电气风电连西岗：双碳目标下中国海上风电平价发展的机遇与挑战

截止2021年底，我国海上风电累计并网装机达到26.39GW，位居世界第一。在”双碳”目标的政策支持下,可再生能源发展将迎来飞跃式的发展。目前海上风电实现平价还存在技术相对薄弱、产业链能力与批量项目交付不匹配等挑战。

在这种情况下，应对平价需要针对不同区域，因地制宜，去选择不同的风机，提供适合当地的最佳解决方案，中低风速区域-综合产业链发展考虑容量与风轮平衡,高风速区域-容量越大收益水平越高趋势明显，走出一条适合中国海上资源条件的平价产品路线。

——上海电气风电集团股份有限公司海上产品规划总监连西岗

2022年8月11日，由北极星电力网、北极星风力发电网主办的“第二届海上风电创新发展大会”在南京召开。大会聚焦海上风电技术降本、深海探索、自研自主、产业融合、迈向国际等主题话题，引领海上风电产业创新发展。上海电气风电集团股份有限公司海上产品规划总监连西岗在大会上做了《双碳目标下中国海上风电平价发展的机遇与挑战》主题演讲。

上海电气风电集团股份有限公司海上产品规划总监连西岗

文字发言如下：

连西岗：各位风电的同仁、各位领导：大家下午好！

今天由我代表上海电气风电集团股份有限公司来和大家分享一下双碳目标下海上风电平价发展的机遇与挑战。

中国海上风电从2010年开始经过十年的发展，目前累计装机容量已经达到了26.39GW，赶超英国位居世界第一，总的装机容量也是将近50%的占比。通过这十年的发展，中国的海上风电也涌现出了一大批的优秀的主机厂商。

随着2020年碳达峰和碳中和目标的提出，对于中国风电事业、可再生能源事业的发展提供了很好的政策支持。在这种前提条件下，风电和太阳能整体的装机容量要达到12亿千瓦以上，可再生能源将迎来飞跃式的发展，海上风电也需要去担当大任迎来一个大好的发展。随着今年各省市的“十四五”海上风电规划已经发布，由此可见，像江苏和广东整体的装机容量规划都超过了15GW，在整个的规划中也是由近海走向了远海。所以说目前风机既有机遇也有一些挑战。对于风机的发展来说，到深远海之后，需要从现在的一些小风机转换为大风机，去适应深远海的发展。

在这种情况下，挑战主要是从几个方面来讲。第一个是项目的风险和我们投资的期望还是需要进一步的控制。虽然我们的海上风电也经过了十年的发展，但是我们还是缺少一些平价环境下的前期的一些论证和我们的投资的分析。因为目前来说，平价风场也是在今年进入了首年，虽然是有一部分平价项目已经招标，但是还未完全建成我们的平价风场，在这种情况下，通过测算，要实现平价，整个风电场的造价还需要再大幅度的下降。从我们早上的报告中来看，在“十三五”期间我们风电场的造价平均是15000以上，到“十四五”期间如果要实现平价，造价必须要达到15000以下，所以说这样的情况下，对于实现平价来说还是比较困难。

第二个是技术相对薄弱制约了产业链的升级。随着平价时代的到来，各主机厂商推出的机型也是从原来的220以下的风机转到220以上的风机，这对整个产业链带来了一定的挑战。另外对于大型的叶片带来的大型的风机，我们还需要进一步的验证。整个风电产业链目前也是未能和我们的风机相匹配，可能我们的样机制造可以完成，但是想要达到大批量的产业化供应还是需要有一定的时间来满足。另外就是我们对于后期的运维经验还是需要再进一步的累计，通过降低后期的运维成本，从而真正达到全生命周期去降低风电的成本，而不是仅仅依靠前期的风电场的造价。

第三个就是产业链能力和批量项目交付的能力是不匹配的。而且还有一些像主轴承等等受制于进口供应商的产能的因素。我们还是需要加快关键部件的国产化的速度，从而达到“十四五”期间平价风电的批量化安装的规模。因为从“十四五”规划来说，我们要建成50GW的容量，平均每年是12GW，基本上与2021年海上抢装潮14GW的装机容量是相匹配的。所以说从2022年一直到2025年，基本上每年都是类似于2021年的抢装年，对于各主机厂商的批量生产和批量交付能力也是提出了更高的要求。而在这种情况下，各家的主机风机全部机型的更新迭代和所有的产业链也面临着升级。

