編者按
戰略性新興產業代表新一輪科技革命和產業變革的方向，是國家培育發展新動能、贏得未來競爭新優勢的關鍵領域。2023年5月24日，國資委召開的中央企業加快發展戰略性新興產業部署會指出，深刻認識新時代新征程國資央企使命任務，以高度的政治責任感和歷史使命感，全力以赴發展戰略性新興產業。近年來，中央企業持續加大戰略性新興產業投入力度，國有經濟戰略支撐作用不斷增強。《國資報告》雜志特推出戰新產業系列報道，呈現央企在發展戰略性新興產業方面的成績、經驗與擔當。今天，我們為您分享系列報道第五篇《共創海上大風機》——
文· 本刊記者 粟靈
《國資報告》雜志2024年第1期2023年
10月28日，美國加利福尼亞州州長紐森造訪了位于江蘇鹽城的金風科技大豐臨港工廠。此前四個月，金風科技與中國三峽集團聯合研制的首臺16兆瓦海上風機在福建海域完成吊裝，成為目前全球已投運的單機容量最大海上風機。紐森站在工廠生產線前，饒有興致地詢問著該型號機組在不同深度海域的應用情況，以及在加州落地應用的可能性。
加州被譽為現代風電產業的誕生地。20世紀80年代中葉起，加州沃土培育出的歐美風機巨頭們紛紛向中國輸出，啟蒙了中國的風電產業。作為早期風機產品與技術引進國，中國在大力發展風電產業的過程中一直將技術研發和產業鏈國產化擺在突出位置。如今，中國在單機容量等指標上已達到世界領先水平，并具備了參與國際競爭的實力。
自2019年國家調整海上風電補貼政策以來，尤其是“雙碳”目標提出后，大兆瓦級海上風機研制進程提速。除上述16兆瓦海上風機外，中國船舶旗下中船海裝、東方電氣與中國華能創新聯合體先后下線18兆瓦海上風機，將全球海上風機單機容量紀錄推上新高度。
創新聯合體在大兆瓦浪潮中的重要作用日益凸顯。2023年9月，國務院國資委黨委書記、主任張玉卓在《人民日報》發表署名文章提出：“充分發揮新型舉國體制優勢，圍繞基礎研究和應用基礎研究、‘卡脖子’關鍵核心技術攻關、前沿性顛覆性原創技術研究，不斷加大研發投入，帶動產業鏈上中下游企業共同參與，打造創新聯合體升級版，大力推進科技攻關，努力掌握更多擁有自主知識產權的關鍵核心技術。”
過去近20年，由國資央企主導的創新聯合體引領中國風電產業實現從弱到強的跨越，也成為中國風電產業區別于其他國家的鮮明特色。
大風機的誕生
2023年11月10日，由東方電氣與中國華能聯合研制的18兆瓦海上風機在福建福清東方電氣風電（福建）有限公司生產基地下線。這是目前已下線的全球單機容量最大的直驅海上風機。這款風機葉輪直徑達260米；機組輪轂中心高度160米，相當于53層居民樓的高度；風輪掃風面積53000余平方米，相當于7.5個標準足球場。經過測算，在年平均每秒10米的風速下，一臺風機每年可輸出7200萬度清潔電能，滿足4萬戶普通家庭一年的生活用電，同時減少二氧化碳排放5.5萬余噸，對統籌“雙碳”目標下的能源轉型與能源安全具有重要意義。
2023年11月10日，由東方電氣和中國華能聯合研制的18兆瓦直驅海上風機在福建下線。
風機主流技術路線包括雙饋型、直驅型、半直驅型三類。三者的主要區別在于齒輪箱這一基礎傳動裝置的應用，而齒輪箱至今仍是國產化薄弱環節。雙饋風機配備增速齒輪箱；直驅風機取消增速齒輪箱，風力直接驅動發電機，因而對發電機的要求較高；半直驅風機則將二者相結合。
這款18兆瓦海上風機既然是全球單機容量最大的直驅海上風機，就意味著其發電機達到行業頂尖水平。
