大功率變流器、三電平技術、風儲一體、器件國產化，將是陽光電源接下來在風電變流器領域主攻的方向。
自成立以來，無論市場如何風云變幻，“專注”“創新”“品質”的印記始終深深烙于陽光電源股份有限公司(下稱“陽光電源”)的足跡之中，“技術實力派”成了這家企業最鮮明的標簽。執著于清潔電力轉換技術，錨定市場前沿與客戶痛點，堅持將質量視作生命線，構筑起陽光電源快速成長的基石，使之在過去十年迎來業務拓展的“黃金期”，發展勢頭迅猛，產品日趨多元。在風電變流器領域，陽光電源多年保持領跑，2020年的發貨量達到1600萬千瓦，發貨風電場超過300個，向著全球一流風電技術及設備供應商的目標挺進。
帶著如此深厚的積累，面對風電發展的新階段，陽光電源如何看待產業及技術的走勢?將從哪些環節發力來鞏固自身的地位?圍繞這些問題，近日，陽光電源風能事業部副總裁汪令祥接受了《風能》的專訪，從一名研發負責人的視角分享他的觀察與思考。
平價時代，機遇與挑戰并存
時至今日，用“一片光明”來形容我國風電產業的前景，絲毫不為過。碳達峰與碳中和目標的提出，國家領導人的多次表態，新型電力系統的構建，均釋放出清晰的信號——國家將加快推動實現高比例新能源應用，風電迎來了歷史性發展機遇期。
然而，這并不意味著擺在產業面前的是一片坦途，阻礙與壓力猶存。考慮到我國風電剛剛邁過“平價關口”，業界接下來仍需重點關注降本增效，創新則是關鍵的抓手。
在汪令祥看來，從變流器的角度來說，技術進步依然有較大的可挖掘空間，提升功率與電壓等級就是方向之一。
今年9月，陽光電源正式推出12MW變流器，配套應用于大功率固定式和漂浮式海上風電機組。借助平臺化、模塊化設計，該系列變流器的最大功率可達16MW，從而使該公司的風電變流器產品功率等級一舉覆蓋1.5~16MW，涵蓋雙饋、全功率兩條技術路線。
同時，陽光電源還研發出三電平風電變流器，將變流器電壓等級從此前的690V大幅提高至1140V。它的顯著特點是輸出諧波含量低、電能變換效率高，在風電機組單機功率不斷增大的情況下，由此帶來的電量提升將相當可觀。并網電壓的提高，還能有效降低機組線纜成本。
汪令祥認為，未來5—10年，1000伏左右的三電平變流器有望成為陸上風電機組和海上風電機組的主流配置。他透露，在2021年的陽光電源總出貨量中，三電平變流器預計會占到一半，2022年將達到60%~70%。
集成設計是另一個切入點。除了主控一體、水冷一體變流器外，陽光電源還在加快推出風儲一體變流器。這些產品通過風電變流與儲能變換一體化控制，深度融合風儲應用，采用模塊化緊湊型設計，具備毫秒級快速功率響應，并兼容電池能量管理，適配多種類型電池，具有更高電能轉換效率，能夠驅動儲能在風電慣量調頻、電能消納、功率平滑及電能質量優化等方面實現更大應用突破，顯著提升風電接入電網的友好性能表現。
國產化也被視為實現降本增效的一條重要途徑。
據了解，我國多年前就已經完成風電變流器集成的國產化，目前主要針對的是IGBT等部分關鍵器件。
“我們一直在積極穩妥地部署這方面的工作，預計到2022年能夠做到批量應用。”汪令祥告訴《風能》。
對于變流器器件的國產化替代，他建議：第一，這是大勢所趨，全行業要有信心，主動擁抱國產化，在風險可控的前提下，提供應用場景。第二，要經過樣機—批量—大批量的過程，將風險降到最低。第三，在批量使用前應當進行充分的測試和質量評估，確保器件滿足現場運行工況條件。
創新，須實現整體效益最優
注重創新，自陽光電源創立之日起即已融入其基因之中。眾所周知，這家企業的“掌舵人”曹仁賢，屬于學者型的企業家。從事技術研究出身的他，當然深知掌握核心技術對一家企業意味著什么，這也成為陽光電源能夠在24年的時間中實現跨越式發展的動力源。
汪令祥向《風能》表示，任何研發都不可能有100%的成功率，但陽光電源愿意為此而投入。“研發失敗后如何將經驗教訓迭代到下一個過程之中，這是我們最看重的。”
在他看來，風電的創新一定是協同的創新，這是由機組的技術特點所決定的。一方面，各個部件之間深度耦合，單個部件的創新，離不開其他部件以及系統的支持。
