打造自主可控的風電產(chǎn)業(yè)鏈

江蘇要實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，必須構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。其中，把握世界風電技術前沿及發(fā)展趨勢，打造自主可控風電產(chǎn)業(yè)鏈是主要路徑之一。

從上世紀80、90年代開始，風力發(fā)電技術得到了飛速發(fā)展并逐漸成熟。風電產(chǎn)業(yè)憑借自身的優(yōu)點在世界范圍迅速發(fā)展，2011-2020年，全世界風電總裝機容量從2.37億千瓦增加到7.5億千瓦。據(jù)估計, 2030年全球風電裝機將超過20億千瓦。

世界風電技術前沿及發(fā)展趨勢

世界風電技術前沿及發(fā)展趨勢，可以從工程技術和工程管理兩個視角來分析。從工程技術角度看，世界風電技術前沿體現(xiàn)在“大功率”“超遠程”“信息化”三個方面。從工程管理角度看，表現(xiàn)為“智能化”“物聯(lián)化”“標準化”三個層面。

大功率、高塔架、大葉片風電機組成為發(fā)展趨勢。大功率發(fā)電機組已經(jīng)成為重要發(fā)展方向，西方主要風電機組正向海上風場10MW以上方向發(fā)展，西門子8-10MW風電機組、通用電氣12MW風電機組乃至更大功率電機已經(jīng)投入使用。高塔架可以獲得更高的發(fā)電量，國外140-170米塔架已規(guī)?；瘧?。不斷通過技術手段降低塔架重量也是風電行業(yè)的重要趨勢。發(fā)展直徑200米及以上大型葉輪，運用激光和人工智能技術開展塔架凈空監(jiān)控作業(yè)，推進葉片的輕量化、柔性化、可折疊成為方向。

發(fā)展深遠海、大漠、高原相適應的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)是重要方向。海上風電雖然起步較晚，但是憑借海風資源的穩(wěn)定性和大發(fā)電功率的特點，海上風電近年來正在世界各地飛速發(fā)展。它具有高度依賴技術驅(qū)動的特質(zhì)，已經(jīng)具備了作為核心電源來推動未來全球低碳經(jīng)濟發(fā)展的條件。2020年，英國是世界上最大的海上風電市場，裝機容量占全球的近36%，其次是德國，占29%。中國海上風電裝機量占全球裝機量的11%，躍居第三，當年新增海上風電裝機量世界第一。此外，為了充分利用風力資源，在大漠、高原建立風電場，其裝機量在風力發(fā)電中的比重也越來越大。

智能化、標準化、集群化融入風電運行監(jiān)控系統(tǒng)。目前，世界風電場智能化運維技術正在向著信息化、標準化、集群化的方向發(fā)展。主要技術有：風電機組和風電場綜合智能化傳感技術，風電大數(shù)據(jù)收集、傳輸、存儲、整合及快速搜索提取技術;建立風電場監(jiān)控系統(tǒng)信息模型及風電機組間通信兼容解決方案;大型風電場群遠程通信技術，開發(fā)風電場間通信協(xié)議及數(shù)據(jù)可視化展示平臺，實現(xiàn)風電場信息的無縫集成等。通過智能控制技術、先進傳感技術以及高速數(shù)據(jù)傳輸技術的深度融合，綜合分析風電機組運行狀態(tài)及工況條件，對機組運行參數(shù)進行實時調(diào)整，確保風電設備的高效、高可靠性運行。

運用大數(shù)據(jù)開展風電機組故障智能診斷和預警。風電運行維護與信息技術的深入融合包括建立包含風電場群運行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、電網(wǎng)信息、風電設備運行信息的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，通過多風電場群協(xié)同控制和綜合分析，加強風電機組智能控制和發(fā)電功率優(yōu)化。當前在役風電場均配有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)，具備多年運行積累的歷史數(shù)據(jù);為監(jiān)測風電機組振動狀態(tài)，新增風電機組都配有振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(CMS)，基于大數(shù)據(jù)技術開展風電狀態(tài)監(jiān)控及智能預警技術，開展風電機組狀態(tài)預測與故障診斷。運用大數(shù)據(jù)對風電機組進行健康狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、壽命評估及自動化處置已經(jīng)成為世界主要風電廠商都在積極投入的技術方向。

風電分散式應用及柔性并網(wǎng)技術廣泛推廣應用。歐美國家在風電的分散式應用和柔性并網(wǎng)技術日趨成熟，分散式接入和微網(wǎng)應用正成為日益發(fā)展的趨勢，其技術方向和適用性非常值得我國參考，尤其是對分散式接入電源的故障穿越、頻率支持和孤島保護等先進技術。此外，風電電源和傳統(tǒng)電源、儲能、負荷、其它新能源、充電樁和智能配電保護系統(tǒng)等都會產(chǎn)生更多元和深入的互動，在運行控制、信息交互和安全方面必將有廣闊的技術發(fā)展空間。

