付 薇 吴叙锐

（1.华能海南发电股份有限公司，海南 海口570105；2.华能阳江风力发电有限公司，广东 阳江529500）

1 我国风电发展状况

在国家一系列风电政策的扶持和鼓励下，风电市场历经了2008年供不应求的繁荣，遭遇了2009年产能过剩的警示，迎来了2010年海上风电的发展，首次超越美国，风电装机容量跃居世界第一。如此迅速增长的装机规模，给风电制造商创造了机遇，也带来了激烈的竞争，在风电市场的兆瓦级风机需求激增下，国内的风机制造商几乎全部走了所谓“引进技术、消化吸收、自主创新”的路子，但为了以最快速度生产出贴有自家品牌的风机，占领市场，国内的风机制造商往往停留在了“引进技术”的层面，即按照国外厂商或设计公司提供主要技术和图纸直接生产，产品型号单一。

这种结果短期来说符合中国风电的发展情况，因为原始创新说起来容易做起来却非常困难，机组的设计是一个系统工程，涵盖多学科范畴。而直接拿来国外的技术，站在巨人的肩膀上前进，可以节省人力物力财力，风机产业化的速度相对快得多，经济效益也可以在短期内实现。

2 风电机组选型的局限性

在一定的风能资源状况下，为了使投资收益最大化，风电机组的选型是关键，它直接关系到风电场的总投资、发电量及20年的运行维护成本。但面对我国风电发展现况，在已有的国产风电技术中选择适合中国风电场的风机却存在极大的局限性。由于风机的运行受外部条件影响较大，但整机开发成本高，不能按照每个风电场的环境进行整机设计，而是经过行业长期研发和实践经验，形成风力发电机组设计标准行业标准。目前，风电行业标准主要有德国劳伊德GL标准、丹麦RISOE的DNV标准和国际电工委员会（IEC）标准，这3个系列标准主要是以丹麦、德国的条件和经验制定的。在我国能见到的主要是GL标准和IEC标准，从风况划分方面来看，2个标准有所不同，而我国是直接把翻译后的IEC标准作为国家标准。

国外制造商根据标准生产出一系列的风机，供市场选择，比如某国际知名风机制造商现有的风机产品有4款，分为：适用于中高风速风场（IECⅠ、Ⅱ）和中低风速风场（IECⅡ、Ⅲ）的2种单机规模较小机型，便于地势险峻、地形复杂地区的运输和安装；适用于高风速风场（IECⅠ）和中低风速风场（IECⅡ、Ⅲ）的2种兆瓦级风机。由于标准中给出的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级风况不包括海上风电场，也没有考虑热带风暴（如飓风、龙卷风、台风等）的风况条件，国外制造商还可以根据国际标准IEC61400－1明确的特殊安全等级——S级进行特殊设计，充分考虑安装风机的风场条件。

我国从国外引进的机型是按照国际标准设计的，而国际标准所规定的载荷条件主要是依据欧洲的风况与气候制定的。我国一些地区的风况、气候条件和地质、地貌与国际标准中所列出的情况差别较大，因此按照国际标准设计的机型不能完全适合我国的自然条件。另外引进的机型单一，一个大型的制造商通常引进2类机型，目前国内市场最多为1.5 MW 70和77型风机（70、77代表风机叶轮直径）。由此可见，作为风电场的开发商，无论前期工作做得如何精确细致，要根据我国特殊的风况条件在国内制造的风电设备中进行风机选型都是难题。

我国“三北”（东北、华北、西北）地区的风资源丰富，风的品质很好，即年有效风功率密度在200～300 W／m2以上，年平均风速大，无极端恶劣的天气（如飓风、龙卷风、台风、高温、盐雾等），可选用适合IECⅠ、Ⅱ机型，但是这样的机型设计强度、安全系数较大，势必在无形中增加了风机成本，而风机采购成本至少占整个风电项目总投资的60%，对投资的影响非常大。我国东南沿海及其岛屿地区风资源也较为丰富，对于没有超强台风登陆的沿海地区还是可以参考选择IECⅠ机型，但对于浙江中南部、闽浙交界地区、福建北部、福建南部、粤东、粤西、海南东南部沿海及海域，则需选择S级机型。而目前我国制造商还未能完全掌握整机设计，无法进行S级风机的设计。

