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我國風電產業要加強技術創新提高質量水平
時間:2010/1/27 17:18:22    來源:中國機經網

    風能已成為我國水能之外最具規模應用前景的零排放、可再生能源。中國已連續三年成為世界上最活躍的風電市場。2008年,全國新增風電裝機容量630萬千瓦,總量達到1220萬千瓦,排在美國、德國、西班牙之后。而2009年全國新增風電裝機容量超過800萬千瓦,累計總容量已達2000萬千瓦以上,僅次于美國、德國,成為世界第三大利用風力發電的國家。2009年我國風電基本建設投資完成額比去年增長43.90%。今年將新開工378個風力發電重大施工項目,項目總投資額達3000億元。

    2010年1月21~22日,中國機械工業聯合會三屆二次會員大會在北京隆重召開。中國機械工業聯合會重大裝備項目辦公室做了專題報告。

    一、我國風電產業的概況

    截至2009年底,全國電力裝機總容量累計達8.74億千瓦,比去年增長10.23%。其中:火電裝機6.52億千瓦,占74.60%,比去年下降1.45個百分點;水電裝機1.97億千瓦,占22.51%,比去年增長0.74個百分點;核電已投運912萬千瓦,占1.04%,到2009年年底在建施工規模達2540萬千瓦;風電裝機2000萬千瓦,占2.2%,比去年增長64%,其中并網總容量1613萬千瓦,比去年增長92.26%。

    風能已成為我國水能之外最具規模應用前景的零排放、可再生能源。中國已連續三年成為世界上最活躍的風電市場。2008年,全國新增風電裝機容量630萬千瓦,總量達到1220萬千瓦,排在美國、德國、西班牙之后。而2009年全國新增風電裝機容量超過800萬千瓦,累計總容量已達2000萬千瓦以上,僅次于美國、德國,成為世界第三大利用風力發電的國家。2009年我國風電基本建設投資完成額比去年增長43.90%。今年將新開工378個風力發電重大施工項目,項目總投資額達3000億元。

    二、我國風電設備制造業總體概況

    近年來在國家產業政策的支持和科技攻關的推動下,風電設備制造和風電場開發利用互相促進,快速發展,取得了舉世矚目的成績。目前,國產1.5兆瓦級及其以下風電機組已批量投入運行,自主化率達到86%,極大地降低了風電場建設和運營成本,2兆瓦、3兆瓦風電機組已有產出并投入運行,正在研制5兆瓦、10兆瓦級風電機組。我國風電設備制造產業基本形成了比較齊全的產業鏈。

    1、我國風電設備及其配套系統基本類型

    我國目前已經運行和研制的風電機組主要有四種機型,即:

    ⑴定槳距失速調節風電機組,由風輪(葉片和輪轂)、增速齒輪箱、發電機、變流器、偏航系統、機艙、塔架、變壓器和整機控制系統構成。該機型為早期的產品,已大批量投入運行,目前市場需求極少;

    ⑵雙饋式變槳變速異步風電機組,由風輪(葉片和輪轂)、變槳系統、三級傳動增速齒輪箱、(繞線轉子)發電機、(勵磁)變流器、偏航系統、機艙、塔架、變壓器和整機控制系統構成。該機型為目前的主力產品,已大批量投入運行,市場需求較大;

    ⑶永磁直驅式變槳變速風電機組,由風輪(葉片和輪轂)、變槳系統、低速永磁同步發電機、全功率變流器、偏航系統、機艙、塔架、變壓器和整機控制系統構成。

該機型為目前的新產品,已批量投入運行,市場前景看好;

    ⑷永磁半直驅式變槳變速風電機組,由風輪(葉片和輪轂)、變槳系統、一級傳動增速齒輪箱、中速永磁發電機、全功率變流器、偏航系統、機艙、塔架、變壓器和整機控制系統構成。該機型為目前的新產品,正在研制中,市場前景看好。

    2、我國風電機組整機制造業的發展情況

    到2009年底,全國已有83家企業進入并網風力發電機組整機制造行業。其中國有或國有控股公司39家,民營公司25家,合資公司9家,外商獨資公司10家。上述公司按照風電機組生產能力與資產性質,大致可分為以下五種類型:

    第一類:已具備大批量制造風電機組生產能力的企業。目前有3家,他們是:東方汽輪機有限公司、華銳風電科技有限公司、新疆金風科技股份有限公司。這三家企業已經年產數千臺兆瓦級風電機組。

