在12月7日召開的“2019中國海上風(fēng)電工程技術(shù)大會”上，遠景能源海上產(chǎn)品線總經(jīng)理謝德奎發(fā)表主旨演講，他認(rèn)為葉片和主軸承是目前中國海上風(fēng)機發(fā)展的兩大瓶頸。在當(dāng)前海上風(fēng)機供不應(yīng)求的特殊時段，整機商更要注重在可獲得供應(yīng)鏈基礎(chǔ)上為客戶提供可滿足投資收益的海上產(chǎn)品解決方案，助力中國海上風(fēng)電理性持續(xù)發(fā)展。
謝德奎回顧了歐洲與中國風(fēng)機葉片的發(fā)展歷程。1991到2015年間，中國風(fēng)機功率和葉片是跟隨者，但到2017年，中國出現(xiàn)了直徑171米的風(fēng)輪，超過歐洲直徑164米的風(fēng)輪。2019年，歐美推出直徑為220米的更大風(fēng)輪。就風(fēng)輪直徑而言，中國和歐洲幾乎站到一個平臺上，中國海上風(fēng)機葉片發(fā)展以及整機設(shè)計進入了無人區(qū)。
全球知名《科學(xué)》雜志指出，隨著海上風(fēng)機風(fēng)輪增大，風(fēng)能行業(yè)面臨空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和水動力學(xué)三大挑戰(zhàn)，而這三個領(lǐng)域在基礎(chǔ)科學(xué)方面的研究已經(jīng)跟不上風(fēng)輪直徑的發(fā)展。相比百年航空業(yè)發(fā)展，民航飛機最大翼展也還沒有超過80米，不到四十年的風(fēng)電行業(yè)，風(fēng)輪直徑已經(jīng)達到200米。
謝德奎以此警示風(fēng)電行業(yè)在工程技術(shù)科學(xué)上要循序漸進，穩(wěn)扎穩(wěn)打。他說，葉片長度增加要以材料和制造技術(shù)的突破為基礎(chǔ)，單純依賴舊有技術(shù)增加葉片尺寸無法支持海上風(fēng)電的進一步發(fā)展。
支撐更長海上葉片必然要走向碳纖維材料這個“無人區(qū)”，這也讓中國風(fēng)電設(shè)計又回到了10年前，葉片設(shè)計需要license歐洲設(shè)計公司，核心原材料及工藝設(shè)備供應(yīng)鏈掌握在德國或日本企業(yè)手里。此外，大型模具投資額度大、時間長，工藝水平不成熟，超大葉片的加工效率也比主流葉片低3-4倍，在當(dāng)前中國海上風(fēng)電大規(guī)模搶裝的背景下，成為業(yè)主保障項目上網(wǎng)電價的巨大瓶頸。謝德奎強調(diào)，大型碳纖維葉片的設(shè)計、工藝、測試驗證與供應(yīng)鏈把控都需要閉環(huán)驗證的過程，如果沒有基礎(chǔ)科學(xué)層面的研究和突破，沒有在技術(shù)工程層面做循序漸進的工程實踐與驗證，做出來的大葉輪可能是一個巨大的俄羅斯賭博輪盤。
另外，鑒于當(dāng)前海上風(fēng)電大規(guī)模交付的情況，謝德奎在介紹遠景海上大葉片技術(shù)開發(fā)特色時表示，遠景的大葉片開發(fā)思路通常都是陸上成熟再往海上引進。遠景設(shè)立在中國的全球研發(fā)總部、丹麥的全球風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新中心和美國的空氣動力學(xué)與氣象研發(fā)中心等全球頂尖葉片開發(fā)團隊，其開發(fā)過程引入航空航天的技術(shù)成熟度TRL和制造成熟度MRL，供應(yīng)鏈成熟度全覆蓋，且實現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品和新工藝的測試驗證以及供應(yīng)鏈能力閉環(huán)，保障交付可靠性，保證開發(fā)完成即實現(xiàn)批量交付。