“就像人，任何一個器官不協調的話，都會引發整體機能的紊亂。如果我們貿然推出一個1140V的變流器產品，而只有690V的變壓器、電機可配套，這樣的研發注定只會失敗。”他闡釋道。
另一方面，各個部件對整機發電效率存在或大或小的影響，在系統成本中所占的比重各不相同。在這種情況下，部件的創新就不能著眼于給自己創造價值，更需在整機層面達到最優的降本增效效果。
以變流器為例，其成本僅占整機總成本的不到5%，若單純從部件的角度來降本，意義并不大。但可以通過帶動系統降本增效為落腳點，來開展變流器技術創新。比如將變流器的電壓從690V升至1140V，帶動的電纜成本下降就超過了變流器成本的上升，在近兩年銅等原材料價格大幅攀升的背景下，這方面的價值更加凸顯。
基于上述認識，陽光電源始終十分重視與產業鏈上下游的溝通交流。
“我們與整機企業的技術和管理人員每個月都會進行數次交流，基于對變流器技術發展的研判，分享我們的想法、設計理念，看看能否給他們帶來一些降本增效的點。我們也會借機收集對方的需求。”汪令祥指出，“如果雙方達成一致，就會共同去推進，包括引導各自的優質供應商做一些探索。”
這實際上是將產業鏈上下游打通了，陽光電源則起到“橋梁”的作用。通過這種方式，這家企業的風電業務在近幾年發生了很大變化，獲得一定的先發優勢，“這是一個相輔相成、雙贏的過程”。
可靠性，要著眼全生命周期
持續的創新，意味著將不斷有新技術與產品投入使用，在一定程度上增加了風電機組發生故障的概率。而隨著海上風電的規模化開發，風電機組面對著所處環境惡劣、運維可達性差等不利因素，任何故障都極易造成重大損失。這些無疑對從整機到部件的可靠性提出了極為苛刻的要求。
汪令祥認為，可靠性一定要看全生命周期。“在風電機組的20多年壽命期內，剛開始運行以及壽命行將結束時的故障率高，中間階段低。我們要做的，就是想辦法盡可能拉長中間階段。”
為此，需要圍繞研發、測試驗證、質量管理、服務等環節，建立一套規范的流程和嚴格的保障體系。
深入了解客戶的需求，是實施研發活動的前置條件。陽光電源會與整機企業保持密切交流，精細分解其需求，將之反映到設計方案之中，以此提高變流器與整機系統的適配性。
研發過程中，在嚴格遵循相關標準的基礎上，陽光電源會綜合考慮性能要求與成本，結合最大風況、最高溫度、最大濕度等機組運行的極端邊界條件，來考量變流器的設計余度。
仿真與測試驗證自然是必不可少的。據了解，陽光電源搭建起完善的電網與電機半實物、熱設計等仿真平臺，大功率、不同電壓等級的測試平臺，以及各類環境實驗箱，可以將理論設計、半實物仿真、實驗臺驗證等全面融合，提高設計精度。
在質量管理方面，陽光電源的研發中心、供應鏈管理、器件導入、檢測中心、產品線等多部門聯手，從器件篩選、制程管理、整機檢驗等全過程進行管控，確保產品的可靠性。
汪令祥以IGBT的國產化為例向《風能》介紹說，陽光電源專門建立了IGBT可靠性檢測實驗室、EMC實驗室、元器件可靠性驗證評估實驗室，由不同部門從多個維度，通過嚴格的功能測試、性能測試、老化測試、模擬壽命測試等，全方位評估新器件的質量和可靠性。
“我們對國產IGBT的整體測試做得非常充分，涉及數十個參數。”他表示。
此外，在產品實際投用后，陽光電源會定期到現場抽檢、巡檢，及時發現薄弱環節，在此后的研發中加以迭代優化。這樣，就在研發—制造—應用環節之間形成了閉環。
當然，采取上述措施，并不能保證產品投用后保持“零故障”。因此，出現問題后，如何快速修復就變得至為重要。
這一方面需要從設計端提高設備維護的便捷性。“變流器變大后，維護必須更加便捷。我們的產品如果做不到這一點，絕不允許出廠。”汪令祥強調。
另一方面，它也十分考驗企業的服務響應能力。據悉，陽光電源在國內設有近24個風電變流器服務網點。對于一般故障，可以在4小時內完成維修;對于重大故障，能夠保證在48小時內完成維修。
面向悄然開啟的“十四五”周期，汪令祥感慨，“作為風能人，我們趕上了最好的時代。接下來，陽光電源會加大對風電業務的投入，緊緊圍繞市場需求開展技術創新，為推動風電早日成為主體能源貢獻一份力量。”
他透露，陽光電源將繼續推進三電平技術、大功率風電變流器、風儲一體化的研發，與整機企業和業主單位繼續加強合作，開展協同創新，踐行落實雙碳目標的責任。
|