在这种情况下，我们需要重新去选择风机，而不是延用“十三五”期间的批量装机的情况。根据我国海上风资源的情况，南北差异比较大，所以我们要根据不同的区域去选择不同的风机，然后因地制宜的去提供更优的解决方案。基于目前的一个产业化可以供应的能力，选择的容量和风能的匹配，今年可能主要生产的风机也是在110米左右的叶片。在这种情况下，去反推我们所需要的满发小时数，整个的装机容量大概是7-10MW左右。在这个当中我们也是进行了分析，根据部分历史经验进行推测，我们发现在8MW到9MW之间的装机容量可以达到更高的发电收益率，选择一个合适的风轮数和匹配度。但是随着产业链的发展，可能到“十四五”末产业突破，如果我们的叶片可以突破到150米，可能我们的单机容量也是随着叶片的发展突破到10MW以上，可能我们会选择更大MW的风机。同时对于高风速的区域来说，也是由于目前整个的施工难度，包括吊装能力的匹配，我们选择的整个的MW数和风轮相匹配的情况，也是发展之后整个的单机容量要超过10MW以上，才能达到更优的收益率。

中低风速的区域，风机从原始的4MW变成5MW、6MW，到今年主要供应的都是8MW，并且达到了230米左右的风轮直径，也是我们通过敏感度的分析，对于中低风速来说，我们还是需要提高发电量来提升整个发电厂的收益，从而降低整个发电厂的度电成本。但是对于高风速来说，是需要提升单机容量，平摊风电场的建设成本。以一个100MW风电项目为例，如果装80MW的风机和10MW的风机，我们的机位点数可以节省20%，这样我们的发电周期包括整场内的费用都可以降低，从而降低高风速市场整个的度电成本。这样的话预计在“十四五”末期，各家厂商会推出更多MW的风机，比如说20MW，或者是300米以上的风机都会陆续的推出去适应未来的市场变化。

但是随着机组的大型化，也给我们带来了一些巨大的挑战。首先就是单位千瓦扫风面积的增加或者是单机容量的增加，对于风电机组和整个风电场都带来了不小的影响。首先第一个就是带来了长柔叶片的设计，因为已经突破了现有理念的依据，包括新材料的应用等等，这些都需要长时间的验证才能满足。另外像大型的轴承，或者是大型部件的实验测试台的建设等等，都需要去根据产业链的情况进行匹配。另外从支撑结构来说，我们需要从以前的分体迭代和半耦合迭代，过渡到我们现在完全一体化的迭代，从而降低整个支撑结构的建设费用。另外对于一些生产或者是大范围的机组应用的一些大直径的单桩应用，比如目前的单桩可能批量安装的话直径都在7米或7.5米左右，以后可能要过渡到8.5米甚至10米的单桩技术，这对于生产制造，包括施工及整个的仿真设计来说，都带来了挑战。另外对于深远海技术，漂浮式整个的前期的设计到最后的批量化的生产应用。还有很多海上的配套设施，像一些高压传输或者是柔性直流的传输技术，包括升压站等等设施，另外还有施工的吊装的船舶等等，这些都面临着大型化所带来的迭代更新挑战。另外对于后期的运维也是提出了更高的要求，而且出海时间包括作业时间将大大的缩短，所以说对于智能化的运维策略也提出了更高的高度，包括我们的SOV的运维母船的应用、风机的健康自诊断等等，今后可能会从我们固定的运维模式，改变成我有需要才去运维的模式，去减少深远海风机运维的成本。