談到另一個瓶頸主軸承時，謝德奎稱主要來自于大軸承設(shè)計挑戰(zhàn)、供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)和安裝工藝挑戰(zhàn)。具體到海上大風(fēng)機主軸承供應(yīng)鏈瓶頸，謝德奎談到三點，一是大兆瓦主軸承軸圈直徑一般超過2m，與鑄件情況類似，超出了大部分市場上的主軸承機床的裝載能力；二是主流供應(yīng)商只有SKF和FAG兩家，至少提前一年鎖定產(chǎn)能；三是國內(nèi)主軸承供應(yīng)商短期無法具備此類軸承的設(shè)計和加工能力。
謝德奎還提到，雙TRB技術(shù)以及DRTRB技術(shù)，都存在對預(yù)緊力變化敏感、優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商稀缺、裝配容差要求高等問題。這兩種技術(shù)遠景都在陸上做過測試驗證并且運行過的，我們認(rèn)為還需要一定的時間進行測試驗證。。
遠景海上大軸承配置解決方案目前采用更為成熟的雙SRB技術(shù)，主軸承外徑在1.5米以內(nèi)，足夠支撐到5、6兆瓦，在擁有全球充沛的供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)上，已經(jīng)實現(xiàn)了本地供應(yīng)商的設(shè)計和生產(chǎn)。一個海外典型供應(yīng)商產(chǎn)能分析顯示，可全年生產(chǎn)3700套，相比之下，雙TRB技術(shù)要做到支撐6兆瓦以上，加工直徑要增加到2-3米，產(chǎn)能不足雙SRB技術(shù)的一半，而加工直徑3-4米的DRTRB技術(shù)產(chǎn)能只有350套。
即便中國海上風(fēng)機面臨葉片和主軸承兩大瓶頸，遠景能源仍完全能夠在中國海域為客戶提供可獲得投資收益的海上項目解決方案。謝德奎介紹，遠景集成全球數(shù)據(jù)和技術(shù)繪制中國海上LCOE地圖，這個地圖不僅指導(dǎo)遠景自己定義具有競爭力的風(fēng)機，還可以讓海上風(fēng)電開發(fā)商清晰地看見實現(xiàn)投資收益的項目分布，還會發(fā)現(xiàn)最好的收益率不在單機容量有多大，而在于LCOE。發(fā)電量是影響海上風(fēng)電的最關(guān)鍵因素，在海上全生命周期度電成本模型里，發(fā)電量的影響超過50%。
說到項目風(fēng)機選型，謝德奎強調(diào)，不同區(qū)域?qū)︼L(fēng)機兆瓦等級和風(fēng)輪直徑的組合需求不同，也就是說，圍繞LCOE最優(yōu)，針對中國不同海域定義不同風(fēng)輪和功率組合獲得最優(yōu)收益。和中國相比，歐洲北海風(fēng)速高，人力成本導(dǎo)致初始投資高，運維成本高，這些因素導(dǎo)入LCOE模型，也就導(dǎo)向了歐洲大兆瓦小風(fēng)輪的機型策略。
基于中國海上風(fēng)電環(huán)境特點與歐洲存在巨大差異，遠景選擇了以福建為代表的高風(fēng)速臺風(fēng)區(qū)域、廣西為代表的低風(fēng)速區(qū)域以及浙江為代表的中低風(fēng)速強臺風(fēng)區(qū)域做了LCOE敏感性分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，在高風(fēng)速場景中，6-8MW等級的海上風(fēng)機可以獲得最優(yōu)的LCOE；在低風(fēng)速及中低風(fēng)速場景中，4-6MW等級便可以實現(xiàn)最優(yōu)的LCOE。而風(fēng)速越低，則對風(fēng)輪直徑的需求更大，反之亦然。
同時，謝德奎提醒，與歐洲海上風(fēng)況相比，中國海上風(fēng)場布置更緊湊，風(fēng)速更低，且大氣更穩(wěn)定，尾流影響范圍大，在這些因素的共同作用下，中國海上風(fēng)場的尾流損失大大超過歐洲風(fēng)場。遠景基于近1.5GW容量的風(fēng)機海上運行和持續(xù)后評估，證明在某些排布密集的風(fēng)場，前期對尾流損失低估約2%。遠景也在探索降低尾流損失的技術(shù)。在某風(fēng)場，我們通過實施場群尾流控制技術(shù)，實現(xiàn)了3%-4%的電量提升。在未來一段時間內(nèi)，中國海上風(fēng)電場排布越來越密集，場群尾流控制技術(shù)的價值顯得尤為顯著。 文章來源：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-8947.html
