全球低碳转型和能源革命的大趋势下，风电与光伏一道，构成了当下可再生能源发电的绝对主力。
当时间来到2022年，风电终于整体进入“平价时代”，行业迈入崭新发展阶段。
新阶段下，风电行业迎来广阔发展前景，也面临诸多挑战。
(资料图片)
“在风火同价时代，风电一边不断降本增效，一边要应对低价竞争带来的价格战；在风电机组大型化趋势下，风机质量成为挑战；未来新能源大规模并网，电网的稳定安全如何保障……”
“持续创新”无疑是这一切问题的终极解决方案。如今，中国风电行业已来到引领阶段的“无人区”位置，国内风电企业、尤其龙头企业成为创新主力，引领着风电行业的未来方向。
金风科技(002202.SZ)是国内最大的风电整机龙头企业，同时是国内最早从事风电机组研发、生产、制造的企业，在20多年的发展历程中，技术创新始终是公司的核心驱动力。
近日，21世纪经济报道记者专访了金风科技总裁曹志刚。针对“平价时代”下的风电技术创新，曹志刚表示，风电技术创新始终围绕两条主线：一是围绕风机主流产品进行产品、技术创新；二是随着新能源在能源结构中的占比增大，其波动性和不稳定性对能源结构的稳定性带来非常大的挑战，这对新能源行业是更重要的攻关内容。
当下，金风科技正经历新一轮技术裂变周期：今年5月，金风科技具有完全自主知识产权的风电整机仿真软件GTSim获得国际认证机构的权威认证；9月，公司历时8年自主研发的风资源评估分析系统“风匠”获鉴衡权威认证，10月，公司拥有完全自主知识产权的海上风电机组——中速永磁GWH252-13.6MW在福建三峡海上风电国际产业园成功下线，标志我国海上风电大容量机组研发制造水平从此与国外“并驾齐驱”。
曹志刚认为，随着行业企业加速技术革命，2025年将迎来风电技术跳变节点。“现在是一个过渡时期，在发生技术跳变前，一定会有技术积累过程，用2到3年的时间通过底层技术创新的积累，通过仿真能力的积累，通过实验能力的积累，才能步入更高的台阶。”
降本趋势与大型化挑战
国内风电四十年发展历程，曹志刚将之划分为四个阶段：上世纪80年代的起步阶段、上世纪90年代国产化演变阶段；2000年以后快速发展阶段；与欧美齐头并进阶段。
如今，国内风电产业不论是在叶轮直径，还是单机的功率等级、塔架的高度、度电成本等方面，已经与国外前沿技术齐头并进。而伴随着国内企业的快速崛起，风电产品的迭代越来越快，产品创新的条件要求越来越苛刻。
国内企业快速崛起的一个标志性事件是，国内风机大型化推进速度明显加快，金风科技等头部企业在风电机组的单机容量上已经达到国际最高水平。
2022年10月13日，金风科技拥有完全自主知识产权的海上风电机组——中速永磁GWH252-13.6MW在福建三峡海上风电国际产业园成功下线，这台风电机组单机容量达到13.6MW，其标志着我国海上风电大容量机组研发制造从过去的“跟跑”，发展到目前的“并驾齐驱”水平，关键核心技术由此迈入海上风电机组研制的世界先进行列。
曹志刚认为，正是新能源平价上网的目标倒逼企业不断降本增效，这使得大型化风机迅速推广。
“机组大型化后，从规格尺寸上来看，风机外形、大部件没有显著变化，仅在关键部分的输出功率或载荷上存在差异，例如发电机、增速机、叶片等，因此能够摊薄单位零部件的用量和采购成本，同时也可以减少机组数量，进而降低度电成本。”曹志刚向记者表示，机组大型化可以有效降低风力发电的度电成本。
记者了解到，以一个40万千瓦的海上风电项目为例，采用13.6MW的风电机组将比采用8MW机组节省20个机位点，在风机基础、吊装、塔筒、海缆等各个环节，将降低费用约1000元/kW.降本效果明显。
曹志刚表示，2021年，陆上风机主流的机型还在3MW的单机级别，2022年到了5MW、6MW的级别。接下来陆上风电机组还会达到更高功率等级。“三年的时间，风机的容量、叶轮直径扫风面积，翻了一倍不止，如果倒退三年前，我们想象不到有这么快的发展速度。”
