曾幾何時(shí)，2MW、3MW、4MW的風(fēng)電機(jī)組被視為行業(yè)的主流機(jī)型，轉(zhuǎn)眼間，大兆瓦風(fēng)電機(jī)組便在短短幾年間迅速崛起，目前，陸上風(fēng)電機(jī)組已發(fā)展至15MW，海上風(fēng)電單機(jī)最大已達(dá)26MW。CWEA數(shù)據(jù)顯示，截至2024年，全國新增裝機(jī)風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量已躍升至6046kW，同比增長8.1%。其中陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為5885kW，同比增長9.6%；海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量更是達(dá)到9981kW，同比增長3.9%。
以上數(shù)據(jù)，無一不彰顯著風(fēng)機(jī)大型化之輝煌與迅猛發(fā)展態(tài)勢。但在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱潮下，北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，我國風(fēng)電機(jī)組大型化的發(fā)展速度正在悄然“降溫”。
對(duì)比前幾年動(dòng)輒一年推出四五十款新型大容量機(jī)組的現(xiàn)象，近一兩年，企業(yè)發(fā)布新機(jī)型的數(shù)量明顯減少。過去幾年，各大整機(jī)商為在大型化賽道上搶占先機(jī)，每家每年都有針對(duì)特有的風(fēng)資源區(qū)推出至少5款新機(jī)型產(chǎn)品，而現(xiàn)在，企業(yè)新機(jī)型產(chǎn)品推間隔拉長，而且絕多大數(shù)新機(jī)型多是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)化升級(jí)。
從風(fēng)機(jī)單機(jī)容量看，2021年到2023年期間，似乎每個(gè)月都有企業(yè)在挑戰(zhàn)新的功率極限，不斷推出10MW及以上機(jī)組，但2024年到2025年間，僅個(gè)別企業(yè)推出了新的超大容量機(jī)型，似乎已默認(rèn)了機(jī)組存在功率極限瓶頸，整個(gè)行業(yè)不再像過去那樣頻繁地沖擊功率新高。
針對(duì)風(fēng)機(jī)大型化速度放緩現(xiàn)象，北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)請(qǐng)教了多位行業(yè)專家，主要總結(jié)為以下幾個(gè)原因，如有不當(dāng)之處，歡迎各位讀者留言發(fā)表意見。
吊裝、運(yùn)輸帶來的物理瓶頸
運(yùn)輸方面，隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大，葉片長度也在持續(xù)增長，如今已輕松突破百米大關(guān)，葉片最長已經(jīng)超過130米，這種超長的尺寸使得常規(guī)的公路運(yùn)輸方式困難重重。
相關(guān)專家表示，在實(shí)際運(yùn)輸過程中，當(dāng)葉片長度超過100米后，每增加10米，高速通過率就會(huì)下降40%。這意味著，隨著葉片長度的增加，能夠順利通過高速公路的運(yùn)輸車輛數(shù)量大幅減少，運(yùn)輸效率大打折扣。
吊裝方面，目前陸上風(fēng)機(jī)高度普遍在160米，部分已經(jīng)達(dá)到180米，個(gè)別項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)190米風(fēng)機(jī)等批量應(yīng)用，隨著機(jī)組的高度和重量不斷增加，這就要求吊裝設(shè)備具備更高的起吊高度和更大的起重量，但目前市面上具備超高能力的起重吊裝能力的吊車數(shù)量十分有限，可滿足190米風(fēng)機(jī)以上的吊車更是不足5臺(tái)。
大型化降本效益不再顯著
不可否認(rèn)，在風(fēng)電機(jī)組大型化的初期階段，降本效果十分顯著，使得我國風(fēng)電項(xiàng)目單位千瓦的設(shè)備成本得到了大幅降低。
但隨著風(fēng)電機(jī)組大型化的持續(xù)推進(jìn)，降本的邊界效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，如今降本效果已大不如前，從零部件成本角度來看，早期大型化過程中，通過技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；a(chǎn)，零部件成本下降空間較大。但現(xiàn)在，許多零部件的成本已接近極限，下降空間愈發(fā)有限。
相關(guān)人士表示，過去十年間，風(fēng)電設(shè)備價(jià)格大幅下降，風(fēng)場開發(fā)成本和平均度電成本也顯著降低，這都得益于大型化的推動(dòng)。但正如邊際效用遞減的規(guī)律，隨著產(chǎn)品迭代的加速和測試驗(yàn)證周期的縮短，機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，這在一定程度上抵消了創(chuàng)新的收益。