謝德奎回顧了歐洲與中國風(fēng)機葉片的發(fā)展歷程。1991到2015年間，中國風(fēng)機功率和葉片是跟隨者，但到2017年，中國出現(xiàn)了直徑171米的風(fēng)輪，超過歐洲直徑164米的風(fēng)輪。2019年，歐美推出直徑為220米的更大風(fēng)輪。就風(fēng)輪直徑而言，中國和歐洲幾乎站到一個平臺上，中國海上風(fēng)機葉片發(fā)展以及整機設(shè)計進入了無人區(qū)。
全球知名《科學(xué)》雜志指出，隨著海上風(fēng)機風(fēng)輪增大，風(fēng)能行業(yè)面臨空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和水動力學(xué)三大挑戰(zhàn)，而這三個領(lǐng)域在基礎(chǔ)科學(xué)方面的研究已經(jīng)跟不上風(fēng)輪直徑的發(fā)展。相比百年航空業(yè)發(fā)展，民航飛機最大翼展也還沒有超過80米，不到四十年的風(fēng)電行業(yè)，風(fēng)輪直徑已經(jīng)達到200米。
謝德奎以此警示風(fēng)電行業(yè)在工程技術(shù)科學(xué)上要循序漸進，穩(wěn)扎穩(wěn)打。他說，葉片長度增加要以材料和制造技術(shù)的突破為基礎(chǔ)，單純依賴舊有技術(shù)增加葉片尺寸無法支持海上風(fēng)電的進一步發(fā)展。
支撐更長海上葉片必然要走向碳纖維材料這個“無人區(qū)”，這也讓中國風(fēng)電設(shè)計又回到了10年前，葉片設(shè)計需要license歐洲設(shè)計公司，核心原材料及工藝設(shè)備供應(yīng)鏈掌握在德國或日本企業(yè)手里。此外，大型模具投資額度大、時間長，工藝水平不成熟，超大葉片的加工效率也比主流葉片低3-4倍，在當(dāng)前中國海上風(fēng)電大規(guī)模搶裝的背景下，成為業(yè)主保障項目上網(wǎng)電價的巨大瓶頸。謝德奎強調(diào)，大型碳纖維葉片的設(shè)計、工藝、測試驗證與供應(yīng)鏈把控都需要閉環(huán)驗證的過程，如果沒有基礎(chǔ)科學(xué)層面的研究和突破，沒有在技術(shù)工程層面做循序漸進的工程實踐與驗證，做出來的大葉輪可能是一個巨大的俄羅斯賭博輪盤。
另外，鑒于當(dāng)前海上風(fēng)電大規(guī)模交付的情況，謝德奎在介紹遠景海上大葉片技術(shù)開發(fā)特色時表示，遠景的大葉片開發(fā)思路通常都是陸上成熟再往海上引進。遠景設(shè)立在中國的全球研發(fā)總部、丹麥的全球風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新中心和美國的空氣動力學(xué)與氣象研發(fā)中心等全球頂尖葉片開發(fā)團隊，其開發(fā)過程引入航空航天的技術(shù)成熟度TRL和制造成熟度MRL，供應(yīng)鏈成熟度全覆蓋，且實現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品和新工藝的測試驗證以及供應(yīng)鏈能力閉環(huán)，保障交付可靠性，保證開發(fā)完成即實現(xiàn)批量交付。
談到另一個瓶頸主軸承時，謝德奎稱主要來自于大軸承設(shè)計挑戰(zhàn)、供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)和安裝工藝挑戰(zhàn)。具體到海上大風(fēng)機主軸承供應(yīng)鏈瓶頸，謝德奎談到三點，一是大兆瓦主軸承軸圈直徑一般超過2m，與鑄件情況類似，超出了大部分市場上的主軸承機床的裝載能力；二是主流供應(yīng)商只有SKF和FAG兩家，至少提前一年鎖定產(chǎn)能；三是國內(nèi)主軸承供應(yīng)商短期無法具備此類軸承的設(shè)計和加工能力。
