“市場需求推動了技術發(fā)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(chuàng)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(yè)務?！痹谡劦郊夹g創(chuàng)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(tài)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(yè)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(chuàng)新需求暫時告一段落，而海上風電的技術創(chuàng)新及開發(fā)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(chuàng)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(fā)的諸多挑戰(zhàn)，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(fā)策略，研發(fā)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(yè)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(yōu)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。
機組關鍵部件及技術的創(chuàng)新與穿透
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。
葉片
近年來，碳纖維及其復合材料在風電葉片領域的使用越發(fā)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(tǒng)玻纖葉片已無法滿足風電葉片大型化、輕量化的發(fā)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(fā)以及應用方面加大創(chuàng)新步伐，進行成熟的國產化應用，開發(fā)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(fā)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(chuàng)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(fā)電機免維護等。大兆瓦的直驅技術機構簡單，整體發(fā)電效率高，電網友好性能優(yōu)異。通過機械與電驅的深度耦合，創(chuàng)新出可靠性高并具有成本優(yōu)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(chuàng)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(wěn)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(tǒng)，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。
塔架
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(yōu)化，開發(fā)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(yōu)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(chuàng)新，這里順便提一下，瑞典設計公司Modovion正在嘗試開發(fā)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(chuàng)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。
漂浮式技術
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(huán)境及市場，風機與基礎的最優(yōu)匹配以及強耦合，是漂浮式風機的系統(tǒng)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(fā)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。
擁抱能源互聯網 加大風電技術創(chuàng)新步伐
然而，技術的創(chuàng)新不能僅僅停留在部件設計創(chuàng)新上，還要上升到子系統(tǒng)、系統(tǒng)的系統(tǒng)，以及從大系統(tǒng)的層面進行創(chuàng)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。
【虛擬電廠技術】
主要是指改善風、光等發(fā)電系統(tǒng)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】
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。
展望未來：風電技術及機組
風電是多學科的融合技術，“十四五”大規(guī)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(huán)/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(fā)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(chuàng)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(fā)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(tǒng)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(chuàng)新技術必須應運而生，來滿足機組的發(fā)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(xù)進行探索和創(chuàng)新，深化數字化轉型，不斷加速技術創(chuàng)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(yōu)化設計并降低機組成本。同時，積極開發(fā)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(fā)揮上下產業(yè)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
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