我國風電產(chǎn)業(yè)與國外風電技術之間的差距

風電機組關鍵技術與核心零部件受制于國外。我國風電機組部件仍存在部分“卡脖子”技術，存在斷供風險，主要包括：一是變頻器和變槳系統(tǒng)中使用的IGBT/IGCT半導體功率器件及核心控制芯片，主要被英飛凌(德國)、三菱(日本)、賽米控(德國)壟斷。二是用于大型風電機組的主軸軸承、齒輪箱和發(fā)電機中的高速軸軸承，主要被SKF(瑞典)、FAG(德國)、NSK(日本)等進口品牌壟斷。三是用于設計研發(fā)類的工程分析軟件，被歐美長期壟斷，還有一些短板技術與發(fā)達國家存在一定差距，主要包括風電機組主控以及認證測試系統(tǒng)用的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，葉片的雙軸疲勞測試設備以及自動化輔助生產(chǎn)設備。

風電場智能化建設及試驗測試技術落后于西方國家。首先是數(shù)字化風電技術。國外在自適應控制、風電場場群的尾流控制、數(shù)字化雙胞胎等方面處于示范應用階段。國內(nèi)智能故障診斷預警尚沒有整套評估體系及成熟定量分析方法，陸上風電運維在精細化和信息化方面與國外存在差距，海上運維經(jīng)驗缺乏，數(shù)字化與信息化亟待完善。其次是試驗測試技術。公共試驗系統(tǒng)技術研究落后于先進國家，尚沒有全尺度地面?zhèn)鲃渔湝y試系統(tǒng)以及海上風電測試技術實證基地，未掌握相關測試技術，海上風電檢測能力尚未系統(tǒng)形成，國外已具備完善的公共試驗檢測能力。

超高塔架及深海施工建設技術與西方存在差距。首先，在施工建設技術領域，我國超高塔架技術處于起步階段，這方面需要結合我國市場需求及自然環(huán)境，提高線路設計與道路設計方案、地物識別算法，現(xiàn)場經(jīng)驗識別、運輸狀態(tài)數(shù)字監(jiān)控與現(xiàn)場施工計劃于一體的三維可視化施工過程管理。海上施工技術需要建立海上載荷閉環(huán)設計技術;實現(xiàn)海上環(huán)境-支撐結構-機組的共平臺整體迭代技術;支撐10MW及以上大型海上機組的施工及運維技術。此外，國外近海風電已規(guī)模化開發(fā)，遠海漂浮式風電示范運行，國內(nèi)大功率海上漂浮式支撐結構技術差距較大。

江蘇打造風電產(chǎn)業(yè)鏈的方向及對策

推動智能化、信息化、標準化在風電建設中的運用。成立運用大數(shù)據(jù)開展風電機組故障智能診斷和預警示范企業(yè)，開展風電設備及運營體系標準化建設，提升江蘇在風電產(chǎn)業(yè)標準化建設中的示范和引領作用。推動開發(fā)大功率、超高塔技術，提供平價市場有競爭力的超高塔(160米以上)解決方案，助力開發(fā)超高空風資源市場，支撐整機在高切變市場保持塔架高度及成本的領先性。開展塔架凈空遠程監(jiān)控技術和遠海風電運營大數(shù)據(jù)應用示范。

集中攻克面向深遠海的超大型風電機組及關鍵技術。集中力量攻克國內(nèi)大功率海上漂浮式支撐結構技術，重點突破100米及以上大型葉片的輕量化與先進氣動設計制造技術;重點突破10MW及以上海上風電機組安裝運維技術;海上環(huán)境-支撐結構-機組的共平臺整體迭代優(yōu)化及10MW以上大型海上機組的施工及運維技術;推進大功率陸上風電機組及關鍵部件綠色制造技術研發(fā)。重點研究海上風電場建設選址技術，提出適合江蘇遠海深水區(qū)風資源條件的風電機組優(yōu)化布置方法。

建立大功率風電機組全尺度地面?zhèn)鲃渔溤囼灮?。建議以行業(yè)龍頭企業(yè)為核心，建立集機械、電氣、環(huán)境、并網(wǎng)、仿真為一體的大型風電機組全尺寸整機傳動實驗基地，建立基于深遠海的應用場景來開展超大型風電機組研制及測試基地。用以測試機組的主軸承系、齒輪箱、發(fā)電機、機艙、變流、并網(wǎng)、主控等子系統(tǒng)性能。開展大型風電機組實驗技術研究、設計驗證、可靠性評估、故障模擬診斷、新技術實驗驗證等研究方向，突破風電機組機電傳動實驗規(guī)范和評估標準。

組建風電產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟，有針對性開展關鍵技術攻關。江蘇省風電產(chǎn)業(yè)關聯(lián)企業(yè)已達150余家，組建以風電核心企業(yè)為龍頭，風電關聯(lián)企業(yè)為主體，產(chǎn)、學、研一體化的技術創(chuàng)新聯(lián)盟。聯(lián)盟瞄準風電產(chǎn)業(yè)領域國際先進水平，組織風電行業(yè)專家與聯(lián)盟企業(yè)，開展風電產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究、高端技術研究、關鍵設備開發(fā)，引導企業(yè)通過技術的創(chuàng)新、機制的創(chuàng)新、管理的創(chuàng)新以及資源配置的創(chuàng)新，提升江蘇風電產(chǎn)業(yè)鏈層級，打造風電產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

(作者分別為江蘇省社會科學院經(jīng)濟研究所所長、研究員，江蘇省風電產(chǎn)業(yè)鏈專班成員;中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長)