海上風能資源比陸地豐富而且穩(wěn)定，風機發(fā)電時間長，風電場既不占用寶貴的土地資源，又靠近電力負荷中心，還遠離居民生活區(qū)。在陸上風資源行將枯竭、開發(fā)受限的今天，這幅遠景藍圖寄托了渴望綠色能源的地球人的無限期待。但是，如果我們翻一翻海上風電的最新成績單就會發(fā)現，現實與期望值相去甚遠！據彭博社新能源財經發(fā)布消息稱，至2015年底，全球海上風電裝機累計1100萬千瓦，而穩(wěn)居全球風電裝機榜首的中國僅100萬千瓦，不及陸上風電的1%。如此說來，海上風電只是看上去很美，骨子里滿是“櫻桃好吃樹難栽”的無奈！
　　有痛點就得找痛的原因。海上風電之所以“圍觀者眾，上門踢館者寡”，業(yè)界比較一致的觀點是，海上風電開發(fā)成本比陸上高出2-3倍！有人天真地認為，如果政府把海上風電的上網電價相應地提高2-3倍，問題就有解了?？墒菗P者的觀察，政府（至少我國是這樣）不但沒有這樣的政策設計，相反，一幅去理想化的圖景擺在業(yè)者面前：國家《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》明確指出，要逐步退出風電補貼政策，十三五末也就是到2020年，風電上網電價要與火電齊平。開發(fā)海上風電的大幕還沒有完全展開，收場的鼓點聲卻在隱隱傳來。試問，海上風電有理由做到例外嗎？如果沒有，業(yè)界將如何因應？
　　有“開發(fā)成本高”這只攔路虎在眼前，我們就不必再找其它的原因了，盡管影響海上風電的因素還有很多。問題再回到痛點：海上風電有解決方案嗎？筆者的回答是肯定的，這就是創(chuàng)新與突破！海上風電開發(fā)要在技術路線與商業(yè)模式等方面開拓創(chuàng)新，大膽突破，集約化大規(guī)模高效開發(fā)海上風電，大幅度降低開發(fā)成本，徹底擺脫政策依賴，重新回到以市場為主導的良性發(fā)展軌道。
　　第一，技術路線上尋求突破
　　通過多年對風力發(fā)電技術的研究，筆者認為傳統(tǒng)主流三葉片水平軸風力發(fā)電機從結構到設計理念都存在缺陷。首先，風機功率受制于葉片長度。由于受葉片材料的制約，葉片長度目前已經接近極限，例如8MW的風機葉片長度已超過80米。如果要繼續(xù)增加單機功率，勢必要繼續(xù)增加葉片長度，而這在短時間內是不可能有重大突破的。其次，水平軸三葉片風機的結構設計不合理。懸臂結構的超長葉片因為要保持其足夠的強度與剛度，其根部設計成有一定長度的大直徑圓柱體，葉片梢部尖薄又顯剛性不足。這兩部分的氣動外形不符合空氣動力學原理，導致葉片的最佳工作長度不足葉片全長的70%，風機的整體性能與效率大大降低。再次，風機設計理念的束縛。三葉片水平軸風機是在以往各類風機模型基礎上提煉出來的最佳機型，特別適用于風機高度在200米左右的空間，這一理念已經深入人心，主流設計人員視其為圭臬、正統(tǒng)，其它技術方案很難進入其視野。但實踐證明，要大幅度提高風機的單機功率，三葉片懸臂結構僅從其葉片技術角度看已經沒有可能。因此，在設計理念上應當有新的思考與突破，不能墨守成規(guī)。
　　有鑒于此，筆者大膽突破傳統(tǒng)技術路線，研究設計了一款100MW超大型風力發(fā)電機組，為實現海上風電的高效規(guī)模開發(fā)（當然也適合陸上風電場）提供技術儲備。該機組采用直徑600米的雙掠面多葉片拉索式風輪，風輪掃掠面積28萬m2，空間桁架結構的鋼管混凝土塔架高度達320米，風輪最高點超過620米。等弦長、變槳距、多葉片設計，可以克服傳統(tǒng)三葉片的不利氣動影響。發(fā)電機則采用技術成熟的電勵磁同步電機，與風輪葉尖氣動調速，變槳距調速，偏航調速，外置同軸永磁電機調速，共同組成發(fā)電機功率調節(jié)系統(tǒng)，可以確保發(fā)電機處于恒速恒頻工作狀態(tài)。此外，重達數千噸的風輪旋轉時可儲存足夠的動能，一定程度上能夠克服由于風速或外部電網的某些瞬時變化帶來的電壓波動，有利于提高電能品質。