謝德奎還提到，雙TRB技術(shù)以及DRTRB技術(shù)，都存在對預(yù)緊力變化敏感、優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商稀缺、裝配容差要求高等問題。這兩種技術(shù)遠景都在陸上做過測試驗證并且運行過的，我們認(rèn)為還需要一定的時間進行測試驗證。。
遠景海上大軸承配置解決方案目前采用更為成熟的雙SRB技術(shù)，主軸承外徑在1.5米以內(nèi)，足夠支撐到5、6兆瓦，在擁有全球充沛的供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)上，已經(jīng)實現(xiàn)了本地供應(yīng)商的設(shè)計和生產(chǎn)。一個海外典型供應(yīng)商產(chǎn)能分析顯示，可全年生產(chǎn)3700套，相比之下，雙TRB技術(shù)要做到支撐6兆瓦以上，加工直徑要增加到2-3米，產(chǎn)能不足雙SRB技術(shù)的一半，而加工直徑3-4米的DRTRB技術(shù)產(chǎn)能只有350套。
即便中國海上風(fēng)機面臨葉片和主軸承兩大瓶頸，遠景能源仍完全能夠在中國海域為客戶提供可獲得投資收益的海上項目解決方案。謝德奎介紹，遠景集成全球數(shù)據(jù)和技術(shù)繪制中國海上LCOE地圖，這個地圖不僅指導(dǎo)遠景自己定義具有競爭力的風(fēng)機，還可以讓海上風(fēng)電開發(fā)商清晰地看見實現(xiàn)投資收益的項目分布，還會發(fā)現(xiàn)最好的收益率不在單機容量有多大，而在于LCOE。發(fā)電量是影響海上風(fēng)電的最關(guān)鍵因素，在海上全生命周期度電成本模型里，發(fā)電量的影響超過50%。
說到項目風(fēng)機選型，謝德奎強調(diào)，不同區(qū)域?qū)︼L(fēng)機兆瓦等級和風(fēng)輪直徑的組合需求不同，也就是說，圍繞LCOE最優(yōu)，針對中國不同海域定義不同風(fēng)輪和功率組合獲得最優(yōu)收益。和中國相比，歐洲北海風(fēng)速高，人力成本導(dǎo)致初始投資高，運維成本高，這些因素導(dǎo)入LCOE模型，也就導(dǎo)向了歐洲大兆瓦小風(fēng)輪的機型策略。
基于中國海上風(fēng)電環(huán)境特點與歐洲存在巨大差異，遠景選擇了以福建為代表的高風(fēng)速臺風(fēng)區(qū)域、廣西為代表的低風(fēng)速區(qū)域以及浙江為代表的中低風(fēng)速強臺風(fēng)區(qū)域做了LCOE敏感性分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，在高風(fēng)速場景中，6-8MW等級的海上風(fēng)機可以獲得最優(yōu)的LCOE；在低風(fēng)速及中低風(fēng)速場景中，4-6MW等級便可以實現(xiàn)最優(yōu)的LCOE。而風(fēng)速越低，則對風(fēng)輪直徑的需求更大，反之亦然。
同時，謝德奎提醒，與歐洲海上風(fēng)況相比，中國海上風(fēng)場布置更緊湊，風(fēng)速更低，且大氣更穩(wěn)定，尾流影響范圍大，在這些因素的共同作用下，中國海上風(fēng)場的尾流損失大大超過歐洲風(fēng)場。遠景基于近1.5GW容量的風(fēng)機海上運行和持續(xù)后評估，證明在某些排布密集的風(fēng)場，前期對尾流損失低估約2%。遠景也在探索降低尾流損失的技術(shù)。在某風(fēng)場，我們通過實施場群尾流控制技術(shù)，實現(xiàn)了3%-4%的電量提升。在未來一段時間內(nèi)，中國海上風(fēng)電場排布越來越密集，場群尾流控制技術(shù)的價值顯得尤為顯著。 文章來源：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-8947.html
