全球低碳轉(zhuǎn)型和能源革命的大趨勢下，風(fēng)電與光伏一道，構(gòu)成了當(dāng)下可再生能源發(fā)電的絕對主力。

當(dāng)時(shí)間來到2022年，風(fēng)電終于整體進(jìn)入“平價(jià)時(shí)代”，行業(yè)邁入嶄新發(fā)展階段。

新階段下，風(fēng)電行業(yè)迎來廣闊發(fā)展前景，也面臨諸多挑戰(zhàn)。

(資料圖片)

“在風(fēng)火同價(jià)時(shí)代，風(fēng)電一邊不斷降本增效，一邊要應(yīng)對低價(jià)競爭帶來的價(jià)格戰(zhàn)；在風(fēng)電機(jī)組大型化趨勢下，風(fēng)機(jī)質(zhì)量成為挑戰(zhàn)；未來新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)的穩(wěn)定安全如何保障……”

“持續(xù)創(chuàng)新”無疑是這一切問題的終極解決方案。如今，中國風(fēng)電行業(yè)已來到引領(lǐng)階段的“無人區(qū)”位置，國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)、尤其龍頭企業(yè)成為創(chuàng)新主力，引領(lǐng)著風(fēng)電行業(yè)的未來方向。

金風(fēng)科技(002202.SZ)是國內(nèi)最大的風(fēng)電整機(jī)龍頭企業(yè)，同時(shí)是國內(nèi)最早從事風(fēng)電機(jī)組研發(fā)、生產(chǎn)、制造的企業(yè)，在20多年的發(fā)展歷程中，技術(shù)創(chuàng)新始終是公司的核心驅(qū)動(dòng)力。

近日，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者專訪了金風(fēng)科技總裁曹志剛。針對“平價(jià)時(shí)代”下的風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新，曹志剛表示，風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新始終圍繞兩條主線：一是圍繞風(fēng)機(jī)主流產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品、技術(shù)創(chuàng)新；二是隨著新能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比增大，其波動(dòng)性和不穩(wěn)定性對能源結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來非常大的挑戰(zhàn)，這對新能源行業(yè)是更重要的攻關(guān)內(nèi)容。

當(dāng)下，金風(fēng)科技正經(jīng)歷新一輪技術(shù)裂變周期：今年5月，金風(fēng)科技具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電整機(jī)仿真軟件GTSim獲得國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的權(quán)威認(rèn)證；9月，公司歷時(shí)8年自主研發(fā)的風(fēng)資源評(píng)估分析系統(tǒng)“風(fēng)匠”獲鑒衡權(quán)威認(rèn)證，10月，公司擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海上風(fēng)電機(jī)組——中速永磁GWH252-13.6MW在福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園成功下線，標(biāo)志我國海上風(fēng)電大容量機(jī)組研發(fā)制造水平從此與國外“并駕齊驅(qū)”。

曹志剛認(rèn)為，隨著行業(yè)企業(yè)加速技術(shù)革命，2025年將迎來風(fēng)電技術(shù)跳變節(jié)點(diǎn)。“現(xiàn)在是一個(gè)過渡時(shí)期，在發(fā)生技術(shù)跳變前，一定會(huì)有技術(shù)積累過程，用2到3年的時(shí)間通過底層技術(shù)創(chuàng)新的積累，通過仿真能力的積累，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ姆e累，才能步入更高的臺(tái)階。”

降本趨勢與大型化挑戰(zhàn)

國內(nèi)風(fēng)電四十年發(fā)展歷程，曹志剛將之劃分為四個(gè)階段：上世紀(jì)80年代的起步階段、上世紀(jì)90年代國產(chǎn)化演變階段；2000年以后快速發(fā)展階段；與歐美齊頭并進(jìn)階段。

如今，國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不論是在葉輪直徑，還是單機(jī)的功率等級(jí)、塔架的高度、度電成本等方面，已經(jīng)與國外前沿技術(shù)齊頭并進(jìn)。而伴隨著國內(nèi)企業(yè)的快速崛起，風(fēng)電產(chǎn)品的迭代越來越快，產(chǎn)品創(chuàng)新的條件要求越來越苛刻。

國內(nèi)企業(yè)快速崛起的一個(gè)標(biāo)志性事件是，國內(nèi)風(fēng)機(jī)大型化推進(jìn)速度明顯加快，金風(fēng)科技等頭部企業(yè)在風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量上已經(jīng)達(dá)到國際最高水平。

2022年10月13日，金風(fēng)科技擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海上風(fēng)電機(jī)組——中速永磁GWH252-13.6MW在福建三峽海上風(fēng)電國際產(chǎn)業(yè)園成功下線，這臺(tái)風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到13.6MW，其標(biāo)志著我國海上風(fēng)電大容量機(jī)組研發(fā)制造從過去的“跟跑”，發(fā)展到目前的“并駕齊驅(qū)”水平，關(guān)鍵核心技術(shù)由此邁入海上風(fēng)電機(jī)組研制的世界先進(jìn)行列。