　　以上技術創(chuàng)新成果部分反映在筆者所擁有的國家授權專利《超大型風力發(fā)電機組》、《雙掠面多葉片拉索式風力渦輪》中。至于技術認證，可以從基礎、塔架、風輪系統(tǒng)、傳動變速系統(tǒng)、發(fā)配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)分步實施，以求得整體方案的可行性，盡早進入商業(yè)化操作。
　　100MW超大型風力發(fā)電機組的優(yōu)勢十分明顯。第一，由于機組功率巨大，一臺機組相當于傳統(tǒng)風電場全部機組的總和，因而極大地節(jié)約了風電場的土地資源。無論在陸地還是海上，一個風電場只需要安裝一臺機組，占地面積（占用海域）不超過3000M2，單機間距將大于5000米，這與傳統(tǒng)風電場動輒幾十平方公里的占地需求，完全不可同日而語！從某種意義上說，是把傳統(tǒng)風電場由“片”變?yōu)?ldquo;點”，這對海上風電場而言意義尤其巨大。在中國沿海，常年活躍著幾十萬艘各類船只，傳統(tǒng)風電場的單機密度過大，勢必影響航行、漁業(yè)乃至國防設施的安全，風電場本身也存在諸多安全隱患。此外，這種稀疏分布又遠離海岸線的“點式”風電場，從安裝到正常運維，能最大限度地減少對海洋環(huán)境的擾動，符合綠色環(huán)保發(fā)展理念。
　　第二，從理論上推測
　　100MW超大型風力發(fā)電機組的效率要高于由小功率風機組成的傳統(tǒng)風電場（有待實踐檢驗）。首先從年發(fā)電時間看，根據測算，海上風機年發(fā)電時間可按5000小時左右計，例如廣東珠海桂山海上風電場按年發(fā)電時間4900小時計算，歐洲一般按4500-5000小時計。筆者估算，100MW超大型風力發(fā)電機組年發(fā)電時間應在6000小時以上。理由之一是，該機組塔架高度320米，風輪最高點620米，而風速與其平穩(wěn)性在垂直高度上呈指數遞增，這意味著風輪可以吸收更大更穩(wěn)定的風能。實際上如此龐大的風輪，如果沒有諸如故障檢修等特殊原因，一般不會啟動停機模式。
　　其次從風輪的工作模式看，由于傳統(tǒng)風電場大多由小功率風機群組成，塔影效應與尾流效應十分顯著，加上如前所述葉片根部與梢部的不利氣動影響，將會降低風電場的發(fā)電效率。100MW超大型風機雖然也存在塔架以及拉索的所謂塔影效應，但由于風輪直徑巨大，塔影效應從輪轂中心逐漸向葉尖遞減。此外，風輪葉片的氣動外形在徑向上全程符合空氣動力學原理，使得流經前掃掠面的風速風向基本不受影響，而且經過前掃掠面做功的風速經過后掃掠面時再次做功，風輪可最大限度的吸收風能，顯然比小功率機群的整體效果要好。
　　第三，商業(yè)模式上尋求創(chuàng)新
　　全球風電產業(yè)發(fā)展到今天，已經形成了完整的產業(yè)鏈，主要有零部件供應、 整機制造和風電場開發(fā)等 3個環(huán)節(jié)。近年來由于市場競爭的白熱化，行業(yè)內部發(fā)生許多新的變化，其中最明顯的莫過于風電開發(fā)商已逐漸成為產業(yè)的主導。為適應這種變化，一些上游風電整機商開始把業(yè)務向下游延伸，如我國風電龍頭企業(yè)金風科技、遠景能源、明陽風電等，都已經開始或者準備試水風電場開發(fā)。
　　筆者對現階段行業(yè)趨勢做過認真研判，認為這一發(fā)展趨勢符合風電行業(yè)本身特性。風電整機技術集成度高，出質保期的維護量較大，風電開發(fā)商對整機商的要求越來越高，導致整機商與開發(fā)商的利潤空間都受到擠壓。但從外部看，風電整機商與風電開發(fā)商更像一個整體，他們共同為電網提供電力產品。筆者認為與其人為地分割一個有機整體，還不如一體化經營這個整體，可以更有效地整合各自的優(yōu)勢資源，因此提出“風電一體化規(guī)模開發(fā)”的新模式。