據(jù)測算，若風(fēng)場運(yùn)行至第五年需更換五套葉片，將導(dǎo)致等效初始投資增加175元/kW，抵消06%的LCOE增益；若第八年發(fā)生倒塔事故，等效初始投資將增加158元/kW，抵消94%的LCOE增益；而第十年更換五臺(tái)齒輪箱則會(huì)導(dǎo)致等效初始投資增加124元/kW，抵消32%的LCOE增益。
風(fēng)機(jī)大型化技術(shù)進(jìn)入“無人區(qū)”
當(dāng)前，我國風(fēng)電市場已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)品和技術(shù)的無人區(qū)，在風(fēng)電機(jī)組向更大兆瓦級(jí)發(fā)展過程中，在材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面遭遇了諸多難以突破的技術(shù)瓶頸。
材料方面，傳統(tǒng)的葉片材料在面對(duì)超長葉片設(shè)計(jì)時(shí)，其強(qiáng)度、剛度和耐久性難以滿足要求。以碳纖維材料為例，雖然其具有高強(qiáng)度、低密度的優(yōu)點(diǎn)，是制造大型葉片的理想材料，但目前碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，成本居高不下，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，另外，在碳纖維與樹脂基體的復(fù)合工藝上，也存在著界面結(jié)合強(qiáng)度不足等問題。
在設(shè)計(jì)階段，也需要不斷的摸索前行。如何設(shè)計(jì)出更合理的塔筒結(jié)構(gòu)，使其在承受巨大風(fēng)力和機(jī)組自身重量的同時(shí)，還能有效抵抗地震、臺(tái)風(fēng)等極端自然災(zāi)害，是目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)的塔筒結(jié)構(gòu)在大兆瓦機(jī)組中可能出現(xiàn)應(yīng)力集中、局部失穩(wěn)等問題，而新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮材料性能、力學(xué)原理、制造工藝等多方面因素，研發(fā)周期長，技術(shù)難度大。
大兆瓦機(jī)組由于運(yùn)行時(shí)間較短，在可靠性、穩(wěn)定性等方面缺乏足夠的實(shí)踐驗(yàn)證。雖然在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了各種模擬和計(jì)算，但實(shí)際運(yùn)行中的情況往往更為復(fù)雜，一些大兆瓦機(jī)組已經(jīng)暴露出了一些問題。部分大機(jī)組的葉片出現(xiàn)了裂紋、變形等情況，塔筒出現(xiàn)了疲勞損傷等問題。這些問題不僅影響了機(jī)組的正常運(yùn)行，還增加了維修成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。
大兆瓦機(jī)組研發(fā)成本飆升
為了研發(fā)出更具競爭力的大兆瓦機(jī)組，企業(yè)需要在技術(shù)研發(fā)、實(shí)驗(yàn)測試等多個(gè)方面投入巨額資金。以某知名風(fēng)電企業(yè)為例，其在研發(fā)一款12MW海上風(fēng)電機(jī)組時(shí)，僅前期的技術(shù)研發(fā)費(fèi)用就高達(dá)數(shù)億元。
在技術(shù)研發(fā)過程中，需要投入大量的人力和物力，組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，包括機(jī)械工程師、電氣工程師、材料科學(xué)家等。這些專業(yè)人才的薪酬成本高昂，而且研發(fā)周期長，通常需要數(shù)年時(shí)間才能取得實(shí)質(zhì)性成果。
另外，大兆瓦機(jī)組實(shí)驗(yàn)測試費(fèi)用同樣不菲。為了驗(yàn)證大兆瓦機(jī)組的性能和可靠性，企業(yè)需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)測試。這包括在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行的模擬測試，以及在實(shí)際風(fēng)電場中的現(xiàn)場測試。在實(shí)驗(yàn)室測試中，需要建設(shè)專門的測試平臺(tái)，配備先進(jìn)的測試設(shè)備，如大型風(fēng)洞、疲勞試驗(yàn)機(jī)等，這些設(shè)備的購置和維護(hù)成本極高。
結(jié) 語
風(fēng)電機(jī)組大型化速度的降溫，標(biāo)志著風(fēng)電行業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，不再單純追求機(jī)組的大型化，而是更加注重技術(shù)創(chuàng)新、成本控制和可持續(xù)發(fā)展，回歸風(fēng)電發(fā)電的本質(zhì)。借用某位行業(yè)專家的一句話——過去兩年里，行業(yè)在大型化道路上走得太遠(yuǎn)，以至于有些偏離了初衷。我們必須銘記，風(fēng)電的大型化僅僅是一種手段，不能為了追求手段而忽視了目的。
風(fēng)電熱潮下的冷思考——風(fēng)機(jī)大型化“降溫”
日期：2025-05-21 09:47:43 瀏覽：71
