海上风机单机容量
欧洲海上风电技术是全球海上风电技术的风向标。研究机构认为新冠肺炎疫情并未对欧洲风电产业产生严重影响，判断欧洲风电产业发展将持续向好，资本投入将不断增长，新增装机量也将持续增长。例如，欧洲海上风电产业的市场投入于2021年和2022年将分别突破180亿美元和220亿美元。与此同时，2022年欧洲对海上风电的资金投入将超过对油气上游市场的投入。
图1 2020年欧洲主要国家风电发电总量
我国早有相关专家指出，欧洲海上风电的快速发展得益于大功率风机的广泛应用，而更大更便宜的风机是风电机组发展的必然趋势。大功率机组可以大幅提高发电量，节约运维成本。虽然目前成本较高，但随着技术推动，大功率机组成本将会变得越来越低。我国海上风电机组单机容量正在逐步提高，与欧洲海上风电技术差距正在逐步缩小。
据中国可再生能源学会数据，2017年之前，全球海上风电市场平均商用风机容量低于5兆瓦。对比来看，2018年全球海上风电机组平均容量超过了7兆瓦，并且预计2023年将达到10兆瓦。
近年来开发的项目中，6兆瓦以上机组已占据欧洲海上风电的主流，占比达到约80%。我国海上风电机组以4兆瓦为主，6兆瓦以上机组在逐渐增多。目前，国内已安装的最大功率海上风电机型已突破7兆瓦，达到全球海上风机平均容量水平。例如，莆田平海湾海上风电场安装完成上海电气7兆瓦级的SWT-7.0-154直驱型海上大功率机型。由此可知，我国大功率风机的整机制造和研发进程正在不断提速。
未来，12兆瓦将成为欧洲突破规模化应用的大兆瓦机型。虽然目前GEHaliade-X12兆瓦机型的开发费用超过4亿美元，但西门子歌美飒和维斯塔斯等制造商均有意跟进，12兆瓦级别海上风电机组有望大幅降低度电成本。
中国制造助力海上风机产业
1、风机叶片
随着风机大型化趋势愈发明显，大型风机叶片也被看作是衡量企业技术实力的标志之一。中国工程院院士周绪红总结说：“目前风电机组叶片研发方向基本定位在轻质、高强、大型、模块化。”目前，LM风电公司已生产出世界最长的107米叶片，该叶片可与GEHaliade12兆瓦风机搭配，是目前全球第一支超过100米的风机叶片。
图2 LM风电公司生产的世界最长风机叶片
我国在叶片研发制造方面也不甘示弱，东方电气风电有限公司10兆瓦功率等级B900A型叶片在天津叶片公司下线，该叶片长90米，是目前国内功率等级最大、长度最长的风电叶片。
图3 东方风电山东基地B900A型叶片下线仪式
国内大型海上风机关键设备制造能力不断提升，中材科技股份有限公司7月11日发布的2019年半年度业绩预告中提到，净利润61502.98万元～69190.85万元，较上年同期增60%～80%。风电产品结构和产能布局调整效果显著，充分受益于大功率大叶型叶片的结构化紧缺。
明阳智慧能源集团股份公司 （简称“明阳智能”）副总裁杨璞表示，仅在广东省内，明阳智能就部署了三大海上风机叶片生产基地，其中阳江叶片生产基地及中山叶片生产基地均已实现批量生产。粤东叶片生产基地正在筹建，在2020年建成了投产10条以上海上大型叶片生产线。全部投产后，明阳智能将具备年产700套以上海上大型叶片生产能力。
2、风力发电机
2020年10月，由中车永济电机公司自主研发的12MW海上半直驱永磁同步风力发电机重磅发布。清华大学、西安交通大学等高校知名教授及行业专家现场评审并见证。
清华大学教授、评审组组长柴建云代表评审组专家充分肯定了该电机的设计方案，表示：该电机是目前全球单机功率最大的半直驱风力发电机，希望研发单位继续引领风力发电机技术发展。
图4 12MW海上半直驱永磁同步风力发电机
3D模型效果图
近年来，中车永济电机公司先后研制成功7.6MW、10MW海上半直驱风力发电机，持续探索海上风电“无人区”尖端技术，引领风电行业技术发展。此次发布的全球最新最大海上“巨无霸”计划于今年上半年完成样机制造并投入市场。此次发布的风力发电机方案设计采用国际先进的设计理念，利用以精益研发为代表的全数字化三维技术、多物理场耦合仿真技术、模块化、标准化设计技术，确保电机各项技术指标满足或者高于技术要求。该机型额定功率达到12MW，在上一代10MW机型基础上进行创新设计，发电量提升20%。
表1 12MW海上半直驱永磁同步风力发电机主要参数
未来，中车永济电机公司将继续瞄准行业发展方向，研究12~15MW级海上漂浮式风力发电机的总体设计及关键技术，进一步巩固海上风电领域的技术和产品优势，助力我国海上风电产业高质量发展。