曹志剛認(rèn)為，正是新能源平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)倒逼企業(yè)不斷降本增效，這使得大型化風(fēng)機(jī)迅速推廣。

“機(jī)組大型化后，從規(guī)格尺寸上來看，風(fēng)機(jī)外形、大部件沒有顯著變化，僅在關(guān)鍵部分的輸出功率或載荷上存在差異，例如發(fā)電機(jī)、增速機(jī)、葉片等，因此能夠攤薄單位零部件的用量和采購成本，同時(shí)也可以減少機(jī)組數(shù)量，進(jìn)而降低度電成本。”曹志剛向記者表示，機(jī)組大型化可以有效降低風(fēng)力發(fā)電的度電成本。

記者了解到，以一個(gè)40萬千瓦的海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，采用13.6MW的風(fēng)電機(jī)組將比采用8MW機(jī)組節(jié)省20個(gè)機(jī)位點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、吊裝、塔筒、海纜等各個(gè)環(huán)節(jié)，將降低費(fèi)用約1000元/kW.降本效果明顯。

曹志剛表示，2021年，陸上風(fēng)機(jī)主流的機(jī)型還在3MW的單機(jī)級(jí)別，2022年到了5MW、6MW的級(jí)別。接下來陸上風(fēng)電機(jī)組還會(huì)達(dá)到更高功率等級(jí)。“三年的時(shí)間，風(fēng)機(jī)的容量、葉輪直徑掃風(fēng)面積，翻了一倍不止，如果倒退三年前，我們想象不到有這么快的發(fā)展速度。”

在海上風(fēng)電領(lǐng)域，2021年，我國海上風(fēng)機(jī)的平均單機(jī)容量為5.6MW，預(yù)計(jì)2022年將超過8MW，大型化趨勢明顯提速。風(fēng)電呈現(xiàn)出單機(jī)容量增加、風(fēng)輪直徑擴(kuò)大以及塔架高度提升的變化趨勢，從而有效增強(qiáng)發(fā)電效率，進(jìn)一步降低風(fēng)電成本。

但大型化絕非僅僅將風(fēng)機(jī)簡單放大，其背后往往意味著材料、結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)均要迎來巨大創(chuàng)新。

曹志剛指出，從現(xiàn)在的5MW到未來的18MW、20MW，甚至30MW功率等級(jí)。這不是物理層面上的簡單延伸和放大就能達(dá)到的高度，風(fēng)機(jī)大型化表面上是產(chǎn)品創(chuàng)新，其背后的核心是技術(shù)創(chuàng)新、理論創(chuàng)新及標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新。比如，在風(fēng)機(jī)容量較小的時(shí)候，碳纖維材料還沒有推廣使用，而現(xiàn)在成了必選材料，才能支撐更大的葉輪直徑和葉片長度。葉片制造以前是一體化成型技術(shù)，現(xiàn)在已開始使用組合式模塊等新技術(shù)。

風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、材料之外，基礎(chǔ)軟件的設(shè)計(jì)能力，也需要走到產(chǎn)品創(chuàng)新的前沿。

“用什么樣的仿真軟件去做產(chǎn)品設(shè)計(jì)，用什么樣的數(shù)學(xué)模型做出的設(shè)計(jì)能夠保證一次的成功性，需要大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)的投入，做相互之間的校驗(yàn)，讓我們數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性更高，仿真能力更強(qiáng)，包括創(chuàng)新理論的提升，底層設(shè)計(jì)軟件的提升和建立等等，是接下來風(fēng)機(jī)做到更大功率的保障。”曹志剛表示。

他認(rèn)為，2025年將是風(fēng)電技術(shù)跳變期的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，“現(xiàn)在是一個(gè)過渡時(shí)期，在發(fā)生技術(shù)跳變前，一定會(huì)有技術(shù)積累過程，用2到3年的時(shí)間通過底層技術(shù)創(chuàng)新的積累，通過仿真能力的積累，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ姆e累，才能步入更高的臺(tái)階。”

數(shù)字化融合提升新能源效率

除了大容量機(jī)組不斷推陳出新以外，金風(fēng)科技十分注重在數(shù)字化領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，曹志剛介紹說，公司將風(fēng)電技術(shù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)深度融合，數(shù)字化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于全產(chǎn)業(yè)鏈，使得金風(fēng)科技的制造水平和能力都在不斷提高。

據(jù)了解，金風(fēng)科技的智能機(jī)組充分體現(xiàn)了數(shù)字化的“黑科技”。金風(fēng)的每臺(tái)機(jī)組配置200 智能感知裝置，300 設(shè)備失效預(yù)警模型，元件級(jí)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，毫秒級(jí)自動(dòng)控制及安全保障，可采集最小顆粒度的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組7×24小時(shí)的安全運(yùn)行平臺(tái)與動(dòng)態(tài)健康管理。