東方電氣旗下的東方風電風電研究設計院副院長曾志告訴《國資報告》記者，風力發電設備與水力發電設備具有技術上的相似性。總部位于水電大省四川的東方電氣在水電領域基礎雄厚，白鶴灘水電站左岸安裝的8臺全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組就是由東方電氣自主研制。經過百萬千瓦級的歷練，技術團隊在風電領域進一步拓展，研制出配套18兆瓦（1.8萬千瓦）的超高功率密度發電機和126米葉片。“作為國家隊成員之一，我們一直貫徹著關鍵核心技術要牢牢掌握在自己手里的理念。對于直驅風機來說，發電機和葉片就是最核心的部件，這兩個一旦研制成功，就基本具備了成功的基礎。”他說。
盡管如此，這款風機的技術攻堅也并不輕松。“其中最大難點之一就是行業首創全國產化集成式雙驅變槳系統。”東方風電風電研究設計院高級工程師甄紅亮介紹，為了解決兩個電動機的匹配性問題，研發人員花了將近兩個月，對自主編寫的同步算法反復修正，最后把偏差值控制在一個牛米以內。
正當這款18兆瓦海上風機等待吊裝之時，中國三峽集團與金風科技聯合研制的16兆瓦海上風機已經投運半年。三峽能源副總經理、黨委委員呂鵬遠介紹，風機目前已連續運行超1800小時，并成功應對了“卡努”“杜蘇芮”等多個臺風考驗，機組監測各項振動等指標數據平穩。2023年12月21日實現單日發電量38.72萬千瓦時，創全球風電單機單日發電量新紀錄。
這臺16兆瓦海上風機突出亮點在于其國產化主軸軸承。主軸軸承是風機的核心“關節”，一組主軸軸承就要支撐起整個系統的全部（百噸級）重量和葉輪的氣動載荷，同時傳遞扭矩。但主軸軸承一直是中國風電產業鏈上為數不多的國產化薄弱環節。
“這次主軸軸承研制最早是以國際知名軸承為主，用戶只是給洛軸一次同步研發機會，但并不看好。”洛軸副總經理鄭紅威說。洛軸是洛陽市屬國企，也是中國“一五”期間156項重點工程之一。
鄭紅威介紹，洛軸對這個項目志在必得，技術團隊每天工作時間超過10個小時，周末也不休息。在項目晚起步的情況下，硬是用短短六個月時間將近百個技術難題一一突破。在項目還有兩個月需要交付時，用戶主選的那家國際知名企業產品出現問題，達不到設計要求。于是用戶將所有希望寄托在洛軸身上。最終，洛軸圓滿完成了研制任務，產品各項技術指標全部優于設計要求，因而最終勝出。“這款產品的研發成功裝機使用，結束了我國不能研發制造此類高端產品的歷史，成為我國大功率風機主軸軸承從跟跑到并跑的轉折點。”
2023北京國際風能大會暨展覽會上，往年相對低調的洛軸展臺擠滿了圍觀人群。外徑3.2米的配套于16兆瓦海上風機的主軸軸承，成為此次展會最大亮點之一。
創新聯合體
不同行業適合不同的技術創新模式。“創新聯合體”概念雖提出較晚，但中國風電產業鏈上中下游企業組成的實質上的創新聯合體，對于風機行業先后解決“有沒有”“全不全”“強不強”的問題、實現跨越式發展功不可沒。
東方電氣研制的配套18兆瓦海上風機的首支葉片下線
2005年以前，中國風機市場基本被國際巨頭壟斷，國家發展改革委出面主持中國華能與華銳風電、龍源電力與金風科技兩組開發企業與風機制造企業的結對合作，取得了一系列零的突破。2009年前后，龍源電力又牽頭組建創新聯合體，實現“上山、下海、低風速”的全覆蓋。創新聯合體推動中國成長為全球風電第一大國；國家能源集團旗下龍源電力自2015年起穩居全球最大風電開發商之位；2022年全球十大風機商里中國占據六席，其中金風科技位列榜首。
