金风科技在24个国家都有的项目
发布时间:2019-06-08 03:35

  2019年5月16日~17日,由中国工程院、中国电机工程学会和国家能源集团联合主办的2019年清洁电力国际工程科技高端论坛暨国家能源集团清洁能源国际高端论坛在京举行。

  金风科技董事长武钢在题为《风电发展的科技创新与数字化实践》的主旨演讲中与参会人士分享了风电行业30年来的发展心得、经验,并展望风电事业发展的未来。

  尊敬的来自国内外的各位专家、各位同行,大家下午好!非常感谢主办方创造了这么好的交流和沟通的环境,在过去一天半的时间里面,我收获较大,不同新能源领域,大家互相碰撞,互相交流,更加深了对我们自己工作的理解,也让我们看清了未来的发展方向。

  我的一个体会是,能源转型最终要回到一个原生态的能源供给和能源使用的状态,每一原生态可再生能源都有自己的优势,也有自己的劣势,正如七八年前美国里夫金专家提出的,未来的能源就是可再生能源加上互联网的结合,最后构建新能源生态体系,所以我们今天所讨论的内容意义非常大。

  金风科技在20多年前进入到风电制造行业,我们从新疆走出来,金风的研发中心在北京亦庄,我们在全球24个国家都设了我们的基地,有五六个研发中心分布在中国、丹麦、德国、澳大利亚等地方。

  在过去的几年发展中,从小到大,我们觉得能源转型创新是系统的创新,不仅仅是技术创新,也不是完全由企业来主导,政府政策引导的创新发挥了很好的作用,中国能够在不到20年时间里,让风电电量占到电网总发展量的5.2%,昨天上午谢院士介绍,说一个新能源品种进入到能源领域占1%的市场份额,需要25年的时间,中国不到20年的时间,我们能够做到超过5%这样一个成绩,在国家战略,政策创新、机制创新,包括中国的改革开放,都起到很大的作用。

  金风科技实际是这个产业的受益者和贡献者,我大概统计了一下,过去20年我们成长了几百倍,累计给国家上交的税收超过150亿,可能很多人都不太清楚,虽然我们是做新能源社会效益好,但是我们也能给国家经济发展、税收做出这样的贡献。金风在研发累计投入超过一百亿,这个产业不仅仅是自身的发展,而且带动了整个中国的装备制造业的发展。

  我分享一下我们在行业的实践。概括的说中国风电发展经历了30年,回头看这30年,完全是国际化融合的过程,从1986年到97年,我是87年进入到这个行业的,刚进来的时候还是20多岁的年轻人,在那个阶段,刚好欧洲的风电产业进入到要规模化发展阶段,中国在这个阶段引入了大量进口风电设备,我们可以看到几乎欧洲所有生产厂家在中国都曾经有过业绩,所以我觉得这个阶段不仅是中国做了风电示范性的探索,而且也帮助欧洲的风机制造业实现了快速的崛起。

  98年到04年,这是风电产业起步阶段,04年开始筹划《可再生能源法》,06年正式颁布。在产业起步阶段,中国大部分采用许可证转让方式来制造,促进了欧洲很多厂家通过技术转让获取了进一步做新一代风机的资金支持。05到2010年因为《可再生能源法》颁布中国装备制造业进入快速发展期,这个阶段实际是中国装备制造业最辛苦,而且是成绩和进步最快的,过去欧洲国家说中国至少风电装备叶片、发电机、齿轮箱、天行、电控五大做不出来,现在不仅五大件做出来了,而且欧洲几乎所有五大零部件厂家都在中国有它的生产厂家,而且我与叶片厂、轴承厂供应商CEO聊天,他们告诉我,中国的工厂无论从业绩、产能、产量、质量在全球工厂里面都是名列前茅。

  从2011年到今天中国风电装备制造业已经进入到创新阶段,中国参与了近百项国际风电行业标准的编制,金风科技去年参与了三项起草单位,《可再生能源微电网标准》,我们做了全球几次答辩,最后获得了批准,这里面我有两个感谢,一是感谢在中国风电起步阶段欧洲各个厂家还有国家实验室,给我印象最深的是丹麦RISO国家实验室,每次到RISO国家实验室访问时,所有实验报告都是公开的,可以讨论完之后把报告带走,这个实验室对全球风电发展做出了巨大贡献,所以20年了,我们始终和他们保持着密切的联系,当然这个实验室现在并到DTU一个大学里去了,但每年都有合作。第二感谢国内风电投资商,尤其国有的投资商,他们积极带头选择国产风机,我们每个新机型出来是有风险的,但他们每次积极带头使用。

