叶片超百米的风车，不一定是发电最优选择

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规模悄悄向光伏看齐

中国风电规模有多大？刚刚结束的2024北京国际风能大会给出了两个值得关注的数据：我国风电企业在全球风电整机制造市场中约占三分之二的份额，以及国内的风电装机量今年会累计突破5亿千瓦，并以每年1亿千瓦的速度递增——在国内可再生能源中，仅次于光伏（7.14亿千瓦）。

有意思的是，风电不仅有光伏的命，也得了光伏的“病”，光伏制造行业的难题同样也是风电行业的坎。

在国际风能大会上，三一重能、金风科技、明阳智慧等12家风电整机商签订《中国风电行业维护市场公平竞争环境自律公约》，不仅要反垄断，还要求“风电设备制造类企业无正当理由，不得以低于其自身成本的价格销售产品或提供服务”。

很明显，风电行业一样走到了能源设备制造环节过度竞争的周期律底部，为避免低价恶性竞争只能业内自我约束。只不过这种“公约”到底有多大约束力笔者也很难评价，毕竟目前还没有哪家企业会主动减产放弃市场。或许最终风电也会和光伏行业走出每一轮周期低谷的方式相同，也就是靠淘汰落后产能、兼并重组来解决问题。

海上、陆上风机大型化成趋势

其实风电行业的竞争加剧，从风机本身的发展也能看出来。经过十几年的发展，中国风电产业不仅形成了完备且极具成本竞争力的全产业链，风机大型化的趋势更是明显：内里单机容量变大、外观风机叶片更长。

风力发电机是利用风力旋转叶片，叶片连接旋转轴，以磁铁和增速器来增强旋转力驱动发电机，将机械能转化为电能。很明显，如果能增加每座发电机的输出功率，就能减少设置台数，即可降低建设和维护费用，这个逻辑厂商也懂，所以在这方面的研发力度一直不小。

得益于供应链能力和技术积累，当欧美风机厂商的单机容量最大不过15兆瓦（MW）的时候，我们的风机厂商已经推出了18兆瓦的海上风机。海洋上的风一直比内陆强大，也更容易成为厂商增加发电量的试验场，明阳智慧的董事长张传卫今年3月还在采访中提到，年内会推出22-24兆瓦的超大型深远海漂浮式风机，到时候全球最大容量和最长叶轮直径估计都要刷新了。

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一定要超大型吗？

一般来说，风力发电机组的叶片长度与其功率成正比，叶片的体积越大，发电功率就会越大，发电量也就越大。以前4-5兆瓦的风机，叶片长度一般是80米长，而7兆瓦左右风机，叶片长度能超过90米——别小瞧两兆瓦的功率差异，这可代表的是每小时2000度电的发电量差异。

开发大型“发电风车”其实也不简单，业内一般评价风力发电机至少会有两个维度，一是发电容量，二是抗风级别。

虽然发电机的尺寸增大，并不必然要求更高的抗风级别，但是最近几年我们为了获得更多的风能，离岸风电厂开发地相当积极，就是把原本在陆地上的风机整根插到岸边或更远离人烟的海域，这些地方的风况条件决定了风电机的抗风级别必须高。

前文提到的漂浮式风机，其实也是想要解决深海的抗风问题。漂浮式风机最早是挪威一家企业提出的，它的基础结构类似于浮筒，依靠海面下的配重在水面上漂浮。这样风机就不用固定在海床上，而是浮在水面上，通过锚链和锚固系统，或者仅仅靠电缆来稳定位置。

而从传统的水平轴风力涡轮机（HAWT）它本身的结构来说，防风除了“根”的位置，还和两个控制系统紧密关联。一个是变桨系统，主要用于调整叶片相对于风的角度，比如当风速增加时，变桨系统可以减少叶片的角度，减少风压；如果遇上极端风速，就直接将叶片调整到“羽化”角度，也就是几乎平行于风向，保护发电机和整体结构。

另一个是偏航系统，它主要是调整风力发电机的机舱方向，使叶片始终正对风向，以最大化风能捕获效率。偏航系统会通过旋转机舱和叶轮，使风机在风向改变时迅速调整到最佳迎风角度，哪怕风速过大导致停机，偏航系统还是能找到最佳机位，确保风机的整体稳定性。

当然，哪怕这两个系统做到极致，遇上海南的台风天，也是有被损毁的可能。所以就有企业在“垂直轴风力涡轮机（VAWT）”的基础上，开发出了一种更适合在风里不稳定、空间有限地区使用的“反转式直立涡轮（IVA-WT）”。

反转式直立涡轮发电机很适合在风里不稳定、空间有有限的地方应用

垂直轴风机和水平轴风机的最大区别，顾名思义，就是它的旋转轴是垂直与地面的，意味着其能够从任何方向的风中获取能量，无需复杂的偏航系统来调整叶片方向以迎风。

而IVA-WT的进化之处在于，它是由上下两组旋转方向相反的叶片组成，这样不仅能使其旋转时更加稳定，还能增加发电效率。这是因为它的发电涡轮是通过两组扇叶之间的相度旋转来发电，这就像我们双手拧湿毛巾，等于收集到几乎两倍的能量。

但它的缺点就在于能量转换效率不是特别高，所以现在常见的还是叶片长度近百米的传统水平轴风机。

没有叶片的风能震动发电机也是大型化之外的选择之一

不过，一窝蜂的去竞争大型化风机确实是利益最大化的选择，但据平安证券数据，近三年国内风电企业盈利下滑明显，陆上风机平均招标价格从2021年初的3000元/千瓦跌至约1500元/千瓦；海上风机价格从大约7000元/千瓦腰斩至约3000元/千瓦。

现在业内都在谈到欧洲到南美找市场，那么能押注的也不仅是大型风机吧？还有很多能应用于普通家庭、城市建筑的新型发电机，比如不需要叶片的震动涡轮发电机，虽然转换效率一般，但建造和维护成本都低，怎么不是另辟蹊径的好路子？

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编辑｜张毅

审核｜吴新

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