    第二類:已具備一定批量制造風電機組生產能力的企業。目前有10家,他們是:廣東明陽風電技術有限公司、湖南湘電風能有限公司、浙江運達風力發電工程有限公司、上海電氣風電設備有限公司、江蘇新譽風力發電設備有限公司、北重汽輪電機、江陰遠景能源科技有限公司、國電聯合動力技術有限公司、沈陽華創風能有限公司、南通航天萬源安訊能風電設備制造有限公司。這些企業已經年產數百臺兆瓦級風電機組。

    第三類:已具備小批量制造風電機組生產能力的企業。目前有8家,他們是:重慶海裝科技發展有限公司、浙江華儀風電有限公司、株洲南車風電公司、瑞能北方風電設備有限公司、漢維風力發電成套設備(大慶)有限公司、寧夏銀星能源股份有限公司、保定惠德風電工程有限公司、保定天威風電科技有限公司等。這些企業已經年產數十臺兆瓦級風電機組。

    第四類:正在進行樣機試制或試驗,產業化工作有待進一步落實的風電機組制造企業。目前有59家,包括上海萬德風力發電股份有限公司、無錫寶南機器制造有限公司、江西麥德風電公司、濰坊瑞奇能風電公司等。這些企業尚未向市場小批量供應兆瓦級風電機組。

    第五類:具有成熟的設計制造技術,已具備在中國大批量制造風電機組生產能力的國外獨資企業。目前有5家,他們是:丹麥維斯塔斯風力發電設備(中國)有限公司、西班牙歌美颯風電(天津)有限公司、美國通用電氣能源(沈陽)有限公司、Nordex(天津)、印度蘇司蘭能源(天津)有限公司。

    3、我國風電機組配套設備的發展情況

    隨著國內風電市場需求的擴大,風電機組關鍵部件配套生產企業有了較快的發展,風電設備制造和配套部件專業化產業鏈正逐步形成。其中:

    ⑴葉片:國內已有80多家制造企業,其中已經大批量生產的企業有:中航(保定)惠騰風電設備有限公司、連云港中復連眾復合材料集團、天津LM公司、中能風電設備有限公司、上海玻璃鋼研究院、北京玻璃鋼研究院等企業。目前,國產風電機組葉片從制造能力上已經完全能夠滿足甚至超出了國內風電產業發展的需要。但在研發設計技術上,基本上要依托國外有關公司。

    ⑵發電機:國內已有近10家制造企業,主要有:永濟電機廠有限公司、蘭州電機有限責任公司、上海電機廠有限公司、株洲南車電機股份有限公司、湘潭電機有限公司、大連天元電機公司、四川東風電機等,已基本能夠滿足國內風電產業發展的需要。

    ⑶齒輪箱:主要制造企業有:南京高精齒輪股份有限公司、重慶齒輪箱有限責任公司、杭州前進風電齒輪箱有限公司、大連重工起重集團、中國第二重型機械集團公司等,目前基本能滿足國內風電產業發展的需要。但由于齒輪箱的配套軸承質量要求較高,目前國內尚無法提供合格的產品,齒輪箱產能受國外軸承供應的影響較大。

    ⑷軸承:風電機組配套有主軸軸承、齒輪箱軸承、發電機軸承、變槳軸承和偏航軸承,我國目前生產的主要是交流發電機軸承、變槳軸承和偏航軸承。制造企業有:洛陽軸承集團技術中心有限公司、瓦房店軸承集團有限責任公司、浙江天馬軸承廠和徐州羅特艾德回轉支承有限公司等。這些公司也在試生產主軸軸承、齒輪箱軸承,產品正處于運行考核階段。目前,中國大部分風電機組制造公司還不得不從國外進口上述軸承,但靠進口供貨周期較長且價格高,目前是制約中國風電機組產能發展的瓶頸之一。

    ⑸變流器和整機控制系統:目前主要的制造企業有:北京科諾偉業能源科技有限公司、合肥陽光電源有限公司、金風科技公司、北京清能華福風電技術有限公司等10多家企業。定槳距失速調節風電機組所需的變流器和整機控制系統已經全部國產化。雙饋式變槳變速風電機組和永磁直驅風電機組的國產變流器和整機控制系統目前處于試應用或示范考核階段,尚不能完全滿足國內風電產業發展的需要,國內市場上需求的大部分變流器和整機控制系統仍需進口。

