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深度 | 是什么让海上机组容量一年增长7MW?

2023-01-11 09:30来源:《风能》作者:赵靓关键词:风电整机风电市场风电技术收藏点赞

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产品应市场需求而生,这一永恒不变的真理在2022年的海上风电整机市场再次得到验证。

据公开信息统计,2022年我国对外宣布下线的新型海上风电机组达到12款,比2019—2021年的总和还多;宣布下线新型海上风电机组的企业有7家,而2019—2021年合计只有5家。越来越多企业与新机型的加入,使2022年的海上风电市场史无前例地活跃。

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如果说2021年前风电整机新产品比拼的舞台主要在陆上,那么海上可被视为2022年风电市场的“角斗场”。据有关专家分析,2022年海上风电机组产品推出节奏迅速加快的原因是多方面的。一是未来海上风电规划规模大。

“十四五”期间,我国规划了五大千万千瓦海上基地,各地出台的海上风电发展规划规模已达8000万千瓦。2022年11月,2022全球海上风电大会发布的《2022全球海上风电大会倡议》提出,综合当前发展条件以及我国实现碳达峰、碳中和目标的要求,到“十四五”末,我国海上风电累计装机容量需达到1亿千瓦以上,到2030年累计达2亿千瓦以上,到2050年累计不少于10亿千瓦。可期的市场需求促使此前只开拓陆上风电市场的整机企业,纷纷涉足海上风电;也推动了具备海上风电市场优势的企业,加强产品开发力度。

二是规模化发展一定程度上依托于整机技术迭代。2020—2021年是取消国家补贴的窗口期,相关企业的关注点更多地放在产品交付与项目建设上。到2022年,我国海上风电正式进入无国家补贴的发展阶段,为实现未来更多项目的平价开发,风电整机技术发展必须加快脚步。例如,通过推出更大单机容量的机型降低项目总体造价,提升风轮直径确保项目发电收益。

三是海上风电技术比陆上风电更前沿,面对势必爆发的海上风电市场,整机商将更多的研发精力投入海上产品中,不仅有效布局了未来市场,还可带动陆上风电产品技术迭代,并塑造自身品牌形象。

客观分析2022年的海上风电整机产品,主要呈现以下四个方面的发展趋势。

大型化趋势显著

早在2019年,我国下线的海上风电机组,最大单机容量已经突破10MW,平均单机容量为8.58MW。然而,2019—2021年,就产品下线节点而言,我国海上机组的大型化发展趋势并不明显。2021年新下线机型的最大容量机型为11MW,相比2019年提升1MW;平均单机容量为8.63MW,提高了0.05MW。

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2021年,曾有业内专家向《风能》预测,“十四五”期间我国海上风电机组最大单机容量每年可增加约1MW,到2025年将达到15MW级。2022年下半年,已有更多声音倾向于每年增加2MW,到2025年最大单机容量可达到20MW。然而,时至2022年年底,我国海上风电机组大型化趋势大大提速,金风科技下线了16MW机型,中国海装则在2022年年底前完成了18MW主机的装配(虽于当年未举行仪式),最大单机容量比2021年提升多达7MW。2022年下线的新型海上风电机组的平均单机容量达到11.5MW,比2021年提升2.87MW。这使得我国最大单机容量海上风电机型在2022年超越国外同行。

同样跃居全球第一的还有机组风轮直径。2019年,我国宣布下线的新型海上风电机组的最大风轮直径为185m,平均风轮直径为176.6m。到2022年,新下线机型的最大风轮直径已达260m,平均风轮直径236m。

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未来,风电机组大型化趋势还将持续,但需要技术的底层创新推动。“单机容量从18MW到20MW、25MW或30MW,机组的结构从形式上就会有巨大差异,包括新材料的运用。”金风科技董事兼总裁曹志刚曾表示:“在技术跳变期要有积累的过程,比如2~3年的时间,通过底层技术创新的积累,通过仿真能力、实验能力的积累,才能跨到下一个台阶。”在大型机组的试验验证能力方面,2022年同样取得了突破。鉴衡认证中心牵头的“全尺寸大型风电机组叶片首台(套)重大技术装备试验验证平台”项目启动,将建设180m全尺寸叶片试验平台,最大可匹配25~30MW风电机组,建成后将成为全球最大的风电装备研发、测试与公共技术服务平台。