如今，中國風機行業已步入“強不強”的發展階段。而10兆瓦級海上風機的研制則是衡量強不強的一項重要指標。
“2021年華能牽頭申報一個關于大兆瓦風機的國家級重點研發專項時，就選定東方電氣作為合作方之一。當年我們聯合研制出國產化率達到96.2%的7兆瓦海上風機。在此基礎上，雙方開始了18兆瓦海上風機的聯合研制。”華能清能院海上風電部主任劉鑫對《國資報告》記者說。
他介紹，在18兆瓦海上風機研制過程中，中國華能作為開發企業，負責項目總體協調以及提供海上風電場環境信息數據、開展整機仿真計算、新型國產變流器開發、組織機組示范等；東方電氣作為風機制造企業，負責風電整機研制以及發電機、葉片等核心部件研制等。
“創新聯合體對于新機組的研發是非常有必要的。如果產業鏈上每一環節都單打獨斗，可能只會關注自己的問題，對整體的把握就相對欠缺。創新聯合體卻能讓大家都從整體角度出發一起設計一個最優的產品。”劉鑫說。
而站在風機制造企業角度，創新聯合體還有更為實際的作用。幾年前東方電氣曾懷揣中國首臺10兆瓦海上風機參與某家開發企業招標，對方出于對國產大兆瓦風機的不信任，寧可選擇與國際巨頭有深度合作的風機商最高價中標，最終還是創新聯合體成員中國三峽集團為其提供了第一筆訂單。關于這款18兆瓦海上風機，中國華能和東方電氣均向《國資報告》透露，預計將于2024年在浙江的華能玉環2號海上風電場吊裝6臺。
首臺16兆瓦海上風機的創新聯合體更具廣泛性。
牽頭單位中國三峽集團是目前中國最大的海上風電開發企業。該公司在福建打造了三峽海上風電國際產業園，引進海上風電龍頭企業，形成風機、電機、葉片、鋼結構件等完整產業鏈。近兩年產業園相繼下線了13兆瓦、16兆瓦、18兆瓦海上風機，推動我國海上風電從“跟跑”到“并跑”再到“領跑”的歷史性跨越。“作為開發企業，我們其實可以選擇引進國外設備，但這種方式會讓我們受制于人，也不利于中國海上風電發展。于是我們決心把上中下游產業鏈聯合起來一起創新，外國人能做到的，我們一定也可以。”呂鵬遠說。
2023年6月28日，全球首臺16兆瓦海上風電機組在三峽集團福建海上風電場完成吊裝
金風科技研發代表高亞州介紹，在16兆瓦風機研制過程中，該公司與中國三峽集團一起針對國產化控制器開展科技攻關，軟硬件均實現了100%自主知識產權，解決了“卡脖子”問題。同時，該公司還與洛軸成立聯合科研攻關小組，金風科技為洛軸分享了大量國內外技術資料，洛軸則結合以往生產經驗創造性開發出一套全新工藝，雙方共同推動16兆瓦主軸軸承誕生。
“中材葉片與中國三峽集團、金風科技三方強強聯合，共同研發創新。”中材葉片黨委書記、董事長莊琴霞說，中材葉片為中國建材下屬企業，2023年6月收購中復連眾100%股權后，已成為全球風電葉片行業規模最大的企業。16兆瓦海上風機研制過程中，該公司結合中國三峽集團提供的重要參數，有策略地制定了材料和工藝的選擇方案，三家公司聯合開發。一直以來，中材葉片與金風科技攜手攻克了諸多技術難題。
跨越的背后
近幾年中國海上風機大兆瓦化浪潮有其特殊的時代背景。
“雙碳”目標為海上風機大兆瓦化定下基調。國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》在“加快先進適用技術研發和推廣應用”一節明確提及“大容量風電”。