3、风电安装船
随着海上风电项目陆续开工，海上风电安装需求激增，部分地区海上风电安装船租赁价格已翻两倍以上，高达千万级别，与2020年陆上吊车行业的“疯狂”相比，涨幅有过之而无不及。与陆上风电不同的是，海上风电安装操作更为复杂，陆上风电安装吊车往往是标准化作业，一旦需要就能够相对快速地补上，但海上风电安装需要的则是定制化的海上安装船，造价高昂，技术要求更高。
对于海上安装船，“中国制造”同样享誉海内外。2019年由中国铁建港航局集团有限公司投资打造的国内首艘1300吨自升自航式风电安装船——“铁建风电01”在江苏启东交付使用，标志着我国海上风电施工领域又添“海工重器”。
此外，位于中国南通的中远海运重工有限公司为“Voltaire”号自升式安装船铺设了龙骨。这是比利时海工巨头Jan De Nul（JDN）集团在中远海运重工订造的第3艘自升式海上安装船，预计将于2022年交付。此次负责建造的Voltaire号将是市场上第一艘能够运输、吊装和安装超大型“下一代”海上风机及大型基础的船只。这艘船配备了一套3000吨的主吊和一个动态定位系统(DP2)，作业深度约80米，有效载荷约为1.4万吨，可容纳110人。与JDN集团现有的2艘自升式船“Vole au vent”号和“Taillevent”号相比，Voltaire的甲板空间几乎增加了一倍。更大的甲板空间和Jan de Nul的超低排放技术，使Voltaire拥有更低的油耗和排放，成为全球第一批超低排放（ULEv）且达到欧5排放标准认证的海上安装船。
4、世界级海上风电制造生态圈
近年来，广东省高度重视海上风电发展，并将其作为建设海洋经济强省和调整能源结构的重要手段。按照2018年4月发布的 《广东省海上风电发展规划（2017~2030年）（修编）》，全省规划海上风电场址23个，总装机容量66吉瓦，以打造万亿级海上风电产业生态圈。国内整机制造商纷纷驻扎广东省，建立先进生产基地，万亿级“蛋糕”同时也引来海外风电领先整机商在此驻扎，建立总装基地。
GE公司在揭阳市设立GE海上风电机组总装基地，并在广州开发区投资建设GE海上风电运营和开发中心。总装基地将生产制造迄今为止发电功率最大的Haliade-X12兆瓦海上风电机组，预计下半年开始组装生产；而运营和开发中心则为总装基地提供运营、技术和服务支持。总装基地和运营开发中心将构成立足广东，服务本地，辐射亚太的区域性海上风电生态圈，助力广东能源结构的优化以及制造业的转型升级。
图5 GE海上风电机组总装基地揭幕仪式
设立在广州的运营和开发中心将聚焦区域性需求，为中国市场进行海上风机设计优化和适应性改造，以实现Haliade-X12兆瓦风机的本土生产能力，该机型是目前GE可再生能源集团所研发的出力最大、功率最强的海上风机。先进技术研发制造的加入，也将促进我国风电制造能力的显著提升。
上海电气风电广东海上智能制造项目，落户广东汕头濠江区广澳物流园区。计划生产4~10兆瓦海上风电主机设备，该项目引入西门子4.0兆瓦、6.0兆瓦、7.0兆瓦海上风力发电机，这几款机组是目前全球技术最先进成熟，全球规模化运营业绩最好的海上风力发电机，将形成年产200套风电装备的生产能力。
该项目建成后将是目前最先进的集技术、制造、实验、运维为一体的综合型海上风电产业基地，代表着亚洲地区海上风电机组生产制造的最高水平。
2021年的冲刺
因今年底海上风电国家补贴将正式退出，目前海上风电行业已进入了最后的“冲刺阶段”。以广东省为例，广东省发改委不久前发布《关于下达广东省2021年重点建设项目计划的通知》。2021年广东省共安排省重点项目1395个，总投资7.28万亿元，年度计划投资8000亿元，安排开展前期工作的省重点建设前期预备项目1015个，估算总投资4.7万亿元。40个海上风电项目在列，其中包括19个重点建设项目&21个重点建设前期预备项目，详情如下：
表2 广东省2021年重点建设项目计划表
表3 广东省2021年重点建设前期预备项目计划表
结语
近年来，国内海上风电装备取得长足进步，近海大容量海上风电机组得到了较大的提升。单机容量15兆瓦的风机研究制造已提上日程，追逐大功率的海上风机制造的趋势已显现。正如中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩在国际海上风电高层技术论坛上所说，“大兆瓦机组是海上风电的必然趋势。我国海上风电机组单机容量正在逐步提高，与欧洲海上风电技术差距正在逐步缩小。”
