曾幾何時，2MW、3MW、4MW的風電機組被視為行業的主流機型，轉眼間，大兆瓦風電機組便在短短幾年間迅速崛起，目前，陸上風電機組已發展至15MW，海上風電單機最大已達26MW。CWEA數據顯示，截至2024年，全國新增裝機風電機組平均單機容量已躍升至6046kW，同比增長8.1%。其中陸上風電機組平均單機容量為5885kW，同比增長9.6%；海上風電機組平均單機容量更是達到9981kW，同比增長3.9%。
以上數據，無一不彰顯著風機大型化之輝煌與迅猛發展態勢。但在風電產業發展的熱潮下，北極星風力發電網發現，我國風電機組大型化的發展速度正在悄然“降溫”。
對比前幾年動輒一年推出四五十款新型大容量機組的現象，近一兩年，企業發布新機型的數量明顯減少。過去幾年，各大整機商為在大型化賽道上搶占先機，每家每年都有針對特有的風資源區推出至少5款新機型產品，而現在，企業新機型產品推間隔拉長，而且絕多大數新機型多是對現有產品的優化升級。
從風機單機容量看，2021年到2023年期間，似乎每個月都有企業在挑戰新的功率極限，不斷推出10MW及以上機組，但2024年到2025年間，僅個別企業推出了新的超大容量機型，似乎已默認了機組存在功率極限瓶頸，整個行業不再像過去那樣頻繁地沖擊功率新高。
針對風機大型化速度放緩現象，北極星風力發電網請教了多位行業專家，主要總結為以下幾個原因，如有不當之處，歡迎各位讀者留言發表意見。
吊裝、運輸帶來的物理瓶頸
運輸方面，隨著風電機組單機容量不斷增大，葉片長度也在持續增長，如今已輕松突破百米大關，葉片最長已經超過130米，這種超長的尺寸使得常規的公路運輸方式困難重重。
相關專家表示，在實際運輸過程中，當葉片長度超過100米后，每增加10米，高速通過率就會下降40%。這意味著，隨著葉片長度的增加，能夠順利通過高速公路的運輸車輛數量大幅減少，運輸效率大打折扣。
吊裝方面，目前陸上風機高度普遍在160米，部分已經達到180米，個別項目將實現190米風機等批量應用，隨著機組的高度和重量不斷增加，這就要求吊裝設備具備更高的起吊高度和更大的起重量，但目前市面上具備超高能力的起重吊裝能力的吊車數量十分有限，可滿足190米風機以上的吊車更是不足5臺。
大型化降本效益不再顯著
不可否認，在風電機組大型化的初期階段，降本效果十分顯著，使得我國風電項目單位千瓦的設備成本得到了大幅降低。
但隨著風電機組大型化的持續推進，降本的邊界效應逐漸顯現，如今降本效果已大不如前，從零部件成本角度來看，早期大型化過程中，通過技術進步和規模化生產，零部件成本下降空間較大。但現在，許多零部件的成本已接近極限，下降空間愈發有限。
相關人士表示，過去十年間，風電設備價格大幅下降，風場開發成本和平均度電成本也顯著降低，這都得益于大型化的推動。但正如邊際效用遞減的規律，隨著產品迭代的加速和測試驗證周期的縮短，機組運行風險逐漸增加，這在一定程度上抵消了創新的收益。
據測算，若風場運行至第五年需更換五套葉片，將導致等效初始投資增加175元/kW，抵消06%的LCOE增益；若第八年發生倒塔事故，等效初始投資將增加158元/kW，抵消94%的LCOE增益；而第十年更換五臺齒輪箱則會導致等效初始投資增加124元/kW，抵消32%的LCOE增益。
風機大型化技術進入“無人區”
當前，我國風電市場已經進入產品和技術的無人區，在風電機組向更大兆瓦級發展過程中，在材料科學、結構設計等方面遭遇了諸多難以突破的技術瓶頸。
材料方面，傳統的葉片材料在面對超長葉片設計時，其強度、剛度和耐久性難以滿足要求。以碳纖維材料為例，雖然其具有高強度、低密度的優點，是制造大型葉片的理想材料，但目前碳纖維的生產技術復雜，成本居高不下，限制了其大規模應用，另外，在碳纖維與樹脂基體的復合工藝上，也存在著界面結合強度不足等問題。
在設計階段，也需要不斷的摸索前行。如何設計出更合理的塔筒結構，使其在承受巨大風力和機組自身重量的同時，還能有效抵抗地震、臺風等極端自然災害，是目前結構設計面臨的挑戰之一。傳統的塔筒結構在大兆瓦機組中可能出現應力集中、局部失穩等問題，而新型結構的設計需要綜合考慮材料性能、力學原理、制造工藝等多方面因素，研發周期長，技術難度大。
大兆瓦機組由于運行時間較短，在可靠性、穩定性等方面缺乏足夠的實踐驗證。雖然在設計階段進行了各種模擬和計算，但實際運行中的情況往往更為復雜，一些大兆瓦機組已經暴露出了一些問題。部分大機組的葉片出現了裂紋、變形等情況，塔筒出現了疲勞損傷等問題。這些問題不僅影響了機組的正常運行，還增加了維修成本和安全風險。
大兆瓦機組研發成本飆升
為了研發出更具競爭力的大兆瓦機組，企業需要在技術研發、實驗測試等多個方面投入巨額資金。以某知名風電企業為例，其在研發一款12MW海上風電機組時，僅前期的技術研發費用就高達數億元。
在技術研發過程中，需要投入大量的人力和物力，組建專業的研發團隊，包括機械工程師、電氣工程師、材料科學家等。這些專業人才的薪酬成本高昂，而且研發周期長，通常需要數年時間才能取得實質性成果。
另外，大兆瓦機組實驗測試費用同樣不菲。為了驗證大兆瓦機組的性能和可靠性，企業需要進行大量的實驗測試。這包括在實驗室環境下進行的模擬測試，以及在實際風電場中的現場測試。在實驗室測試中，需要建設專門的測試平臺，配備先進的測試設備，如大型風洞、疲勞試驗機等，這些設備的購置和維護成本極高。
結 語
風電機組大型化速度的降溫，標志著風電行業發展進入了一個新的階段，不再單純追求機組的大型化，而是更加注重技術創新、成本控制和可持續發展，回歸風電發電的本質。借用某位行業專家的一句話——過去兩年里，行業在大型化道路上走得太遠，以至于有些偏離了初衷。我們必須銘記，風電的大型化僅僅是一種手段，不能為了追求手段而忽視了目的。
風電熱潮下的冷思考——風機大型化“降溫”
日期：2025-05-21 09:47:43 瀏覽：277