    ⑹塔筒、輪轂、機艙、機艙罩等部件的制造企業較多,已經完全能夠滿足國內風電產業發展的需要。

    三、我國風電設備制造業存在的主要問題與制約因素

    1、我國風電機組成套設計及風機設計技術尚未實現自主化

    目前,我國風電設備制造企業通過引進技術、消化吸收,已基本掌握了風電設備的制造技術,已經成為世界上的風電設備制造大國,但風電機組整體設計及風機設計技術至今仍然是企業的薄弱環節,國內企業的設計技術來源主要有以下六種方式:

    ⑴購買國外公司風電機組生產許可證,經過對引進技術的消化吸收進行生產;

    ⑵與國外公司合資,按國外公司提供的技術進行生產;

    ⑶與國外設計咨詢公司聯合開發設計;

    ⑷請國外設計咨詢公司對國內自行設計的風力發電機組進行評審和修改;

    ⑸參照國外產品和技術,國內自主研究開發的風力發電機組;

    ⑹在引進技術、消化吸收的基礎上,跟蹤國際上技術發展的趨勢,進行再創新,自主研究開發的風力發電機組。

    目前這是較快較好的一種方式,可以在短時間內實現企業較高水平的技術跨越,提高研究和開發的能力。

    風電機組是一種技術密集型產品,它涉及到氣象學、環境科學、空氣動力學、結構動力學、材料科學、計算機與自動化控制技術、機電工程、電力電子等多種學科。目前,我國已商業化生產的風電機組,基本上都是在引進技術、消化吸收的基礎上、通過部分自制加外部采購關鍵零部件,進行整機組裝而實現批量化生產。

自主創新還局限在國產材料的選用、局部工藝的改進等方面。在發展的模式上,新機型開發基本采用與國外公司聯合的方式,合作開發過程中仍然以國外設計機構為主,尚未完全形成我們自己的設計理念和方法。我國的風電設備制造企業與研發機構中,嚴重缺乏系統掌握風電理論并具有風電機組設計實踐經驗的復合型人才。總之,兆瓦級以上風電機組的整體設計能力還很薄弱,很大程度上仍依賴于技術跟蹤,未能形成具有國際先進水平的自主研發能力和自主知識產權,基本上只是扮演著國際成熟機型制造商的角色。因此,從總體上來看,我國風電設備制造業尚處于從“引進技術、消化吸收”階段,轉向“自主創新”階段的過渡過程中。

    2、我國風電設備關鍵部件設計制造技術的現狀及問題

    我國風電機組的技術落后于國際先進水平,不僅是機組的成套設計,也包括部分關鍵零部件。國外風電設備企業經過多年發展已經形成完整的產業鏈,風電設備零部件配套選擇多且水平較高,但是國內的大規模風電設備制造起步時間不長,主要的零配件的技術水平和產品質量還存在一定差距。特別要指出的是:主軸軸承、齒輪箱軸承、是風電機組的關鍵零件。風機、變流器和整機控制系統是風電機組中技術含量最高的關鍵部件。對于這些產品的設計制造技術,我國還沒有完全掌握,尚處在研制、小批量試用階段。

    四、加強技術創新、提高質量水平、為我國風電產業發展做貢獻

    盡管我國風電產業發展所取得的成績很大,但必須要看到,目前我們的風電設備行業依然存在著技術上自主創新能力不強、產品的技術水平和質量水平不高、標準檢測認證體系不健全等問題。同時,出現了投資過熱、重復引進和低水平重復建設的現象。

    經過改革開放30多年的經驗表明,關鍵的核心技術是引進不來的,起步的階段依靠引進技術是可以的,深層次的發展一定要建立在自主研發、自主創新的基礎上。

    從風電場建設和管理部門反映,國產風電機組質量欠佳的問題越來越成為突出問題。有的廠家積極消化吸收引進技術,注重產品質量,講究企業信譽。但也有的廠家拿來技術未經消化,囫圇吞棗,就進行大批量生產。有的引進技術本身就不成熟,粗制濫造,流入市場,造成了許多麻煩和事故隱患,企業信譽和經濟也蒙受損失。投入運行的國產機組多次出現大的質量和技術故障,如葉片斷裂、輪轂裂紋、主軸問題、軸承問題、齒輪箱故障、電機故障等等。由于設備質量欠佳,造成風電場可利用率不高。采用國產機組的風電場,其機組可利用率明顯低于采用國際先進品牌的機組,粗略估算整體上要低7%左右。有的機組運行不穩定,維護又不及時,還要遠遠低于這個數值。用戶為此要承受很大損失。還應該看到的是,真正的質量問題可能現在還沒有完全表現出來。因為多數國產機組運行時間還不長,還不到設備質量故障的高發期,更大的麻煩可能還在后面,必須要引起高度的重視。