在基礎(chǔ)軟件開發(fā)上。今年5月，金風(fēng)科技具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電整機(jī)仿真軟件GTSim獲得國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的權(quán)威認(rèn)證，GTSim可有效支撐大葉輪、長柔葉片、高塔架風(fēng)電機(jī)組的仿真設(shè)計(jì)，是國內(nèi)自主仿真設(shè)計(jì)軟件卡脖子技術(shù)的重大突破。

今年9月，金風(fēng)科技?xì)v時(shí)8年自主研發(fā)的風(fēng)資源評(píng)估分析系統(tǒng)“風(fēng)匠”獲鑒衡權(quán)威認(rèn)證，“風(fēng)匠”系統(tǒng)打破了風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)壁壘，并將應(yīng)用場景拓展至光伏領(lǐng)域。其意義還在于它徹底改變了我國風(fēng)電開發(fā)的節(jié)奏，不僅大幅縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，還有效改善了開發(fā)商的融資環(huán)境。8年間，“風(fēng)匠”系統(tǒng)累計(jì)提供了超過1.5億千瓦的潛力裝機(jī)容量規(guī)劃。

風(fēng)機(jī)大型化趨勢下，一個(gè)又一個(gè)大型風(fēng)機(jī)的誕生，如何做到讓這些巨無霸更可靠？金風(fēng)科技整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)給出了答案。

據(jù)介紹，早在2012年，金風(fēng)科技開先河投資建成了當(dāng)時(shí)風(fēng)電行業(yè)最大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——6~10MW級(jí)別整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，已支持了各兆瓦級(jí)機(jī)組迭代優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。“隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，金風(fēng)科技又投資建成全球容量最大、檢測功能最齊全的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——六自由度16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。”

讓風(fēng)機(jī)置身真實(shí)應(yīng)用場景中，金風(fēng)科技16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬IEC標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況、GL標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況和實(shí)際風(fēng)況。可驗(yàn)證直驅(qū)、半直驅(qū)和雙饋機(jī)組的傳動(dòng)系、發(fā)電機(jī)、變流器、電控系統(tǒng)和多域在環(huán)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。

這些技術(shù)成果的運(yùn)用，使得金風(fēng)科技的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品具備更高的可靠性、場景適應(yīng)性更強(qiáng)，在同等容量機(jī)組中風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率不斷提升。

數(shù)字化的意義還體現(xiàn)在維持新型能源結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性上。

2021年全社會(huì)用電量中，可再生能源的用電量占比29%，其中12%左右來自風(fēng)電和光伏，17%來自于水力發(fā)電。這其中，水力發(fā)電波動(dòng)性相對較低，風(fēng)電和光伏波動(dòng)性較強(qiáng)。

但隨著碳中和進(jìn)程的推進(jìn)，尤其是2030年碳達(dá)峰之后，全社會(huì)用電量中來自于風(fēng)電和光伏的電力預(yù)計(jì)占比要超過60%，甚至達(dá)到80%。屆時(shí)，電網(wǎng)的穩(wěn)定性將面臨非常大的挑戰(zhàn)。

曹志剛認(rèn)為，在這樣的挑戰(zhàn)中，除了在供給側(cè)構(gòu)建安全可靠、靈活調(diào)節(jié)、智能智慧的新型電力系統(tǒng)，能源轉(zhuǎn)型還需要需求側(cè)共同發(fā)力。“但即便如此，只靠用能側(cè)和供給側(cè)，也沒有辦法完全平衡兩端間的響應(yīng)和波動(dòng)。在新能源結(jié)構(gòu)中，就需要儲(chǔ)能這樣很重要的環(huán)節(jié)加入進(jìn)來，才能真正做到能源的安全和穩(wěn)定。金風(fēng)科技‘源網(wǎng)菏儲(chǔ)’一體化技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定供電的關(guān)鍵，通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)間協(xié)調(diào)互動(dòng)，幫助新型電力系統(tǒng)保持連續(xù)性、穩(wěn)定性、可預(yù)測和可控制性，提高電力供應(yīng)保障能力。”

創(chuàng)新構(gòu)建零碳生態(tài)圈

隨著碳中和進(jìn)程推進(jìn)，2021年以來，“零碳生態(tài)圈”越來越多地被市場提起，以“零碳”為主題的零碳工廠、零碳產(chǎn)業(yè)園建設(shè)逐漸成為風(fēng)尚。