大兆瓦訴求首先源于自然條件。2017年以前，中國絕大部分海上風機都安裝在江蘇海域，當地的風資源條件決定了國內主流海上風機單機容量長期停留在5兆瓦以下。2016年11月，國家能源局發布《風電發展“十三五”規劃》，提出“重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風電建設”。福建、浙南、粵東海域位于臺灣海峽及鄰近區域，海上風資源稟賦全國最優，因而對大兆瓦風機的訴求也更為強烈。
大兆瓦風機還被視為制造強國的重要注腳。2016年6月，國家發展改革委、工業和信息化部、國家能源局聯合印發《中國制造2025－能源裝備實施方案》，將10兆瓦級海上大功率風力發電機組作為重點列入。
更迫切的壓力則來自補貼退坡后的降本需求。2019年5月，國家發展改革委首次下調海上風電電價；2020年1月，財政部宣布2021年之后將取消海上風電國家補貼。“風電機組單機容量越大，功率就越大，每個機位的效益就會越高，能有效節省海域資源，降低海上支撐結構、電纜、施工等方面的分攤成本，減少海上風電項目度電成本，進一步為新技術、新產品預留成本空間，提供實證平臺。”三峽能源總經理、黨委副書記張龍說。
面對重壓，國資國企承擔起建設現代化產業體系、加快發展戰略性新興產業的歷史使命。2023年5月，國務院國資委召開中央企業加快發展戰略性新興產業部署會，提出“全力以赴發展戰略性新興產業”。在國務院國資委的統籌推進下，中國三峽集團、中國華能等6個海上風電主力開發企業入選29家創建世界一流示范企業大名單；直接參與大兆瓦風機研制的多家央企子公司和地方國企入選創建世界一流專業領軍示范企業名單及“雙百企業”“科改企業”。
基于以上多重原因，中國風機大兆瓦化自2019年起跑出加速度。2019年，東方電氣與中國三峽集團聯合研制出中國首臺10兆瓦海上風機，將中國風電帶入“兩位數”時代；2022年2月，東方電氣研制出中國首臺13兆瓦海上風機；2022年11月，金風科技與中國三峽集團聯合研制出全球首臺16兆瓦海上風機；2022年12月，中船海裝研制出全球首臺18兆瓦海上風機；2023年11月，東方電氣與中國華能聯合研制出全球首臺18兆瓦直驅海上風機。
如此飛快的迭代速度引起部分業內人士擔憂。“大家的質疑主要在于可靠性能否保障。技術迭代需要時間去沉淀，但這幾年形勢不等人。東方電氣在研發中注意規避風險，而且之前的10兆瓦、13兆瓦風機運營數據也不錯，目前來看我們對18兆瓦比較有信心。”曾志說。
東方風電產業和市場開發中心副主任彭遠章給出一組數據，該公司10兆瓦海上風機目前已投運40臺左右，三年多來年均可利用率超過98.5%。“發電量遠超當時的科研設計值，目前來看經濟性和穩定性都不錯。”
多位受訪人員也表示，在研發過程中注意將安全性擺在突出位置。
業界對海上風電行業另一重擔憂在于非理性低價競爭。大兆瓦提速還不足以對沖補貼退坡的影響，一些風機商打響價格戰，上游零部件企業也受到波及。“行業要有持續的競爭力，沒有安全和質量保障的低成本競爭策略是要命的。”在莊琴霞看來，低價競爭在某種程度上也帶來了安全隱患。
對于未來發展趨勢，曾志表示，東方電氣在大兆瓦風機方面會在繼續深入探索的同時控制好節奏，將把更多精力放在收集測試和實際運行數據、不斷優化和完善現有機組上。“我們希望把18兆瓦直驅海上風機推向世界。”
