中國儲能網訊：隨著《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的下發(fā)，國內海上風電迎來新的發(fā)展機遇?！兑?guī)劃》明確提出，要積極穩(wěn)妥推進海上風電建設，到2020年，全國海上風電開工建設規(guī)模達到1000萬千瓦，力爭累計并網容量達到500萬千瓦以上。海上風電正在全面啟動中。
不過，對于開發(fā)商而言，哪種風機機型最適合中國的海上風電，實現度電成本最優(yōu)，似乎目前尚無定論。作為中國風電行業(yè)的“國家隊”，海裝多年以來在行業(yè)里秉承著這樣的觀點——提高單位千瓦掃風面積是提升風電經濟性最直接的手段。海裝最近幾年持續(xù)開發(fā)102-2MW、111-2MW、12X-2MW、151-5MW、171-5MW的理論基礎也在于此。
筆者作為從事海上風電設計開發(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電機型總體參數匹配思路。
1、 為什么中國海上風電需要年滿發(fā)利用小時數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。按照一般陸上風電項目要求的資本金收益率須高于10%的指標，陸上風電的營收平衡點是——年等效滿發(fā)利用小時數大約2000小時。
表1 行業(yè)平均投資收益參數對比參考
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陸上風電行業(yè)平均參考值 |
海上風電行業(yè)平均參考值 |
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單位千瓦動態(tài)投資 |
7500元 |
17000元 |
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風電標桿電價 |
0.57元（Ⅳ類地區(qū)） |
0.85元 |
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年等效滿發(fā)利用小時數 |
2000 |
3040 |
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投資回報系數 |
6.58 |
6.58 |
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電行業(yè)發(fā)展的角度，研制年等效滿發(fā)利用小時數超過3000的海上風電機組及相關技術，是整機企業(yè)唯一的發(fā)展方向，也是其必須承擔的行業(yè)責任。
2、 總體參數如何匹配才能提升滿發(fā)小時數？
對于風機機組總體設計而言，第一步就是風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，風輪直徑越大，從風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系，行業(yè)制定了一項術語——單位千瓦掃風面積，其計算公式為：單位千瓦掃風面積=（π×風輪直徑2/4）/額定功率。風輪直徑代表著發(fā)電量，額定功率代表著投資成本，單位千瓦掃風面積意味著性價比。
從近幾年我國陸上風電的發(fā)展進程來看，在以高單位千瓦掃風面積為核心指標的低風速風電機組開發(fā)領域，我國整機企業(yè)引領了世界的潮流。以GE和VESTAS為代表的國際巨頭也放棄了傳統(tǒng)做法——在不改變機型結構的情況下，單純改進電氣傳動，增大額定輸出功率。而是跟隨國內行業(yè)的步伐，研制并推出新的高單位千瓦掃風面積風電機組。西門子也于近期安裝了一臺142-3.15MW測試機組，單位千瓦掃風面積為5.02（單位略，以下同）。據悉該機型在年平均風速6m/s時，年等效滿發(fā)利用小時數約為3175。
國內外風電行業(yè)十年的發(fā)展歷程可以證明，提高單位千瓦掃風面積是提升滿發(fā)小時數最直接有效的手段。
3、 匹配到什么程度才能實現滿發(fā)小時數達到3000？
圖1 典型三類風區(qū)風輪直徑與額定功率匹配趨勢圖
這是2016年10月19日北京風能大會上海裝風電演講PPT中的一頁。從風電行業(yè)傳統(tǒng)總體參數匹配的歷史數據來看，Ⅲ類風機原型機單位千瓦掃風面積基本都在3.5左右，陸上風電典型代表82-1.5MW為3.52，93-2MW為3.4，海上風電典型代表136-4.2MW為3.46，151-MW為3.58。隨著市場需求的增加和技術的進步，單位千瓦掃風面積提高到4.5左右。陸上風電典型代表93-1.5MW為4.53，111-2MW為4.84。
近兩年陸上風電提升技術持續(xù)發(fā)展，12X-2MW的單位千瓦掃風面積已接近6。而海上風電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。
表2典型單位千瓦掃風面積機型在典型風況下設計理論年滿發(fā)小時數對比
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典型單位千瓦掃風面積均值 |
3.5 |
4.5 |
5.5 |
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設計理論年滿發(fā)利用小時數 |
年平均風速7.5m/s |
2600 |
3200 |
3800 |
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年平均風速6.5m/s |
2100 |
2500 |
3000 |
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年平均風速5.5m/s |
1500 |
2000 |
2400 |
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如上表所示，對于年平均風速低于7.5m/s的長江口以北的海上風電場，單位千瓦掃風面積3.5左右機組，設計理論年滿發(fā)小時數大約為2600。要達到3000小時的目標，需要單位千瓦掃風面積4.5以上的機型才能有所保障，目前僅有171-5MW等少數機型能夠達到這一目標。
后記
目前有意愿參與海上風電的企業(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)集成匹配技術為核心的整機企業(yè)而言，不能坐等萬事俱備，應通過技術創(chuàng)新和突破，努力通過市場手段，帶領和促進我國風電行業(yè)配套和工業(yè)基礎的進步，看齊國際一流水平，實現中國創(chuàng)造。
注： 本文僅從定性角度，原理性闡述風輪直徑與額定功率總體參數匹配，同經濟性之間的關系。實際上海上風電經濟性還涉及，節(jié)約用海、工程配套、系統(tǒng)可靠性、運維、供應鏈等諸多方面的內容，本文不做展開描述。
作者：供職中船重工（重慶）海裝風電風電設備有限公司