  由于装备制造业的发展,大幅度降低了了风机的成本,因此对能源转型做出了比较大的贡献,中国对全球可再生能源转型的贡献,不仅在全球前十大风机供应商里有五个席位,而且中国零部件供应商也已成了全球风机整机厂的供应商。从电力的数据可以看出,煤炭从74%降到61%,可再生能源上升到38%,风电也达到了9.7%。这是我们国内风电装备的分布图,可以看到现在风电装备制造业实际上星罗棋布,遍布了全国各个地方,这里面有一个贡献,我们平常议论的比较少。

  大家知道中国装备制造业也面临一个转型,过去我们在水泥、钢铁、船运等等传统行业上产能非常多,但由于经济结构的调整,这些产业都面临着萎缩或倒闭,可再生能源产业的崛起实际承接了装备制造业的转型。一个传统装备制造业,它的基础、规范、标准、工艺,需要几十年的打磨,如果一个产业就这样消失了,实际再培养起来还需要花几十年,所以我们说风电一个很大的贡献,就是对产业的传承、装备制造业经验的传承。

  现在风电机组出口到34个国家,金风科技在24个国家都有的项目,尤其美国、澳大利亚这些发达国家,还有“一带一路”沿岸国家。

  风电给社会效益带来的贡献也是非常明显的,这里面就业人数只是统计了我们对行业,我们还有零部件供应商、投资商,不仅仅是装备制造业。

  由于技术创新,这几年使得我们在成本上,从风机方面单位千瓦的造价下降的幅度也是比较大,除了风机以外我们建设的综合成本也在下降,而且由于技术创新,使得我们风电发电效率提升了40%左右,因此它的整体的度电成本下降了40%,因此国家在这个时机提出去掉补贴,应该是非常及时的,对于国家持续投了10多年的研发的科技的投入,给它一个市场的能量释放的机会,个对我们企业来说是一个非常好的重塑的好机会。

  我们可以看到,虽然去补贴在即,但所有厂家我们还是信心满满,因为风电发展迎来了新时代,新的机遇,现在我们可以看到电动汽车、电动采暖还有很多方面都在用电,电更倡导用绿电,像苹果、谷歌他们都到中国来,我们和苹果签订一个协议,用我们绿色电力给他在中国的工厂提供绿色电力。这是非常大的发展的空间。

  未来发展是风电+太阳能+储能+生物质能还有其他可再生能源联合起来,逐步替代化石能源。

  全球能源发展转型有两种模式,一种像发达国家德国、丹麦所代表的,把核电、火电逐年关停,完全由可再生能源替代。另一种模式我们可以看看在非洲,在一些发展中国家,它的电力基础设施基本还没有建,所以可由可再生能源直接构建智能微网,这是非常大的市场潜力和机会,比如可以在非洲一个城镇,由太阳能+风能+储能,再加少量微燃机或者柴油机可构建可再生能源新电网,旁边这个案列是为什么德国把核电和火电停掉,从他们当地的分析报告里面可以看到,因为考虑到环保和外部的成本,加上国家的一些暗补的经费,实际上化石能源的真实成本远高于可再生能源,因此关停政策没有太多的纠结,很快就通过了。

  下面介绍一下关于风电的技术发展历史,简单看过去50年风电技术发展经过了4个台阶,刚开始很简单就是失速型,就是靠失速点空气分离然后风轮吸收效率下降,然后来保持风机在设计额定功率,因为过了失速点以后功率下跌的比较厉害,出现了主动失速技术,就是把风机拉回到失速点周围,让它始终维持在失速点前保持功率最大,因为气流分离以后叶轮吸收效率下降,CP值会掉下来,后面为了改变这个就出现了变桨和变速,变桨是为了保持让它的失速点维持在一个比较高的恒定的功率点,变速是为了保持它的尖速比值对应的最高的CP值点,也就是说它有一个最大功率的曲线,通过调整转速,让这个风轮吸收效率始终保持在最大的点。再往后演变由金风科技和德国的ENERCON(音)公司倡导的直驱风力发电机,因为过去我们做过四千多台齿轮箱风力发电机,发现齿轮箱给客户带来维修的成本是比较高的,另外齿轮箱会带来高速运转,增加安全隐患和维护成本,因此我们就思考什么样的风机能给未来客户带来更多的价值?后来想到了直驱,把增速箱取掉了,转速保持在十几转,这个技术应用了永磁发电机,搞电力系统都知道励磁实际有损耗的,我们把励磁环节用小磁钢替代,这样它的效率又提高了一块,用永磁,没有齿轮箱,因此风力发电机可靠性和效率相应高一些。因此我们说现在直驱永磁代表着一种新的风电发展的潮流,因为这项技术我们得到了美国MIT连续两年给我们颁发的全球五十强企业技术创新奖,同样在风电行业里面得到奖的有西门子,我们前面是因为开发了直驱永磁的技术,第二次是因为高海拔和低风速风机的开发,微风发电低风速风机也得到了MIT的全球五十强技术创新奖。