    風力發電具有隨機性、間歇性和反調峰等特點,而且我國風電場一般位于電網末端,電網運行電壓調整十分困難。尤其是大規模風電場并網后,在電網故障或受到沖擊出現電壓閃變時,不具備低電壓穿越功能的風電機組,在風電場沒有采取保護措施的情況下,為保護機組會采取切機逃逸的方式退出運行,從而使電網要承受第二次沖擊,可導致事故擴大,甚至引發電網崩潰,這已經成為影響風電機組并網最關鍵的技術瓶頸。

另外,在內蒙古、甘肅、東北地區,由于風電裝機容量大,就地消化能力弱,電力送出的瓶頸已比較明顯。可以預計,相應的風電設備的市場瓶頸也即將顯現,希望能引起相關企業的關注。

    五、正確引導風電設備制造業的投資行為

    目前,國家有關部委正在貫徹落實國務院【2009】38號和116號文的有關精神,抓緊制修定相關行業的產業結構調整指導目錄、規劃、產業政策、準入條件等,其中風電設備制造業已被明確列入“產能過剩,重復建設”的行業之一。目前,從風電設備整個產業鏈的市場銷售情況來看,“過剩”與“短缺”并存。其中,整機組裝和葉片生產“產能過剩、重復建設”的問題已經比較嚴重,整機組裝的問題尤其突出。按照我國風電發展規劃,未來十年平均每年新增裝機約1000萬千瓦,而現在風電設備制造企業的前3家企業,產能就達到了900萬千瓦,如果加上其他幾十家企業,機組的產能已大大超過了未來十年的實際需求。但對于風電設備的部分關鍵零部件如:主軸軸承、齒輪箱軸承、變流器和整機控制系統等,國內產品從技術、質量方面尚不能滿足風電機組的要求,大批量從國外進口。急需相關企業加大研發和投資力度,能為風電設備行業提供高水平、高可靠性的配套產品。

    至于風電機組及其關鍵零部件的研究實驗、設計開發、質量評定和關鍵性技術的攻關等,則更是關系到我國風電設備制造業可持續發展的重要環節,明確投資嚴重不足,發展嚴重滯后,影響極其深遠,急需有戰略眼光的企業家給予關注。

    為了能夠引導我國風電設備行業健康有序的發展,國家有關部委正在積極制定相關政策,主要有以下內容:

    制定和推行風電設備產業準入條件、完善和建立標準檢測認證體系、支持風電設備關鍵零部件企業提升技術水平、鼓勵優勢企業做大做強等。

    最近,國家宣布了取消風電機組70%國產化率的要求,業內表現平穩。其原因在于,國內的風電企業歷經多年對國際技術的引進、消化、吸收與創新,已形成規模龐大的制造能力,3兆瓦以下機組成本比國外產品更為低廉,且有完備售后服務梯隊。因此,風電場進行風電設備招標時多會選擇國內的機組。

    但是,在3兆瓦及其以上機組和海上風電市場,國內企業缺少成熟的機組和運行經驗,3兆瓦及其以上機組和海上風電機組的核心零部件也要從國外進口,如果還設置國產化率70%的要求,將造成一些國際上的新技術、新工藝、新材料以及關鍵零部件難覓進入渠道,使得我國向更高技術水平的風電機組進行挺進的計劃卻可能被延遲。

    目前,在華的中外合資公司、外商獨資公司的產品已達到了80%以上的國產化率。因此,要求風電機組國產化率70%的政策也作用不大,但對那些想要進入還沒有進入中國市場的國外風電設備商而言是非常重要的。

    鑒于我國豐富的風能資源,發展風電產業的優勢是明顯的,風電設備市場的廣闊前景也是可以預見的。因此,中國風電產業的大規模發展,有待于我們裝備制造業能夠為其提供更多高技術水平、高性能參數、高可靠性的風電設備。

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