3 案例分析

在此，本文以2个实例说明中国风电设备选型的局限性。

3.1 案例一

地址：东南沿海某4.5万k W风电场。

选型时间：2005—2006年。

案例情况：风场选址范围内地形复杂，地势起伏较大，多年平均20 m高年平均风速5.35～7.32 m／s，风功率密度162～425 W／m2，推算到65 m轮毂高度平均风速5.90～8.35 m／s，风功率密度246～631 W／m2，总体上属于风能资源丰富区，风的品质比较好，具有较好的开发价值。但由于地处东南沿海，汛期常有强台风伴暴雨。

经长时间的调查和统计分析，该风场的风机设备选型要求：按IEC标准选择S级1 MW左右的风机，既能满足IECⅡ类风区的平均风速要求，又能满足IECⅠ类风区的安全等级——能抵抗50年一遇10 min平均最大风速41.4 m／s，50年一遇瞬间极大风速61.0 m／s。

严格按照风机设备的选型要求，在国内风电技术中无法找到与之匹配的风机设备。由于国内风电技术的局限性而不得不选择了适合本场选型要求的国外风机。目前该进口技术风机运行情况良好，但还需要在今后的长期运行中检验。

3.2 案例二

地址：某岛屿5万k W风电场。

选型时间：2007年底—2008年初。

案例情况：场址范围内地形简单，地势平坦，测得10 m高度年平均风功率密度约150 W／m2，10 m高度年平均风速约5.2 m／s，风资源可达3级，为风能可利用区。但其受灾害性天气的影响较大，主要有热带气旋、台风、雷暴等。热带气旋在一定程度上可以带来丰富的风能资源，但较强的台风、频繁的雷暴将严重威胁风电场的安全。

设计单位对风资源评估、地理环境、工程设计等方面作了细致分析和研究，从风电场安全等级和运行效益等综合方面提出风机设备选型要求：按IEC标准选择S级兆瓦级风机，既能满足IECⅢ类风区的低风速高效出力，又能满足IECⅠ类风区的安全等级——能抵抗50年一遇10 min平均风速48.6 m／s，50年一遇极大风速67.5 m／s，还要经受频繁的雷暴袭击。

根据当时国家规定“风电设备国产化率要达到70%以上”的要求，考察国产风电技术，没有可以满足选型要求的风电设备。为了风电场的顺利开发和建设，原来的选型要求不得不缩水到只考虑只要能满足安全等级的风电设备即可。在市场需求的刺激下，终于有国内的风电制造商推出可抗70 m／s台风的单机容量1.5 MW机组。订货不久后，制造商发现风机配套关键部件设计强度不够停止生产，需待返回国外重新计算后确定。因此不仅延误了风电场的建设时间，更造成了经济上的巨大损失。

4 结语

风电机组选型的局限性给风电场的开发建设及日后20年的长期运行造成了巨大影响。从风电场投资者的角度看，迫切需要安装使用的是适合我国资源环境特点的风机；从风电制造商的角度看，无论是改进改型还是自主研发，都应完全掌握从零件、部件到整机的设计技术，针对极端气候条件和复杂地形开展特殊研究，提高风机的适应性和发电量、减少设备故障，从而降低运维成本。

［1］张秀芝，阎俊岳，杨校生，等.台风对我国风电开发的影响与对策［M］.北京：气象出版社，2010

［2］宫靖远.风电场工程技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2004

［3］胡立伟.风电设备选型的技术经济分析［J］.农业工程技术：新能源产业，2007（5）