中國海上風電機組的發展方向探索

隨著《風電發展“十三五”規劃》的下發，國內海上風電迎來新的發展機遇。《規劃》明確提出，要積極穩妥推進海上風電建設，到2020年，全國海上風電開工建設規模達到1000萬千瓦，力爭累計並網容量達到500萬千瓦以上。

海上風電正在全面啟動中。

不過，對於開發商而言，哪種風機機型最適合中國的海上風電，實現度電成本最優，似乎目前尚無定論。作為中國風電行業的“國家隊”，海裝多年以來在行業裡秉承著這樣的觀點——提高單位千瓦掃風面積是提升風電經濟性最直接的手段。

海裝最近幾年持續開發102-2MW、111-2MW、12X-2MW、151-5MW、171-5MW的理論基礎也在於此。

筆者作為從事海上風電設計開發多年的一名從業者，在此抛磚引玉，探討一下中國海上風電機型總體參數匹配思路。

1、 為什麼中國海上風電需要年滿發利用小時數3000以上的機型？

作為定性比較，本文僅通過平均單位千瓦動態投資和年發電收益之間的比值來確定一個投資回報係數。

按照一般陸上風電專案要求的資本金收益率須高於10%的指標，陸上風電的營收平衡點是——年等效滿發利用小時數大約2000小時。

表1 行業平均投資收益參數對比參考

陸上風電行業平均參考值海上風電行業平均參考值單位千瓦動態投資7500元17000元風電標杆電價0.57元（Ⅳ類地區）0.85元年等效滿發利用小時數20003040投資回報係數6.586.58

由上表可以看出，為了保證項目的資本金收益率，如果海上風電整體造價持續居高不下，

從通過市場手段有效推動整個海上風電行業發展的角度，研製年等效滿發利用小時數超過3000的海上風電機組及相關技術，是整機企業唯一的發展方向，也是其必須承擔的行業責任。

2、 總體參數如何匹配才能提升滿發小時數？

對於風機機組總體設計而言，第一步就是風輪直徑和額定功率的匹配。定性的來說，在目前葉片氣動性能、整機性能相差不大的情況下，

風輪直徑越大，從風中吸收的能量也就越大，發電量也就越高。

為了直觀的反映兩者之間的關係，行業制定了一項術語——單位千瓦掃風面積，其計算公式為：單位千瓦掃風面積=（π×風輪直徑2/4）/額定功率。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。

從近幾年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。以GE和VESTAS為代表的國際巨頭也放棄了傳統做法——在不改變機型結構的情況下，單純改進電氣傳動，增大額定輸出功率。而是跟隨國內行業的步伐，研製並推出新的高單位千瓦掃風面積風電機組。西門子也於近期安裝了一台142-3.15MW測試機組，單位千瓦掃風面積為5.02（單位略，以下同）。據悉該機型在年平均風速6m/s時，年等效滿發利用小時數約為3175。

國內外風電行業十年的發展歷程可以證明，提高單位千瓦掃風面積是提升滿發小時數最直接有效的手段。

3、 匹配到什麼程度才能實現滿發小時數達到3000？

圖1 典型三類風區風輪直徑與額定功率匹配趨勢圖

這是2016年10月19日北京風能大會上海裝風電演講PPT中的一頁。從風電行業傳統總體參數匹配的歷史資料來看，Ⅲ類風機原型機單位千瓦掃風面積基本都在3.5左右，陸上風電典型代表82-1.5MW為3.52，93-2MW為3.4，海上風電典型代表136-4.2MW為3.46，151-MW為3.58。隨著市場需求的增加和技術的進步，單位千瓦掃風面積提高到4.5左右。陸上風電典型代表93-1.5MW為4.53，111-2MW為4.84。

近兩年陸上風電提升技術持續發展，12X-2MW的單位千瓦掃風面積已接近6。而海上風電171-5MW尚在4.59的水準上，某篇文章所提到的最適合的145-4.5MW僅為3.67。

