【原】設計決定成本：風電行業的冗余設計能否與安全和降本和諧統一

球哥看風 2021-07-23

展開全文

風電行業最近不太平。平價、平價之后的競價、儲能一波又一波的政策壓力給利潤已經達到極限的風電無異于雪上加霜。看看風電的全生命周期成本因素，風機造價都是焦點，各方面的問題最后都歸結于一個問題：風機降價。

風機成本還有下降空間嗎？

回顧過去10年的風電主機價格，雖然我掌握的具體數據不多，但總體趨勢從4500多降到2019年年初的3200，降價幅度達到20%-30%（2019年下半年重新上揚4000，這是短期的市場供需關系導致），風電主機廠壓力山大。作為投資主體，風電開發商必須確保投資收益的底線，否則沒有投資價值，無論你有多環保，風電的發展也就走到了盡頭。

簡單分析了風電全生命周期的成本構成：風電場的建安費用、場內線路和送出線路費用、進場和場內道路基建、升壓站、征地（國土和林業）、運維費用和主機塔筒費用（含箱變）。主機現在看來無論南北，成本比例基本在45-50%范圍。風電發展了十多年，除了主機費用外，其余各項已到行業利潤底線的成本水平，基本沒有下降的空間。同時征地費用因為涉及環保反而大幅上漲，基礎建設費用也是逐年增加。湖北湖南為例，混凝土價格已經增加不止一倍。所以，大家把降本的目標定在風機主機降本也是情理之中。

如何實現風機主機降本，實際各個主機廠已經做了大量工作，作為風電技術圈外的我，有點班門弄虎，我想很多主機廠的研發部門也在做這個工作。單從主機本身，內部挖潛，我個人覺得大有可為。以主機的單位千瓦重量（以機艙、輪轂、葉片）是否在朝下降趨勢，以過去2MW機型為例，機艙重量基本在80噸左右，今天3MW機型重量機艙基本都在110噸左右，總體來看下降幅度很大；而葉片過去1.5MW重量在5.8-6.3噸左右，今天2.5MW葉片在14噸左右，單位千瓦的重量反而增加，而項目的風速在下降。故此我今天提出了一個敏感話題，主機本身設計是不是還有減重增效的空間，以此降低單位造價。

風機性能過剩應該存在

作為一個機電液一體化的產品，風機的成本可以說在他從設計完成的那一刻，就已經確定了（單純的硬件成本）。設計之初，材料、結構、部件等都已確定，物資采購部門在不同時期和采購量方面會有一定浮動，但不會有太大波動，而選用什么材料，選用什么結構，用多少，選用進口還是國產的部件或材料對主機硬件成本影響非常大。

設計院對風電場的設計也有較大影響。風電場建設成本固定的情況下，發電量的多少直接決定了項目的收益率。大家可以后評估項目可行性報告與風電場實際運行數據，可研報告的發電量基本是實際運行數據的80%甚至不到（極少數或個別項目存在低于可研）。當然這里不是對設計院的不信任，早期大家都沒有經驗，對風的屬性還不夠了解，保守設計是正確的，但因此我們可以得出一個簡單的結論，風電場的設計存在冗余。

以雙饋為例，國內的風電機組（雙饋）絕大多數都走的購買圖紙，然后消化吸收再創新的路數，早期大家都對風機不熟悉，對設計的經驗不夠，所以首先以完全為最高指標，其次才是成本價格。兆瓦級風機已經國產化13-14年，理論上可以說，大家對風機非常了解，也對風電場設計非常有經驗。這方面我們要學習早期日本電子產品企業，他們在壽命設計和性能設計方面可謂極致，零部件的壽命和性能基本完全按照設計走，一個部件只能用多長時間，只能承受多大載荷，絕不浪費。因此，我個人斗膽提出，我們的風機性能是不是冗余過大，在安全的前提下，減重、性能指標優化（以滿足風電場的工況條件為基準）、優化配置（以實用夠用為基準），把風機的性能指標冗余系數進行優化，不改變總體結構的條件下，在滿足安全工況條件下，根據性能進行材料，結構等優化，以此降低成本。

降載是不是冗余設計的源頭呢

安全第一，這是風機生命線的底線，必須確保。風電行業其實設計水平還是有差異的，看看國內前十名的風機廠在塔筒重量方面就知道了，同樣一個風電場，同樣的機位，同樣的風資源，不同廠家的塔筒重量差異有的甚至達到15%，這就意味著僅塔筒的投資就可以降低15%。而這一切的基礎是風機載荷。載荷的前提是機艙、輪轂及葉輪重量，在同樣的風，同樣的葉輪直徑，同樣的水平載荷，同樣湍流條件下，塔筒卻有這樣大的差異，實際上體現了設計水平。從重量到載荷，到塔筒到基礎，這是一個連續反應，機組總成越重，塔筒也就越重，基礎混凝土及鋼材用量也就越大，成本也就越高。所以如何在同樣的安全系數條件下，去掉多余的冗余設計，才有可能實現減重，載荷優化降低，才有可能降本增效（抱歉，我早期對風機技術有過研究，后來沒有繼續，說的不對，可以交流）。

在這里，我個人建議，主機廠可以會同其客戶進行風電場的風機后評估，對風機的故障原因及故障率、風機運行實際載荷、湍流、功率曲線、大部件的使用情況及發電量等數據進行系統統計分析，從中獲取風機的性能設計與實際情況的差距，性能參數的冗余程度。通過實際工況條件調整優化載荷等核心參數，降低/改變/調整機組的部分材料，局部結構，實現功能結構最優，個人認為這里還有一部分空間。

上述基于個人對風電的理解，不足之處還請行業專家們多指導。