　　所謂一體化，就是貫通風電產業(yè)的上下游環(huán)節(jié)，集產品研發(fā)、設計、制造、安裝、發(fā)電、運營維護于一身，最終向用戶提供優(yōu)質電力產品，從中獲得穩(wěn)定收益。這種商業(yè)模式不是傳統(tǒng)意義上的“貪大求全”，更不是要集成全產業(yè)鏈上的實體。它只是在形式上打通上下游環(huán)節(jié)，企業(yè)只做核心和關鍵部分，如產品的研發(fā)設計，關鍵零部件的加工制造，風電機組的運營維護等，凡涉及低端或傳統(tǒng)加工業(yè)務應當全部外包。
　　與傳統(tǒng)商業(yè)模式相比，新模式實質上改變了企業(yè)的產品屬性與盈利模式，由原來向下游市場供應風電整機或運維服務，變?yōu)橹苯酉蛱囟ㄓ脩籼峁╇娏Ξa品。由于電力產品的特殊性，企業(yè)可以減少產品營銷這個重要環(huán)節(jié)的大量投入，把有限資源集中在如何提供優(yōu)質電力產品上。新模式無疑會增強企業(yè)盈利的可持續(xù)性，可以說在風電機組的全生命周期內，每年都能從電網獲得穩(wěn)定的收益，從而大大弱化了企業(yè)的經營風險。
　　新模式的不足之處是，企業(yè)運營要有強大的資金流做支撐，否則發(fā)展速度和規(guī)模都會受到制約。為了克服此類短板，企業(yè)在融資渠道和方式上同樣要有創(chuàng)新和突破，在風險可控的情況下，合理利用財務杠桿，在國家退出風電補貼政策之前，把企業(yè)做大到一個適當的規(guī)模，為后續(xù)的擴張發(fā)展奠定堅實的基礎。
　　那么，以100MW超大型風電機組為主導產品，采取這種創(chuàng)新的商業(yè)模式是否真的切實可行呢？答案可以從成本和效益分析上找到。首先從成本結構上分析。據筆者初步核算，100MW超大型風電機組的總造價在12億元人民幣以內，其中基礎2億元，塔架2億元，機艙及其內部傳動和發(fā)電設備等3億元，風輪2億元，控制系統(tǒng)1億元，海底電纜等輸變電設備1億元，不可預見費1億元。單位千瓦造價約合1.2萬元/KW，只相當于現在已建成的我國海上風電場造價的60%，價格優(yōu)勢十分明顯。此外，在機組的全生命周期內，由于維護作業(yè)點少，智能化自動化程度高，運維成本應當比傳統(tǒng)風電場更低。
　　再從經濟效益角度分析，如果按國家規(guī)定的海上風電上網電價0.85元/KW計算，單臺機組年發(fā)電6000小時，則年發(fā)電量6億千瓦時，年營收可達5.1億元。即使今后上網電價與火電看齊，按南方電網火電上網均價0.42元/KW計算，單臺機組年營收仍可達2-3億元，收益率遠比傳統(tǒng)風電機組要高。從中還可以得出結論，單機年發(fā)電量所得收益，高于銷售一臺風電整機的一次性收益。以我國風電龍頭企業(yè)金風科技2015年年報作參考，該公司以全年裝機780萬千瓦居全球首位，年凈利潤34億元，凈利潤率4360萬元/10萬千瓦。考察我國年裝機100萬千瓦以上的風電企業(yè)，凈利潤率大致如此。兩相對比，兩種商業(yè)模式的盈利能力一目了然。當然，后者的資金占用規(guī)模比新模式要小，但是100MW超大型風電機組在25年的生命周期內，可以創(chuàng)造超過50億元的營收，收益穩(wěn)定性與持久性亦不可小覷。
　　以上分析可見，以100MW超大型風電機組為主導產品，采取一體化大規(guī)模開發(fā)風電的新模式，就是一個完美的海上風電整體解決方案。傳統(tǒng)主流風電機組如果沒有新的技術或商業(yè)模式的重大突破，將很難與之抗衡。
　　今日長纓在手，何時縛住蒼龍？筆者期待與業(yè)界有識之士攜手合作，共創(chuàng)雙嬴！
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