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提高风电技术装备水平 推动风电规模化发展

更新时间:2011-10-08

当前,能源使用带来的环境问题已经为民众深刻认识,大气中二氧化碳浓度升高已经及将要带来的全球气候变化,已成为国际社会和各国政府面临的重要课题。以风能为代表的绿色新能源日益受到国家和企业的重视。

  我国风能资源丰富,其中陆上风能储量超划过20亿千瓦。同时,由于我国海洋面积辽阔,海上风能能资源潜力也非常大。“十一五”以来,国家将风电作为改善能源结构、应对气候变化、解决能源安全问题的重要举措之一,《可再生能源法》的实施,《可再生能源中长期发展规》、《促进风电产业发展实施意见》等一系列重要政策的出台,对风电产业发展给予了有力支持,风电设备制造能力大幅提升,国内风电产业逐步走上快车道。

  有数据显示,我国风电累计装机容量连续6年实现翻番增长,风电市场保持迅速增长的态势。2009年风电发电量达255亿千瓦时,相当于替代标准煤900万吨,近期,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中针对新能源产业提出要“提高风电技术装备水平,有序推进风电规模化发展”。国家出台的一系列扶持风电产业发展的政策措施,明确了产业政策导向,为风电产业的快速发展创造了有利条件。

  风电设备发展现状
  伴随国内风电行业的快速发展,我国已经形成种类齐全、分工明确、产品丰富的完整风电设备产业链。产业链的上游是风力风电设备的零部件及配件,主要包括齿轮箱、发电机、变流器、偏航系统、变桨系统、叶片、轮毂、塔架和主轴等;中游为风力发电设备整机制造企业;下游是各级发电企业。

  根据叶轮驱动发电机的工作方式,风电主机分为:①双馈式,即叶轮轮毂通过多级齿轮增速箱驱动发电机;②直驱式,由叶轮直接驱动多极同步发电机;③半直驱式,由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机,是前两者的混合体。目前国内应用最广泛的风电主机为双馈式和直驱式,其主要区别如下:

  据业内分析,双馈式机组发展较早,运行经验丰富,在3兆瓦以下具有较好的装机成本优势,市场份额长期保持稳定,而直驱式机组可靠性高,运行维护简单。一般来讲,风电机组往往安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处,受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风冲击,自然条件十分恶劣,风电机组的可靠性和稳定性尤为重要。而无论双馈式、直驱式机组,还是半直驱式机组,均以机械形式运转,机械件之间频繁摩擦,易耗性较大,风电润滑液压冷却设备(包括润滑设备、液压设备和冷却设备)在保证风电主机正常运转中具有十分重要的意义。例如,双馈式机组必须配置齿轮箱(又称“增速箱),齿轮箱与传动轴相连或合为一体,可靠性和使用寿命要求较高。风电齿轮箱的润滑、冷却系统对齿轮箱的正常工作至关重要,兆瓦级齿轮箱必须配备可靠的强制润滑系统,对齿轮啮合区、轴承等进行压力润滑。冷却系统主要控制和保证齿轮箱的正常工作油温。除此以外,对于直驱式机组,即便没有配置齿轮箱,发电机、变压器、偏航系统、变桨系统等关键零部件仍然需要配置润滑液压冷却系统,才能保证风电主机的正常运行。

  严格控制低水平扩展 引导风电行业健康发展
  2009年9月26日,国务院颁布《国务院批转发展改革委等部门关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展若干意见》(国发<2009>38 号,以下简称“38 号文”),其目的在于抑制风电设备行业的产能过剩、重复引进和重复建设现象。目前,我国风电机组整机制造企业超过80 家,还有许多企业准备进入风电装备制造业。针对目前我国具有自主知识产权并切合我国实际的风电整机设计、制造企业很少的局面,我国政府出台“38 号文”的目标是规范风电行业的发展,引导风电设备制造企业掌握核心技术,推动风电装备制造企业的升级。“38 号文”的实施,将导致风电行业内不掌握核心技术、不具备竞争优势的企业淘汰出局。

  同时,“38 号文”严格控制风电设备制造业产能的低水平扩张,风电低端产能将被抑制,鼓励风电产品和技术升级,鼓励风电技术路线和海上风电技术研究,重点支持自主研发2.5MW及以上风电整机和关键零部件及产业化示范,加强风电设备制造业招投标管理、维护市场秩序,加快风电设备制造业标准检测认证和公司技术体系建设,加强风电设备制造业自主化工作,鼓励优势企业做大做强。积极推进风电装备产业大型化、国际化、培育具有国际竞争力的风电装备制造业。

  而从现阶段风电行业的现状看,风电设备制造业的产能过剩仅仅是相对过剩,相比其他行业过剩而言具备行业的自身特性。由于我国风电行业起步较晚,风电设备的市场竞争是简单初级竞争,尚未发展到充分竞争状态,更谈不上过度竞争,风电设备尤其是风电关键零部件产能供应有较大缺口。与风电整机相比,风电零部件所面临的问题不是产能过剩,恰恰是零部件产业发展明显跟不上风电整机发展的速度,许多进口关键零部件急需同类国内产品替代,即物美价廉,也能提供更好的售后服务和维修。因此,我国风电零部件企业需要加大研发和市场化开发力度,在保证品质的前提下,替代进口产品,树立有影响力的国内优秀零部件品牌形象。

