有過之而無不及，對產業鏈的擾動效應愈加明顯。根據Wood Mackenzie的最新分析報告，隨著陸上搶裝的結束，陸上機組的技術創新需求暫時告一段落，而海上風電的技術創新及開發成為整機商和上游供應商競相追逐的熱點及焦點。Wood Mackenzie預測，這些技術的創新，在未來十年，將促使目前海上風電的LCOE成本降幅達到40%左右。

 

 

△ 電氣風電8MW海上風機（左）

 

　　隨著機組的大型化，深遠海開發的諸多挑戰，物流運輸及現場的安裝難度也進一步加大，這要求整機商更加充分地借助平臺開發策略，研發分段葉片、分段式塔筒、混塔現場澆筑、機艙和輪轂的模塊化等。從海上風電全生命周期看，平價的主要驅動力就是風電產業技術進步、風機效率的提升。因此，需要通過對風電機組控制策略、葉片、塔架、并網特性的深度定制和研究，實現風電機組與海上風電工程設計的整體優化，避免各部件單獨設計導致過剩及浪費，有效降低海上風電度電成本。

 

 

　　在這里，分別就幾個大部件及重點技術，逐一進行討論，包括葉片、傳動鏈、塔架以及漂浮式技術等。

 

 

　　近年來，碳纖維及其復合材料在風電葉片領域的使用越發廣泛，風電機組的大型化和海上化極大地拉動了對碳纖維葉片的需求。傳統玻纖葉片已無法滿足風電葉片大型化、輕量化的發展趨勢。隨著80—90m的葉片逐步成為市場主流，100-110m的葉片開始進入市場，超長葉片對材料的強度和剛度提出更加嚴苛的要求。因此，整機廠需要在具有高性能的新材料、碳纖維、樹脂以及葉片的核心材料的開發以及應用方面加大創新步伐，進行成熟的國產化應用，開發出綜合空氣動力學、結構設計以及葉片重量上更具有競爭力的產品。

 

△ 電氣風電自主研發的S90葉片是世界最長玻纖葉片

 

       傳動鏈

 

 

　　輕量化、大型化對于驅動鏈的創新需求則更加強烈，更緊湊的半直驅技術可以大大減少部件數量、實現發電機免維護等。大兆瓦的直驅技術機構簡單，整體發電效率高，電網友好性能優異。通過機械與電驅的深度耦合，創新出可靠性高并具有成本優勢的新型驅動鏈。而從部件角度來看，比如齒輪箱，我們需要通過材料創新來提高齒輪箱的功率密度，通過控制策略及相關技術的革新來降低噪音和振動，確保機組運行更加穩定，延長機組壽命。同時，還要加大數字化技術在扭矩測量中的應用，提高機組的故障檢測與預測能力。而電控系統，則需要進一步提高機組的故障穿越能力，一次調頻，以及解決次同步振蕩等關鍵問題。

 

 

　　隨著陸上風場機組容量、塔架高度不斷增加，底段塔架用鋼量的占比非常大，底段甚至占整體用鋼量的30%。通過對海上導管架基礎進行結構優化，開發出新型支撐結構，該項技術具備基礎施工速度快、塔架用鋼量少、吊裝方便等優點，可以更好地滿足陸上平價市場對于支撐結構的需求。說到創新，這里順便提一下，瑞典設計公司Modovion正在嘗試開發出一種適合分段塔架所使用的木材，這是塔架結構材料方面的創新技術，這種結構材料包括了膠合木材和單板層積木材。未來，將會有更多新型的塔架相關技術涌現，不但能夠更好地利用風能資源，還能降低風塔高度增加隨帶來的擴展成本。

 

 

　　中國海域的最大特點是大陸架坡度緩，所以即便離岸100公里，水深也僅僅30—50米。如何走出一條滿足中國特色的海上風電之路，適應國內的環境及市場，風機與基礎的最優匹配以及強耦合，是漂浮式風機的系統工程問題，也是技術型式競爭的關鍵。漂浮式風電能夠釋放更大的海上風能資源技術潛力（海上風電技術可開發潛力的72%在深海），獲得更好的風況，從而獲得更高的容量系數。但目前漂浮式海上風電面臨著幾個大難題，包括：居高不下的前期成本、更長的項目周期、漂浮式機組所需的基礎設施，以及更全面的測試和樣機演示時間（包括應對變槳、抵抗惡劣天氣條件以及處理海纜的復雜性等）。此外，漂浮式海上風電解決方案的設計也仍處于早期階段，有待進一步的深入研究。

 

 

　　然而，技術的創新不能僅僅停留在部件設計創新上，還要上升到子系統、系統的系統，以及從大系統的層面進行創新。這意味著需要擁抱能源互聯網、利用能源互聯網的核心技術，以及相關數字化技術，如虛擬電廠技術、能源路由器技術，以及此前提到的數字孿生技術等，實現風光水火儲一體化、源網荷儲一體化等。

 

 

　　主要是指改善風、光等發電系統間歇式性能，減少新能源不確定性對接入電網的不利影響，提高能量轉換價值，增加電網對可再生能源吸納程度，并且可以對電網負荷進行適當的改善，提供電網的消峰填谷能力。

 

 

　　能源路由平臺是實現源網荷儲一體化的關鍵技術，讓能源能夠像信息一樣交互、智能分配、即插即用，實現點對點的能源交易。

 

 

　　風電是多學科的融合技術，“十四五”大規模風電并網，對風電機組的智能化、數字化要求會越來越高，我們都必須從風/機/場/網/環/數/新等方面深挖，全面提升風電全生命周期綜合技術能力。

 

 

　　從風電歷史發展過程來看，塔筒更高、葉輪更長、容量更大，容量每十年就要至少翻倍。到目前為止，風機已成為人類創造出的最大的旋轉機械，今天的一臺風機的葉輪直徑就如同是一個足球場的大小。

 

　　如果遵循“風電的摩爾定律”，可以看出機組的大型化是未來發展的趨勢，同時陸上與海上風電的全球度電成本也將逐步降低，這勢必需要技術做出顛覆性的突破。傳統的葉片、塔筒等關鍵部件的技術已經無法滿足15MW以上機組的需求，大型化機組的創新技術必須應運而生，來滿足機組的發展。

 

　　近年來，電氣風電在新技術、新領域、新的合作模式等方面持續進行探索和創新，深化數字化轉型，不斷加速技術創新，利用數字孿生技術，將操作和物理輸入與高級仿真相結合，優化設計并降低機組成本。同時，積極開發機組數字化產品，通過對機組海量數據的精準分析及預測，實現對風場和機組智能化運營，充分發揮上下產業鏈條的協同價值，最終實現客戶利益的最大化。

 

 

△ 電氣風電首席數字官、技術總經理 康鵬舉