表2典型單位千瓦掃風面積機型在典型風況下設計理論年滿發小時數對比

如上表所示，對於年平均風速低於7.5m/s的長江口以北的海上風電場，單位千瓦掃風面積3.5左右機組，設計理論年滿發小時數大約為2600。要達到3000小時的目標，需要單位千瓦掃風面積4.5以上的機型才能有所保障，目前僅有171-5MW等少數機型能夠達到這一目標。

後記

目前有意願參與海上風電的企業均是有願景有實力的行業翹楚，大家都在從各方面推動行業進步。在目前破冰初顯的階段，筆者認為，作為以系統集成匹配技術為核心的整機企業而言，不能坐等萬事俱備，應通過技術創新和突破，努力通過市場手段，帶領和促進我國風電行業配套和工業基礎的進步，看齊國際一流水準，實現中國創造。

注： 本文僅從定性角度，原理性闡述風輪直徑與額定功率總體參數匹配，同經濟性之間的關係。實際上海上風電經濟性還涉及，節約用海、工程配套、系統可靠性、運維、供應鏈等諸多方面的內容，本文不做展開描述。（《中國能源報》 作者：供職中船重工（重慶）海裝風電風電設備有限公司）

典型單位千瓦掃風面積均值3.54.55.5設計理論年滿發利用小時數年平均風速7.5m/s260032003800年平均風速6.5m/s210025003000年平均風速5.5m/s150020002400

國內外風電行業十年的發展歷程可以證明，提高單位千瓦掃風面積是提升滿發小時數最直接有效的手段。

3、 匹配到什麼程度才能實現滿發小時數達到3000？

圖1 典型三類風區風輪直徑與額定功率匹配趨勢圖

這是2016年10月19日北京風能大會上海裝風電演講PPT中的一頁。從風電行業傳統總體參數匹配的歷史資料來看，Ⅲ類風機原型機單位千瓦掃風面積基本都在3.5左右，陸上風電典型代表82-1.5MW為3.52，93-2MW為3.4，海上風電典型代表136-4.2MW為3.46，151-MW為3.58。隨著市場需求的增加和技術的進步，單位千瓦掃風面積提高到4.5左右。陸上風電典型代表93-1.5MW為4.53，111-2MW為4.84。

近兩年陸上風電提升技術持續發展，12X-2MW的單位千瓦掃風面積已接近6。而海上風電171-5MW尚在4.59的水準上，某篇文章所提到的最適合的145-4.5MW僅為3.67。

表2典型單位千瓦掃風面積機型在典型風況下設計理論年滿發小時數對比

如上表所示，對於年平均風速低於7.5m/s的長江口以北的海上風電場，單位千瓦掃風面積3.5左右機組，設計理論年滿發小時數大約為2600。要達到3000小時的目標，需要單位千瓦掃風面積4.5以上的機型才能有所保障，目前僅有171-5MW等少數機型能夠達到這一目標。

後記

目前有意願參與海上風電的企業均是有願景有實力的行業翹楚，大家都在從各方面推動行業進步。在目前破冰初顯的階段，筆者認為，作為以系統集成匹配技術為核心的整機企業而言，不能坐等萬事俱備，應通過技術創新和突破，努力通過市場手段，帶領和促進我國風電行業配套和工業基礎的進步，看齊國際一流水準，實現中國創造。

注： 本文僅從定性角度，原理性闡述風輪直徑與額定功率總體參數匹配，同經濟性之間的關係。實際上海上風電經濟性還涉及，節約用海、工程配套、系統可靠性、運維、供應鏈等諸多方面的內容，本文不做展開描述。（《中國能源報》 作者：供職中船重工（重慶）海裝風電風電設備有限公司）

典型單位千瓦掃風面積均值3.54.55.5設計理論年滿發利用小時數年平均風速7.5m/s260032003800年平均風速6.5m/s210025003000年平均風速5.5m/s150020002400