这里介绍的是一个全新长叶片的设计理念，随着叶片80多米、90米的叶片到现在变成110米，甚至以后150米，现在的气动翼型是否能满足长叶片的应用，我们需要从原始的气动翼型来开发适应我们长叶片的应用，去平衡叶片的发电效率和我们所带来的整个风机的承载的一个平衡。另外就是长叶片所带来的承重问题，因为叶片太重整个钢柱会降下来，那么以前没有气团稳定性的问题在长叶片中就会出现，如何通过我们的仿真去避免它，然后通过整个的设计闭环，去真正的避免长叶片的问题，保证机组在运行过程中的安全性。另外就是长叶片的测试问题，对于目前110米、120米的叶片，整个的测试的话，时间要达到半年之久，所以要通过长叶片的测试和验证，到它的设置闭环，对于我们机组的批量供应也是提到了一个更高的挑战。

另外一个大型化所带来的一个问题就是整个的轴承变成了大型化，通过北极星的调研，我们的轴承从2006年以前，主要配套的一些轴承大部分是进口的，而且它的公报周期和成本都很高。但是随着2006年到2010年，风电设备国产化率高于70%的政策出台，促进了国产轴承大批量的发展。在这种情况下，我们的变桨轴承和偏航轴承进入了一个大发展的时代，但是补贴减少之后，外资轴承又占领了市场，今年受到疫情的影响，可能国际化也是受到了供应的影响，阻碍了我们的发展。在这种情况下，我们可以看到偏航变桨轴承基本上实现了大功率技术和小功率技术完成国产应用的情况。或者说从主流机组来说，虽然在小功率机组上面已经有了突破，但是对于大功率技术来说，目前还是受制于外资的供应链限制。另外变桨轴承随着叶片的变大，它的直径也是不能有太大的突破。前两天我们的一个核电的15米的支撑环，运输的话要关闭15个站，所以主要还是要考虑一个陆运的运输问题。

另外就是吊装能力，随着风轮的增加，整个轮轴中心的高度也是有了很明显的增加，在现有的情况下，也只有四条船来支撑230米风轮的吊装。在未来的270米，我们现在是无法满足的，未来可能逐渐会去用，但是整个要完成我们50GW的吊装的话，吊装难度还是可想而知的。

对于支撑结构的设计也是要选择合适的基础盘，降低整个项目的成本，比如说通过我们的分体迭代，实现我们的一体化的迭代，来降低我们整个风机的支撑结构的成本。

上海电气也是通过自己的研发来研发了这些机型，首先是海神Poseidon机型主要是满足于上海江苏的风场。目前这个平台也是使用了国内外双重认证的碳纤维叶片，另外有我们可靠的偏航系统保证机组在大风情况下安全可靠的偏航对风。另外采用了全新高集成度的驱动力结构设计，降低了整个机头的重量，降低了后期的吊装和维护的成本，对于电气系统和软件系统也进行了优化，降低整个机组的能耗。整个驱动链也是采用了一个双TRB的成熟设计，选择小轴可以满足相应的需求，这样也是突破了现在的供应链，扭矩密度也是提升，降低了整个机头的重量，发电机也是可以做到全生命周期的免维护。

另外对于海上可能带来的一些部件的情况，我们也是做了一些相应的解决方案，来满足未来市场可能会出现的情况，对于整个的半空驱动链可以达到一个可更换的情况，也是不用大型的吊装船，通过自带的工装将我们的半空驱动链下放到基础平台，从而进行更换，降低了整个风机的维修时间。

对于高风速平台我们也是带来了一个11MW的直驱平台，这样的话可以满足我们广东、福建的一些伴有超强台风区域市场的应用。同样的，它是通过了一个高可靠性的发电机的设计，这样的话整个结构是比较简单，同时也是使用了双TRP的主轴的结构，满足了我们对于主轴承供应链的选择。同时，对于电机系统我们也做了一定的优化，可以达到我们整个的可靠并且性价比会比较高的综合性的解决方案，便于我们的操作和空中维护的工艺。

最后我们也是对于海上风电未来的发展提出了一些畅想，就是我们的风电和制氢，还有海洋牧场还有给油气平台供点，这样的话通过风机和各种产业进行结合，满足风机在未来“十四五”向“十五五”期间的更广阔的应用。

以上就是我今天带给大家的分享。谢谢大家！

（根据速记整理，未经发言人审核）