在海上风电领域，2021年，我国海上风机的平均单机容量为5.6MW，预计2022年将超过8MW，大型化趋势明显提速。风电呈现出单机容量增加、风轮直径扩大以及塔架高度提升的变化趋势，从而有效增强发电效率，进一步降低风电成本。
但大型化绝非仅仅将风机简单放大，其背后往往意味着材料、结构等环节均要迎来巨大创新。
曹志刚指出，从现在的5MW到未来的18MW、20MW，甚至30MW功率等级。这不是物理层面上的简单延伸和放大就能达到的高度，风机大型化表面上是产品创新，其背后的核心是技术创新、理论创新及标准创新。比如，在风机容量较小的时候，碳纤维材料还没有推广使用，而现在成了必选材料，才能支撑更大的叶轮直径和叶片长度。叶片制造以前是一体化成型技术，现在已开始使用组合式模块等新技术。
风机结构、材料之外，基础软件的设计能力，也需要走到产品创新的前沿。
“用什么样的仿真软件去做产品设计，用什么样的数学模型做出的设计能够保证一次的成功性，需要大型实验台的投入，做相互之间的校验，让我们数学模型的准确性更高，仿真能力更强，包括创新理论的提升，底层设计软件的提升和建立等等，是接下来风机做到更大功率的保障。”曹志刚表示。
他认为，2025年将是风电技术跳变期的一个节点，“现在是一个过渡时期，在发生技术跳变前，一定会有技术积累过程，用2到3年的时间通过底层技术创新的积累，通过仿真能力的积累，通过实验能力的积累，才能步入更高的台阶。”
数字化融合提升新能源效率
除了大容量机组不断推陈出新以外，金风科技十分注重在数字化领域的技术创新，曹志刚介绍说，公司将风电技术与人工智能、物联网、区块链等新兴技术深度融合，数字化技术被广泛应用于全产业链，使得金风科技的制造水平和能力都在不断提高。
据了解，金风科技的智能机组充分体现了数字化的“黑科技”。金风的每台机组配置200 智能感知装置，300 设备失效预警模型，元件级在线实时监控，毫秒级自动控制及安全保障，可采集最小颗粒度的数据，实现发电机组7×24小时的安全运行平台与动态健康管理。
在基础软件开发上。今年5月，金风科技具有自主知识产权的风电整机仿真软件GTSim获得国际认证机构的权威认证，GTSim可有效支撑大叶轮、长柔叶片、高塔架风电机组的仿真设计，是国内自主仿真设计软件卡脖子技术的重大突破。
今年9月，金风科技历时8年自主研发的风资源评估分析系统“风匠”获鉴衡权威认证，“风匠”系统打破了风资源评估技术壁垒，并将应用场景拓展至光伏领域。其意义还在于它彻底改变了我国风电开发的节奏，不仅大幅缩短了项目开发周期，还有效改善了开发商的融资环境。8年间，“风匠”系统累计提供了超过1.5亿千瓦的潜力装机容量规划。
风机大型化趋势下，一个又一个大型风机的诞生，如何做到让这些巨无霸更可靠？金风科技整机传动实验平台给出了答案。
据介绍，早在2012年，金风科技开先河投资建成了当时风电行业最大的实验平台——6~10MW级别整机传动实验平台，已支持了各兆瓦级机组迭代优化实验验证。“随着风电技术的快速发展，金风科技又投资建成全球容量最大、检测功能最齐全的实验平台——六自由度16MW整机传动实验平台。”
让风机置身真实应用场景中，金风科技16MW整机传动实验平台能够模拟IEC标准风工况、GL标准风工况和实际风况。可验证直驱、半直驱和双馈机组的传动系、发电机、变流器、电控系统和多域在环实时仿真系统。
这些技术成果的运用，使得金风科技的风电机组产品具备更高的可靠性、场景适应性更强，在同等容量机组中风能转化效率不断提升。
数字化的意义还体现在维持新型能源结构的安全稳定性上。
2021年全社会用电量中，可再生能源的用电量占比29%，其中12%左右来自风电和光伏，17%来自于水力发电。这其中，水力发电波动性相对较低，风电和光伏波动性较强。
