風力發(fā)電機組。呂銘晟/攝

能源攸關(guān)國計民生和國家安全。黨的十八大以來，新能源和清潔能源發(fā)展被放在了更加突出的位置，以風力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的新能源產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展。截至今年9月底，我國風電累計裝機容量突破4億千瓦，是2000年的1170多倍，裝機總量連續(xù)13年穩(wěn)居世界第一。

目前，風電已成我國發(fā)電量占比排首的第一大新能源電源，經(jīng)濟優(yōu)勢越發(fā)凸顯。據(jù)國際可再生能源署統(tǒng)計，按現(xiàn)有匯率計算，中國2022年陸上風電平均成本為每千瓦0.154元，基本實現(xiàn)平價;海上風電平均成本為每千瓦0.329元，趨于平價。

大型化技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新

成本持續(xù)下降，離不開我國風電機組的持續(xù)創(chuàng)新和產(chǎn)品大型化迭代。在本世紀的20多年時間里，我國的各類科研計劃對風電機組大型化技術(shù)給予資助，涵蓋兆瓦級到20兆瓦級功率等級，包括國家“863”計劃項目“1.5兆瓦低風速風力發(fā)電機組關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和整機研制”、國家重點研發(fā)計劃項目“20兆瓦級海上新型風力發(fā)電實現(xiàn)機理及關(guān)鍵技術(shù)”等，其中一些項目的科技成果獲得了國家科技進步獎二等獎、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

這一系列的風電機組大型化技術(shù)創(chuàng)新，有力支撐了風機產(chǎn)品迭代發(fā)展。我國于本世紀初實現(xiàn)了600千瓦級風電機組的批量生產(chǎn)，國產(chǎn)兆瓦級風電機組于2006年開始批量生產(chǎn)。到2022年，陸上風電機組大型化引領(lǐng)全球，6兆瓦機組成為主流機型，10兆瓦陸上機組下線。海上風電機組迭代速度則更快，10兆瓦機組成為主流機型，16兆瓦機組也于2023年裝機并網(wǎng)。

風電降本的有效路徑

為何風電機組大型化是風電降本的有效路徑?一方面，風電機組大型化可以攤薄非設(shè)備成本。例如，將1吉瓦項目所需的100臺10兆瓦風機升級為72臺14兆瓦風機，可減少28個塔筒、塔樁的基建成本，進而對線路、塔架等的投入產(chǎn)生影響，推動整體配套、運維成本下降。數(shù)據(jù)顯示，在1吉瓦海上風電場安裝14兆瓦風機比10兆瓦風機節(jié)約超7億元成本。另一方面，單機容量的提升意味著更大的掃風面積和更高的輪轂高度，切入風速更低，在同一地理位置可以捕獲更多風能，提升風機利用小時數(shù)，增加有效發(fā)電量，最終降低度電成本。

風電機組大型化降本也有著清晰的路徑，內(nèi)生動力強勁。面向未來，風電機組容量將向20兆瓦、25兆瓦等大型化邁進，首要任務是風電機組大型化模式變革創(chuàng)新。現(xiàn)階段風機大型化模式單一，均是沿著兆瓦級風機的技術(shù)路線進行放大，在增大容量、加長葉片和增高塔架方面進行創(chuàng)新。未來在20兆瓦、25兆瓦風機的研發(fā)上，若繼續(xù)采取老方法將無法滿足更大單機容量、更低度電成本的要求，需在風機結(jié)構(gòu)形式和新型材料應用等方面進行底層革新，促進大型化發(fā)展模式全面變革，助推雙機頭風機、多葉輪風電系統(tǒng)等新技術(shù)的涌現(xiàn)和快速發(fā)展。

完善配套服務鏈與保障質(zhì)量

要實現(xiàn)風電全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，完善配套服務鏈尤為重要。風電大型化加速發(fā)展，相應的運輸、安裝、施工等產(chǎn)業(yè)鏈條配套也要跟上。例如，海上風電需海上施工、海上船舶等行業(yè)的支持，匹配海上風電大型化發(fā)展速度。研究機構(gòu)統(tǒng)計，截至2022年底，我國現(xiàn)役海上風電安裝船僅有1艘具備15兆瓦風電機組吊裝的能力、2艘可以滿足10兆瓦以上風電機組安裝需求;在建安裝船以及駁船中，能夠安裝15兆瓦至16兆瓦風電機組的僅有5艘。

風電機組的大型化快速迭代，更要注重保障產(chǎn)品質(zhì)量。與國外行業(yè)龍頭產(chǎn)品的迭代速度相比，我國的風電機組迭代速度快了1倍以上，僅2022年我國風電企業(yè)就推出220余款新機型。風機迭代促使供應鏈不斷被淘汰與更新，但新研發(fā)的大兆瓦風機缺少足夠的測試，在得到充分驗證之前就批量交付應用，可能存在一定的風機質(zhì)量風險。因此，需關(guān)注大型化機組的可靠運行能力，給技術(shù)創(chuàng)新更多的驗證時間，做好大部件的設(shè)計和試驗，同時全面保障整機的工程試驗驗證，只有產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)達優(yōu)，機組的大型化變革才能真正推動全行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

(作者系海上風力發(fā)電裝備與風能高效利用全國重點實驗室主任、湖南大學教授，本報記者王昊昊整理)