  尽管我们取得了这么多的进步,面对未来我们还是依然面临很多挑战,尤其是在设计方面,我做32年的风电,我对风电最深刻的认知就是它是一个高风险的行业,而且随着风机单机容量越做越大越是感觉提心吊胆,几百吨重的东西在一百多米的高空,要确保可靠性设计,是非常有挑战性的技术,我们现在也是借鉴了汽车还有其他工业可靠性的系统,把这些系统引入到我们风机可靠性设计里面。

  另我们风机对风载荷的跟踪并不是很优良的,风机出力还有很多空间是值得优化的。另外就是装备制造的一些工艺问题,体积越做越大,用什么样的工艺保证它的可靠性和降低它的材料量,还有就是实验非常重要,中国的动车为什么能成功,原因就是在实验上投了非常多资金。还有吊装、运行过程中的一些挑战,这里边有一个最重要的挑战,就是并网,金风科技从十几年前我们就设立了并网事业部,一直在研究怎么样开发电网友好型的风机,在并网过程中,因为现在风电场容量越来越大,因此如果风电场不能很好吸收电网的波动,而给它反馈一个很强的反馈的话,那么对电网的稳定是有影响的。所以怎样增加风电场的惯性,让它很好的吸收这些扰动,这是我们现在在研究的一些题目。

  一是大型化,为什么要做大型化?因为土地面积,尤其以后发电方式,风电应用方式,更多是分布式电源,在城市边缘,在沿海城市,哪里有负荷哪里有可再生能源,这时候不可能有大片土地建风电场,无论景观还是各个方面都有问题,所以大型化是未来发展的趋势,这是我们6.45兆瓦的风机,叶轮直径184米,中间画了一个足球场,是足球场两倍,是波音787飞机翼展长度的3倍,大型化给我们制造技术带来新的挑战。

  第二个模块化,为了使得风机更好的适应不同的风况地理条件,风机需要个性化设计,如果机型变化太频繁会给制造带来麻烦,所以通过模块化,模块的组合、软件的提升,另外通过分瓣技术,方便运输和吊装。

  第三就是智能化,现在风机里面各个总成都是带有CPU的,过去各个叶轮系统、传动系统还有其他系统都把信号汇集到中央,中央处理,现在风机每个总承里面都有CPU,都是带大脑的,所以未来的风机,一个是运算能力高、存储能力高,另外感知技术装的非常多,我们现在风机比以前多了将近两百个传感器。

  第一个理论突破,现在回过头来检讨,中国在风能的理论方面的投入还比较薄弱,可以回顾一下,欧洲工业的发展,在文艺复兴时代之后的几百年,在欧洲涌现出来了很多的非常优秀的理论科学家,像伽利略、牛顿、爱因斯坦等等,因为他的理论和数学方面的功底引导着制造业工业在几百年里面一直在全球都是领先的,中国在这方面是要加强,如果我们还想对这个行业有所贡献的话,就要在理论方面加强研究。

  金风科技我们自己开发的数学模型,从风模型到叶片的模型,一直到电机、变桨、变流器我们花了十几年时间,投入了大量科学家级的人物,我们很有幸,去年开发了非线性模拟控制策略,所有数学模型都是我们自己编辑的,我们经过德国TUV(音)公司的认证,他们认证之后说你们应该在北京搞个新闻发布,这个比较颠覆,目前他们所了解的几乎所有生产厂家都是用的英国过去设计公司用的控制策略的平台。所以理论上的突破我们觉得对未来的风机进一步优化有非常重要的意义。

  第二个就是实验,每一个实验的投入都是能够带来最后经济上的效果,举一个例子,电机的气息到底放多大为好,太大了损耗太大,太小了也会扫堂,因为电机直径大了以后有变形,轴承各个方面,那就要经过大量的实验,很多东西都要通过实验得到一些数据,然后再去校正我们理论模型。