半直驱占比增高

2019—2022年下线的海上风电机型所采用的主流技术路线可分为4类,分别为永磁直驱、双馈、中速永磁(半直驱、混合)、高速永磁。

2019—2020年,金风科技、电气风电、东方风电下线的新型海上机组,均采用了永磁直驱技术路线,仅明阳智能采用中速永磁(半直驱、混合)技术。因此,这两年下线的海上风电机型绝大多数为永磁直驱机型。

2021年,风电降本需求激增,中速永磁(半直驱、混合)技术以较低的成本、较高的可靠性、运输吊装便利性,得到越来越多整机商的关注。

当年,一位部件制造商生产负责人向《风能》透露,他所在的企业正为20余款中速传动产品进行部件生产或试制。以金风科技、电气风电为代表的大多数整机商,在评估是否新增或转向这一技术路线。中国海装在新增此类技术路线10MW产品的同时,也推出了8MW高速永磁机型。2020年前还被众多业内人士奚落的“半吊子”,在2021年成了“香馍馍”。

经过2021年的研发投入,2022年下线的中速永磁(半直驱、混合)技术路线海上风电新机型的数量与占比激增。当年新下线的12款海上风电机型中,有10款采用了该技术路线,单机容量覆盖8~18MW。仅金风科技与中国海装,就连续下线了3款中速永磁(半直驱、混合)产品。

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细分市场定制化

单机容量的提升在南、北方海上风电市场,产生的价值敏感度存在一定差异。

福建与广东海域风速较高,受台风影响,地质条件非常复杂,大部分海域存在嵌岩的情况,海水较深。受此影响,这些海域的项目工程成本较高,采用更大单机容量、风轮直径适度的机组,不仅能够保证发电量,还可以有效降低工程成本,从而保障平价市场的持续开发。

然而,江苏以北海域的风速偏低,机组的单位千瓦扫风面积更重要,过大的单机容量需要配置超大的风轮直径,否则会影响低风速的发电量,而超大风轮直径的成本难以控制,因此,相比南方海域,这些海域采用的机型的单机容量较小。

《“十四五”可再生能源发展规划》明确提出,加快推动海上风电集群化开发,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大千万千瓦级海上风电基地。在这些千万千瓦级基地中,山东半岛海上基地所需的机型与闽南、粤东的差异较大。

据了解山东海域的专家判断,“十四五”期间,山东等海域的装机主流单机容量在8~10M级别,风轮直径为230米左右。2022年11月,电气风电EW8.5-230在山东海域一键并网。该机型主要针对我国中低风速海域定制化设计,虽然单机容量为8.5MW,但风轮直径达230m。而金风科技与中国海装相继推出的GWH252-16MW、H260-18MW机型,则更适用于闽南、粤东海域。

积累深远海经验

区别于适合在浅海海域安装的固定式风电机组,漂浮式海上风电机组因采用浮式基础,能够有效降低深远海海域风电开发成本,是解锁深远海风电规模化开发的“钥匙”。

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2022年,我国进一步加快了对深远海风电整机技术的探索。2022年6月,中国船舶集团承担设计任务的漂浮式海上风电装备“扶摇号”,在广东湛江罗斗沙海域顺利完成安装。“扶摇号”浮体和机组总重量超过4000吨,采用中国海装6.2MW抗台型海上风电机组,风轮直径为152m。

2022年6月,我国首个深远海漂浮式海上风电国产化研制及示范项目正式进入工程实施阶段,文昌深远海漂浮式海上风电平台浮体在中国海油海油工程青岛建造场地正式开工建造。公开信息显示,该平台由中国海油联合国内数家企业共同研发设计,平台中心立柱搭载一台7.25MW风电机组。

2022年11月,明阳智能MySE7.25-158机组下线,是全球首台7MW级抗台风漂浮式海上风电机组,最高可抵抗17级台风,应对复杂洋流和波浪。与固定式海上风电机组技术发展的主流需求相同,我国漂浮式海上风电开发面临的最大挑战是降本。

据了解,目前国外漂浮式海上风电的投资成本约为50000元/千瓦,2021—2022年在国内下线的两台样机,投资成本为38000-40000元/千瓦。

日前,中国电建集团贵州工程公司副总经理、中国电建海风公司董事长闫建国在接受《风能》采访时表示,作为中国第一个商业化漂浮式海上风电项目的万宁100万千瓦漂浮式海上风电项目,一期降本目标是25000元/千瓦,总降本目标为20000元/千瓦。可以看出,我国深远海风电整机与工程技术的发展空间仍然很大,未来一定会有更多新型漂浮式海上风电机组推出。

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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