曹志剛表示，金風(fēng)將“零碳生態(tài)圈”建設(shè)劃分為了四個(gè)維度：一是零碳化能源裝備制造；二是零碳能源的資源開發(fā)和應(yīng)用；三是零碳能源的服務(wù)；四是零碳能源的推廣及應(yīng)用。四個(gè)維度雖層次不同但相互之間具有連接。

在風(fēng)電能源裝備生產(chǎn)制造過程中，從原材料加工，到零部件生產(chǎn)制造，再經(jīng)物流運(yùn)輸?shù)街圃鞆S裝配，最后風(fēng)機(jī)吊裝安裝，以及全生命周期內(nèi)的維護(hù)，目前還不能完全做到零碳。

為解決這些問題，曹志剛表示，“首先我們從能源裝備的角度，通過不斷創(chuàng)新技術(shù)，確保我們生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)二氧化碳排放最低。在2020年，以及2022年，我們請瑞典環(huán)境科學(xué)院對金風(fēng)科技的5款風(fēng)電機(jī)組在整個(gè)生命周期中對環(huán)境的影響進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示，金風(fēng)的風(fēng)機(jī)在20年的全生命周期里，單位發(fā)電量對應(yīng)的二氧化碳排放基本在6克左右，不到火電的1%。”

2022年，金風(fēng)科技將實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營邊界的碳中和，同時(shí)金風(fēng)科技將碳減排擴(kuò)大到公司整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。曹志剛介紹說：“2021年，金風(fēng)科技做了約150家上游企業(yè)綠色供應(yīng)鏈的工作，逐步讓他們生產(chǎn)金風(fēng)產(chǎn)品時(shí)的綠電使用率從最初的零到10%，再到30%。我們的目標(biāo)是到2025年金風(fēng)科技主要供應(yīng)商生產(chǎn)金風(fēng)科技產(chǎn)品綠色電力使用比例達(dá)到100%。”

曹志剛透露，金風(fēng)科技還在研究包括重載物流環(huán)節(jié)端的減排，如通過重載卡車氫能源的應(yīng)用，從能源裝備上游的角度降低碳排放。

在零碳能源的資源開發(fā)和應(yīng)用環(huán)節(jié)，他表示，工商業(yè)用戶除了在自己的工業(yè)園區(qū)做風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的運(yùn)用外，通過建設(shè)風(fēng)電站或光伏電站等方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源的開發(fā)、運(yùn)用，可以更好地減少二氧化碳排放。金風(fēng)科技將為這些電站提供技術(shù)支撐。

“在零碳能源服務(wù)環(huán)節(jié)，金風(fēng)科技通過向工業(yè)企業(yè)提供綜合能源服務(wù)，幫助企業(yè)二氧化碳減排，以及綜合運(yùn)用可再生能源。我們打造的‘三減碳一平臺(tái)’零碳解決方案，通過數(shù)字化能碳管理平臺(tái)，在用能側(cè)、供能側(cè)和交易側(cè)減碳，實(shí)現(xiàn)貫穿全過程的能源管理和碳排管理，這是企業(yè)碳減排非常經(jīng)濟(jì)的路徑。我們已經(jīng)做了一些典型的案例，比如天津中石化零碳潤滑油工廠，天津港零碳智慧碼頭等等。通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)解決方案，我們將把零碳能源生態(tài)圈，涵蓋擴(kuò)充到智慧城市、智慧園區(qū)、數(shù)據(jù)中心、養(yǎng)殖行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、商業(yè)地產(chǎn)行業(yè)等不同場景。”曹志剛進(jìn)一步說明。

在零碳能源的推廣及應(yīng)用環(huán)節(jié)，他還表示，公司已經(jīng)開始在水務(wù)行業(yè)中做嘗試，跨出原來的能源圈，在其它行業(yè)中嘗試創(chuàng)新。

曹志剛設(shè)想了綠色能源與大化工相結(jié)合的能源應(yīng)用場景，“氫氣擁有非常大的應(yīng)用前景，但目前，大量的氫氣還屬于灰氫、黑氫(指使用非可再生能源生產(chǎn)出的氫氣)，綠氫(指使用可再生能源生產(chǎn)出的氫氣)占比還比較低。如果新能源供給側(cè)的能力過剩，就可以把過剩的能源轉(zhuǎn)變成為氫氣/氨氣，或者甲醇儲(chǔ)存起來，當(dāng)需求側(cè)需要的時(shí)候，可以直接應(yīng)用或者重新轉(zhuǎn)化為電力等其它能源運(yùn)用形式。”

他強(qiáng)調(diào)，國家提出“雙碳”目標(biāo)之后，新能源讓萬眾矚目，大家都紛紛進(jìn)入這個(gè)賽道。能源科技企業(yè)的使命就是讓社會(huì)的方方面面更容易得到綠電，讓新能源有更高的普及性和覆蓋率。

標(biāo)簽： 金風(fēng)科技 海上風(fēng)電 技術(shù)創(chuàng)新