  第三个就是数字化,我们特别感觉到庆幸,改革开放三十年风电发展到今天原本我们觉得差不多了,但是大数据、互联网、人工智能、云计算这些新技术的引入,又让我们看到了希望,所以我们现在的目标就是整个产品开发过程实现数字化,在实现数字化的过程中,有个新体会,四五年前我去了德国霍恩霍夫研究院,他们和西门子、菲尼克斯都是德国工业4.0的发起单位,我住了4、5天,他们把德国工业4.0整个完整过程都给我们介绍,而且最后领我们参观了他们实践的工厂,我看完以后得到很深刻的认知,德国工业4.0是建立在德国已经完成了专业化、标准化、信息化的基础上,它将通过互联网化和智能化,它计划迈入新台阶。对于中国工业界,专业化、标准化、信息化还有一定差距,所以我们要想弯道超车必须要两条腿走路,所以我们后面也是加大了我们数字化、信息化布局,我们希望在2021年,公司能够初步实现数字化,就是通过产品、技术、管理、业务全部实现能用数据去描述。

  这是我们在理论方面做的工作,首先从叶片还有风的流场,过去用激光雷达,始终考虑风到叶片时候风速是多少,但通过我们最近在实验风电场的测试,实际前排尾流反过来在风轮旋转过程中对前端风速有影响力的,如果考虑到这个因素控制策略会做到非常优化。

  这是我们基于理论基础之上做的产品方面的优化,比如电机分半、叶片的分半,90米长的叶片运输上成本很高,所以我们要做成分半,塔架的分半,目前这是实验台,电机拖动实验,可以做到十几兆瓦,这是在世界上最大的。第二个是十兆瓦的偏航和变桨系统的实验,后面是我们计划和国网公司联合投的16兆瓦自由度实验,还有一个是风电场的实验,后面是公司做的数字化的布局,因为时间关系我不一一展开了。

  总的大概思路就是从风的模型一直到风机,数字化风机,一直到工程建设,一直到全寿命周期管理诊断都要实现数字化,我们已经开发了应用工具的平台。

  这是一个智慧风机的示意图,这是三维的风电场的设计,这个设计可以大幅度提高设计院的时间和效率,用无人机测绘之后就是数字地图,后面设计优化都是在数字地图上完成。

  这是工程建设的排布,这是智能维护,以后实现语音和文字远方中心的智能指南。而且对于每一个零部件故障进行预判预测。总之通过数字化包括人工智能的应用,可以提升我们整个风电行业的竞争力。

  后面是有一些实践,这是金风科技现在在24个国家都有我们的项目和我们的基地,研发中心,这是国家能源公司在最北边黑龙江的一个项目,零下40度,我们当时接这个定单之后国外朋友说这个生意你们做不成,不要做了,但我们后来做了实验,轴承放到零下50度,用扭力拉,调整不同润滑油,最后找到了在零下40度情况下如何让风机安全运行的。这是我们在巴基斯坦,巴基斯坦温度特别高,但风沙大,所以IGBP电路板上有了粉尘以后,一热一冷会结水,对电器影响非常大,这个我们也是经过新的技术创新,解决了这个问题。这是厄瓜多尔,是目前至今为止世界上最高标准利用小时记录,五千六百多小时,是安第斯山脉的一个项目,是非常少有的。

  这是在巴西,巴西我们接了一个项目,有几百台风机,从安装完到现在5年了都在瘫痪,我们去了以后,这次把它的项目恢复了,大家知道维修一个风机比新造一个风机还要困难,你要尽可能用它的原来部件,但该换的要重新设计重新换。五年八毛多电价没有运行,最后设备投入运行后业主含着眼泪跟我们做交流,所以我们感觉技术能够给我们投资者带来非常好的回报。

  这是国家现在搞环水保以后,我们开发的能和当地风俗有机结合起来的彩色风机,一个广西,还有四川攀枝花,最后是我们智能微网,欢迎大家有时间来亦庄实地考察观摩,我们很想在城市里打造新能源和环保循环系统,今天上午陈院士提到风电制造过程中的节能环保问题,金风要求供应商一是做节能,二是做绿电生产,我们对自己的要求还是比较严的,现在做循环经济废物利用的企业很多,而且已形成了新兴产业,我们计划投资叶片回收的产业,在园区内,水的80%可以再循环,另外有太阳能、风电、储能装置构成循环的系统。

  最后想概括一下,创新对于可再生能源这样一个新兴的产业来说,永远在路上,我们非常希望在未来的发展过程中,中国的企业能够为世界的可再生能源发展贡献力量。谢谢大家!