今年10月，我國首批具有自主知識產權、全球風輪直徑最大的5MW海上風電機組，在江蘇如東中船重工海裝風電公司成功下線。 這一機組創造了哪些行業第一?對海上風電行業有何推動作用?研發過程又遭遇了哪些難題?日前，中船重工海裝風電5MW海上風電項目負責人張海亞接受記者采訪時，對此一一揭秘。
海上3類風區亟需適宜風機
海裝風電H151-5MW機型是唯一一款適應3類風區的5MW級別海上風電機組，3類風區海上風機的國內應用前景怎么樣?
張海亞：以北歐為代表的海上風電平均風速接近10m/s，風電機組年利用小時數高達3000多甚至4000小時。我國海上風電資源總體豐富，但受信風帶和季風帶的影響，相對于北歐海上風電而言，風功率密度總體偏低，特別是長江口以北的廣大3類風區，年平均風速只有7.5m/s左右。在這種環境下，引進的國外成熟風電機組年利用小時數只能達到2000小時多一點。收益的降低直接增加了項目開發的經營風險，阻礙我國海上風電的發展。
海裝風電開發的H151-5MW機型年利用小時數接近3000小時，是目前全球唯一一款適應3類風區的5MW級別海上風電機組，能有效提高我國長江口以北廣大3類風場的收益。在《海上風電開發建設方案(2014-2016)》中，長江口以北資源占建設方案總量的52%。由于建設條件相對成熟，惡劣工況較少，目前已核準或擬開工的項目中，上述地區占到總數的3/4。
海裝風電5MW海上機組都包括哪些機型，是否全部實現了量產?
張海亞：海裝風電5MW目前有兩個平臺，一是151平臺，包括H128和H151兩款機型，二是171平臺，包括H171和H151兩款機型。同一平臺的兩種機型，除了葉片和齒輪箱第三級傳動齒輪不一樣以外，其他所有零部件可以完全互換。
151平臺通過4年的試驗風場驗證，2年半的風場實測，率先完成了國內第一個海上風電低電壓穿越測試，獲得了國內首個海上風電機組型式認證證書，樣機可利用率等核心技術指標高于行業平均水平，具備了商業化批量生產的能力。
為了獲得更多的風能，擴大海上風電收益，降低項目開發風險，海裝風電在151平臺上進行了優化升級，開發了171平臺。新開發的171平臺根據載荷情況，對輪轂、主機架、齒輪箱等結構件進行了加強，電氣系統保持不變。目前171平臺已完成詳細設計，樣機計劃于2017年三季度完成安裝。
秉持科學精神 促行業理性發展
H151-5MW是同級別機組中單位千瓦掃風面積最大的，研發過程中需要克服哪些難題?
張海亞：風輪直徑代表著發電量，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。從我國陸上風電的發展進程來看，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領域，我國整機企業引領了世界的潮流。近年來，以GE和維斯塔斯為代表的國際巨頭也在聞風跟隨國內行業的步伐，研制并推出新的高單位千瓦掃風面積風電機組。
對于研制高單位千瓦掃風面積的風電機組而言，核心困難有兩點，一是技術，二是經濟性。通常而言，對于同一功率等級的風電機組，從開發、成本、可靠性等多方面角度綜合考慮，同一廠家一般采用在一款基礎產品上進行局部改進優化。風輪直徑增大在帶來發電量增加的同時，無疑也導致了風電機組自身受力的增加，這需要通過控制方法來降低機組受力或增加零部件強度來滿足要求。如何實現增效與增本之間的平衡，如何實現持續改進優化過程中的系統及關鍵零部件的兼容性、一致性、可靠性，對整機企業系統集成技術及綜合整合能力是很大考驗。
海裝風電5MW機組是我國第一個通過低電壓穿越測試的海上機組，陸上機組的低電壓穿越已經比較普遍，海上機組是什么狀況?
張海亞：按照要求，所有風電機型并網前，都必須取得低電壓穿越測試合格證書。現有政策法規并未對蹣跚起步的國內海上風電網開一面。在實際操作過程中，受海上風電地形環境的影響，低電壓穿越測試設備無法在機組旁就近安裝測試，這直接導致在長距離帶纜的情況下，常規陸上風電低電壓穿越技術，無法讓機組按照國家相關標準完成測試工作。
2014年，在樣機各項測試基本告一段落的情況下，海裝風電同電科院緊密合作，僅用44小時實際測試時間，就完成了國內第一例海上風電低電壓穿越測試。
國內海上機組在設計認證和型式認證方面現狀如何?除了海裝風電外，國內其他整機商5MW以上的海上樣機，是否通過了上述認證?
張海亞：H151-5MW機型在2013年8月取得設計認證后，為了掌握設計理論值同實際產品之間的精度，獲得真實的測試數據，海裝風電邀請權威測試機構——德國風能研究所DEWI對該機型進行了測試，測試內容包括行為測試、功率曲線、電能品質等多方面。為了真實的反映機組實際的運行狀況，盡可能排除人為干擾因素，海裝風電按照DEWI的要求，在風電機組東南310°夾角400米的位置上，投入200百余萬元樹立了一座測風范圍從0到100米高的臨時測風塔。為了獲取足夠多的樣本數據，整個測試工作長達兩年半。經過測試值與理論值的比對，該機型各項性能指標完全滿足設計要求。
經過4年運行、2年半測試、率先通過低電壓穿越、可利用率等指標長期超過96%的海裝H151機型所獲得的國內首個5MW海上風電型式認證證書，能夠真正證明該機型具備了批量投放市場的條件，也從客觀上引領了行業的健康發展，促進了行業更趨于理性。
以項目帶動國產化配套
據稱，海裝風電5MW海上風機是第一個具有自主知識產權并批量生產的海上風電機組。其整機國產化率有多高?如何通過5MW海上風機項目帶動國產化配套?
張海亞：海裝風電作為風電整機系統集成單位，整合了包括SKF\FAG、LM、KK等世界一流供方共同參與產品研制。而且對發電機、控制系統、變槳系統等關鍵核心部件，一開始就采用國內供方引進國外先進技術的合作開發模式。同時，以LM為代表的國際供應商為海裝風電定向研制的配套件也實現了國內生產制造。因此，現有國產化已經不是傳統狹隘的表述。
近年來，隨著國內工業水平的進步，國內零部件技術和質量水平也在大幅提升。立足掌握核心科技以及持續為客戶提供終身保障的理念，5MW海上風電機組的四大核心部件——齒輪箱、發電機、主控系統、變槳系統的供方同海裝風電2MW機組一樣，均為中船重工集團內企業提供，其余結構件大多實現了集團內和社會化采購并行的方式。目前，除了主軸承、彈性支承等零部件采用進口件以外，5MW海上風電機組的國產化率能夠達到90%。
目前，H151-5MW是小批量量產，從樣機到小批量量產需要經過哪些難關?從小批量量產再到大批量量產又要經過哪些難關?
張海亞：樣機是以實現技術突破為主，是以試驗、測試、驗證、改進為主要目的。批量則更多的是按無缺陷原則，按照批量的組織模式和質量保障方式，花更多的代價解決小問題，這需要準確識別并解決。
對于風電機組特別是5MW海上風電機組而言，5臺可算是一個小批量，20臺則是一個較大的批量。小批量更多需要解決從技術到生產的轉變問題，大批量則更多需要解決標準化作業等質量體系保障問題。