海上風(fēng)電機組發(fā)展方向：年等效滿發(fā)利用小時數(shù)超過3000

　　隨著《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的下發(fā)，國內(nèi)海上風(fēng)電迎來新的發(fā)展機遇。《規(guī)劃》明確提出，要積極穩(wěn)妥推進海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年，全國海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達到1000萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達到500萬千瓦以上。海上風(fēng)電正在全面啟動中。

　　不過，對于開發(fā)商而言，哪種風(fēng)機機型最適合中國的海上風(fēng)電，實現(xiàn)度電成本最優(yōu)，似乎目前尚無定論。海裝多年以來在行業(yè)里秉承著這樣的觀點——提高單位千瓦掃風(fēng)面積是提升風(fēng)電經(jīng)濟性最直接的手段。海裝最近幾年持續(xù)開發(fā)102-2MW、111-2MW、12X-2MW、151-5MW、171-5MW的理論基礎(chǔ)也在于此。

　　筆者作為從事海上風(fēng)電設(shè)計開發(fā)多年的一名從業(yè)者，在此拋磚引玉，探討一下中國海上風(fēng)電機型總體參數(shù)匹配思路。

　　1、 為什么中國海上風(fēng)電需要年滿發(fā)利用小時數(shù)3000以上的機型？

　　作為定性比較，本文僅通過平均單位千瓦動態(tài)投資和年發(fā)電收益之間的比值來確定一個投資回報系數(shù)。按照一般陸上風(fēng)電項目要求的資本金收益率須高于10%的指標(biāo)，陸上風(fēng)電的營收平衡點是——年等效滿發(fā)利用小時數(shù)大約2000小時。

　　由上表可以看出，為了保證項目的資本金收益率，如果海上風(fēng)電整體造價持續(xù)居高不下，從通過市場手段有效推動整個海上風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的角度，研制年等效滿發(fā)利用小時數(shù)超過3000的海上風(fēng)電機組及相關(guān)技術(shù)，是整機企業(yè)唯一的發(fā)展方向，也是其必須承擔(dān)的行業(yè)責(zé)任。

　　2、 總體參數(shù)如何匹配才能提升滿發(fā)小時數(shù)？

　　對于風(fēng)機機組總體設(shè)計而言，第一步就是風(fēng)輪直徑和額定功率的匹配。定性的來說，在目前葉片氣動性能、整機性能相差不大的情況下，風(fēng)輪直徑越大，從風(fēng)中吸收的能量也就越大，發(fā)電量也就越高。

　　為了直觀的反映兩者之間的關(guān)系，行業(yè)制定了一項術(shù)語——單位千瓦掃風(fēng)面積，其計算公式為：單位千瓦掃風(fēng)面積=（π×風(fēng)輪直徑2/4）/額定功率。風(fēng)輪直徑代表著發(fā)電量，額定功率代表著投資成本，單位千瓦掃風(fēng)面積意味著性價比。

　　從近幾年我國陸上風(fēng)電的發(fā)展進程來看，在以高單位千瓦掃風(fēng)面積為核心指標(biāo)的低風(fēng)速風(fēng)電機組開發(fā)領(lǐng)域，我國整機企業(yè)引領(lǐng)了世界的潮流。以GE和VESTAS為代表的國際巨頭也放棄了傳統(tǒng)做法——在不改變機型結(jié)構(gòu)的情況下，單純改進電氣傳動，增大額定輸出功率。而是跟隨國內(nèi)行業(yè)的步伐，研制并推出新的高單位千瓦掃風(fēng)面積風(fēng)電機組。西門子也于近期安裝了一臺142-3.15MW測試機組，單位千瓦掃風(fēng)面積為5.02（單位略，以下同）。據(jù)悉該機型在年平均風(fēng)速6m/s時，年等效滿發(fā)利用小時數(shù)約為3175。

　　國內(nèi)外風(fēng)電行業(yè)十年的發(fā)展歷程可以證明，提高單位千瓦掃風(fēng)面積是提升滿發(fā)小時數(shù)最直接有效的手段。

　　3、匹配到什么程度才能實現(xiàn)滿發(fā)小時數(shù)達到3000？

　　這是2016年10月19日北京風(fēng)能大會上海裝風(fēng)電演講PPT中的一頁。從風(fēng)電行業(yè)傳統(tǒng)總體參數(shù)匹配的歷史數(shù)據(jù)來看，Ⅲ類風(fēng)機原型機單位千瓦掃風(fēng)面積基本都在3.5左右，陸上風(fēng)電典型代表82-1.5MW為3.52，93-2MW為3.4，海上風(fēng)電典型代表136-4.2MW為3.46，151-MW為3.58。隨著市場需求的增加和技術(shù)的進步，單位千瓦掃風(fēng)面積提高到4.5左右。陸上風(fēng)電典型代表93-1.5MW為4.53，111-2MW為4.84。

　　近兩年陸上風(fēng)電提升技術(shù)持續(xù)發(fā)展，12X-2MW的單位千瓦掃風(fēng)面積已接近6。而海上風(fēng)電171-5MW尚在4.59的水平上，某篇文章所提到的最適合的145-4.5MW僅為3.67。

　　如上表所示，對于年平均風(fēng)速低于7.5m/s的長江口以北的海上風(fēng)電場，單位千瓦掃風(fēng)面積3.5左右機組，設(shè)計理論年滿發(fā)小時數(shù)大約為2600。要達到3000小時的目標(biāo)，需要單位千瓦掃風(fēng)面積4.5以上的機型才能有所保障，目前僅有171-5MW等少數(shù)機型能夠達到這一目標(biāo)。

　　后記

　　目前有意愿參與海上風(fēng)電的企業(yè)均是有愿景有實力的行業(yè)翹楚，大家都在從各方面推動行業(yè)進步。在目前破冰初顯的階段，筆者認為，作為以系統(tǒng)集成匹配技術(shù)為核心的整機企業(yè)而言，不能坐等萬事俱備，應(yīng)通過技術(shù)創(chuàng)新和突破，努力通過市場手段，帶領(lǐng)和促進我國風(fēng)電行業(yè)配套和工業(yè)基礎(chǔ)的進步，看齊國際一流水平，實現(xiàn)中國創(chuàng)造。 （文丨鄭杰　中船重工（重慶）海裝風(fēng)電風(fēng)電設(shè)備有限公司）