但随着碳中和进程的推进，尤其是2030年碳达峰之后，全社会用电量中来自于风电和光伏的电力预计占比要超过60%，甚至达到80%。届时，电网的稳定性将面临非常大的挑战。
曹志刚认为，在这样的挑战中，除了在供给侧构建安全可靠、灵活调节、智能智慧的新型电力系统，能源转型还需要需求侧共同发力。“但即便如此，只靠用能侧和供给侧，也没有办法完全平衡两端间的响应和波动。在新能源结构中，就需要储能这样很重要的环节加入进来，才能真正做到能源的安全和稳定。金风科技‘源网菏储’一体化技术正是实现安全稳定供电的关键，通过数字化技术实现源网荷储各环节间协调互动，帮助新型电力系统保持连续性、稳定性、可预测和可控制性，提高电力供应保障能力。”
创新构建零碳生态圈
随着碳中和进程推进，2021年以来，“零碳生态圈”越来越多地被市场提起，以“零碳”为主题的零碳工厂、零碳产业园建设逐渐成为风尚。
曹志刚表示，金风将“零碳生态圈”建设划分为了四个维度：一是零碳化能源装备制造；二是零碳能源的资源开发和应用；三是零碳能源的服务；四是零碳能源的推广及应用。四个维度虽层次不同但相互之间具有连接。
在风电能源装备生产制造过程中，从原材料加工，到零部件生产制造，再经物流运输到制造厂装配，最后风机吊装安装，以及全生命周期内的维护，目前还不能完全做到零碳。
为解决这些问题，曹志刚表示，“首先我们从能源装备的角度，通过不断创新技术，确保我们生产的风机二氧化碳排放最低。在2020年，以及2022年，我们请瑞典环境科学院对金风科技的5款风电机组在整个生命周期中对环境的影响进行了评估，结果显示，金风的风机在20年的全生命周期里，单位发电量对应的二氧化碳排放基本在6克左右，不到火电的1%。”
2022年，金风科技将实现自身运营边界的碳中和，同时金风科技将碳减排扩大到公司整个产业链。曹志刚介绍说：“2021年，金风科技做了约150家上游企业绿色供应链的工作，逐步让他们生产金风产品时的绿电使用率从最初的零到10%，再到30%。我们的目标是到2025年金风科技主要供应商生产金风科技产品绿色电力使用比例达到100%。”
曹志刚透露，金风科技还在研究包括重载物流环节端的减排，如通过重载卡车氢能源的应用，从能源装备上游的角度降低碳排放。
在零碳能源的资源开发和应用环节，他表示，工商业用户除了在自己的工业园区做风力发电和光伏发电的运用外，通过建设风电站或光伏电站等方式，实现大规模新能源的开发、运用，可以更好地减少二氧化碳排放。金风科技将为这些电站提供技术支撑。
“在零碳能源服务环节，金风科技通过向工业企业提供综合能源服务，帮助企业二氧化碳减排，以及综合运用可再生能源。我们打造的‘三减碳一平台’零碳解决方案，通过数字化能碳管理平台，在用能侧、供能侧和交易侧减碳，实现贯穿全过程的能源管理和碳排管理，这是企业碳减排非常经济的路径。我们已经做了一些典型的案例，比如天津中石化零碳润滑油工厂，天津港零碳智慧码头等等。通过源网荷储解决方案，我们将把零碳能源生态圈，涵盖扩充到智慧城市、智慧园区、数据中心、养殖行业、医药行业、商业地产行业等不同场景。”曹志刚进一步说明。
在零碳能源的推广及应用环节，他还表示，公司已经开始在水务行业中做尝试，跨出原来的能源圈，在其它行业中尝试创新。
曹志刚设想了绿色能源与大化工相结合的能源应用场景，“氢气拥有非常大的应用前景，但目前，大量的氢气还属于灰氢、黑氢(指使用非可再生能源生产出的氢气)，绿氢(指使用可再生能源生产出的氢气)占比还比较低。如果新能源供给侧的能力过剩，就可以把过剩的能源转变成为氢气/氨气，或者甲醇储存起来，当需求侧需要的时候，可以直接应用或者重新转化为电力等其它能源运用形式。”
他强调，国家提出“双碳”目标之后，新能源让万众瞩目，大家都纷纷进入这个赛道。能源科技企业的使命就是让社会的方方面面更容易得到绿电，让新能源有更高的普及性和覆盖率。