  2010年10月,国务院针颁布国发<2010>32号文《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,明确提出到2015年,战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到8%左右,到2020 年,力争达到15%左右。其中在新能源产业方面,提高风电技术装备水平,有序推进风电规模化发展,加快适应新能源发展的智能电网及运行体系建设。2011年3 月,国务院颁布《“十二五”规划纲要》提出要大力发展节能环保、高端装备制造、新能源等战略性新兴产业,新能源产业要重点发展光伏光热发电、风电技术装备、智能电网等,并明确提出非化石能源占一次能源消费比重至11.4%的约束性指标。

  因此,从长期来看,我国将继续鼓励大力发展新能源产业,风电行业仍具有很大的发展空间和市场前景。

  标准化、系列化、规范化将是我国风电行业发展方向

  行业经验表明,标准化、系列化和规范化生产是风电设备制造业走向成熟高效的必由之路。风电发展起源于欧洲,欧洲发达国家风电行业发展和技术研发居于全球领先水平。20世纪90年代,在兆瓦级风电机组规模开发阶段,欧洲风能协会组织制定相关风机标准,协调各类风机设备制造商,在技术创新的同时推行相对稳定的机型,避免机型混乱,标准不一,大力制定并推广零部件的通用性和互换性,极大地提高了风机的可靠性和稳定性,有效降低了发电成本。与此同时,国际领先企业大多推出系列化产品,如丹麦Vestas 公司拥有全球最完整的、单机容量从850千瓦到3兆瓦的商业化系列风电机组。全球风能理事会(GWEC)研究表明,风电制造成本的下降,40%依赖于技术进步,而 60%将依赖于规模化发展。例如,Vestas 生产的新型3兆瓦风机,采用新型材料和翼型,风机容量较2兆瓦提高了50%,自身重量略有下降。

  当前,我国风电设备多数是引进欧洲技术,并按照欧洲标准制造,但是我国气候、地理、环境等条件与欧洲不同,因此风电设备在实际运行过程中出现了“水土不服”带来的质量问题。

  因此,国内风电设备制造企业必须在加快掌握核心技术的基础上,对我国具体的风能资源和气候条件进行分析,对相关的标准和设计参数进行修正和完善,进行自主创新和适应性开发,开发出适合我国国情的低温型、抗台风、适应不同风区的各类机型。目前,东方电气和华锐风电等部分风电整机制造企业已在引进国外成熟机组技术的基础上,主要针对北方地区低温问题经局部改造开发投运了一批低温型风电机组。

  目前我国风电设备制造业已经起步,将在近期研制并向市场投放大批新型风电机组产品,但整个产业体系仍然处于混乱、低效发展阶段,亟待推动标准化、系列化和规范化生产,规范技术路线、整机和零部件产品线,提高产业发展效率和经济效益。而且,我国风电发展处于初期阶段,具有进行风机标准化、系列化和规范化工作的条件,应在进行充分研究论证的基础上,吸收国际经验,尽快研究制定实施国内风电设备标准化、系列化政策,统一机型标准,实现风电装备的标准化和规模化生产,促进在一定期限内相对稳定投入市场的机型类型和容量水平,从而达到提高产业投入产出效率、降低投资和发电成本的目标。

  提升装备制造整体水平 突破风电行业产业化发展瓶颈
  近年来我国风电行业快速发展,风电装机容量持续增长,风电并网、关键零部件可靠性成为制约国内风电行业发展的两大瓶颈,其中风电并网问题日益凸显。目前我国风电行业采取“大规模、高集中”的开发模式和“大容量、高电压、远距离”的输送方式,客观上要求风电与其他电源、电网统一规划,才能实现风电的规模化开发和有效利用。按照国家鼓励可再生能源发展的相关政策,电网企业必需接纳并全额收购可再生能源发电量。由于我国风能资源丰富地区主要分布在三北(华北、西北和东北地区)和东南沿海等偏远地区,大多数风电场建于电网建设相对薄弱地区,电网容纳风电能力相对不足。同时,风电受自然条件影响,相比火力发电而言,输出电力不够稳定,电网企业接受风电缺乏积极性,必须改变电网建设滞后这一不利影响。

  国家电网公司于2011年4 月15 日发布《促进风电发展白皮书》,预计到2015年,我国风电消纳规模将超过9000万千瓦,到2020年将达到1.5亿千瓦以上。该白皮书明确表示国家电网公司通过加强跨区电网建设、构建“华东、华北、华南”电网,大幅提高风电消纳能力,大大改善制约风电发展的并网问题。同时,国家发改委等部门正在研究以“风电非并网”为核心的解决方案,即风电输出终端负荷不再是电网,而是直接应用于某些特殊的工业生产,可以降低发电设备投资(非并网设备成本为并网的60%左右),减轻风电并网对电网系统的冲击。目前,相关工业化实验正在长三角地区进行并争取全国推广。

  同时,2010 年10 月27 日,工业和信息化部发布《机械基础零部件产业振兴实施方案》,推动机械基础零部件产业结构优化升级,提升装备制造业整体水平。该规划明确指出,重点突破1.5兆瓦以上风电发电机增速器轴承、发电机轴承和主轴轴承、齿轮传动装置,偏航变桨用液压伺服系统与密封系统等风电关键基础零部件,以满足风电行业发展需求。

  因此,未来几年制约风电规模化发展瓶颈的主要问题将得以有效解决,风电行业将面临更好的发展机遇。