设计决定成本：风电行业的冗余设计能否与安全和降本和谐统一

风电行业最近不太平。平价、平价之后的竞价、储能一波又一波的政策压力给利润已经达到极限的风电无异于雪上加霜。看看风电的全生命周期成本因素，风机造价都是焦点，各方面的问题最后都归结于一个问题：风机降价。

 风机成本还有下降空间吗？

回顾过去10年的风电主机价格，虽然我掌握的具体数据不多，但总体趋势从4500多降到2019年年初的3200，降价幅度达到20%-30%（2019年下半年重新上扬4000，这是短期的市场供需关系导致），风电主机厂压力山大。作为投资主体，风电开发商必须确保投资收益的底线，否则没有投资价值，无论你有多环保，风电的发展也就走到了尽头。

简单分析了风电全生命周期的成本构成：风电场的建安费用、场内线路和送出线路费用、进场和场内道路基建、升压站、征地（国土和林业）、运维费用和主机塔筒费用（含箱变）。主机现在看来无论南北，成本比例基本在45-50%范围。风电发展了十多年，除了主机费用外，其余各项已到行业利润底线的成本水平，基本没有下降的空间。同时征地费用因为涉及环保反而大幅上涨，基础建设费用也是逐年增加。湖北湖南为例，混凝土价格已经增加不止一倍。所以，大家把降本的目标定在风机主机降本也是情理之中。

如何实现风机主机降本，实际各个主机厂已经做了大量工作，作为风电技术圈外的我，有点班门弄虎，我想很多主机厂的研发部门也在做这个工作。单从主机本身，内部挖潜，我个人觉得大有可为。以主机的单位千瓦重量（以机舱、轮毂、叶片）是否在朝下降趋势，以过去2MW机型为例，机舱重量基本在80吨左右，今天3MW机型重量机舱基本都在110吨左右，总体来看下降幅度很大；而叶片过去1.5MW重量在5.8-6.3吨左右，今天2.5MW叶片在14吨左右，单位千瓦的重量反而增加，而项目的风速在下降。故此我今天提出了一个敏感话题，主机本身设计是不是还有减重增效的空间，以此降低单位造价。

风机性能过剩应该存在

作为一个机电液一体化的产品，风机的成本可以说在他从设计完成的那一刻，就已经确定了（单纯的硬件成本）。设计之初，材料、结构、部件等都已确定，物资采购部门在不同时期和采购量方面会有一定浮动，但不会有太大波动，而选用什么材料，选用什么结构，用多少，选用进口还是国产的部件或材料对主机硬件成本影响非常大。

设计院对风电场的设计也有较大影响。风电场建设成本固定的情况下，发电量的多少直接决定了项目的收益率。大家可以后评估项目可行性报告与风电场实际运行数据，可研报告的发电量基本是实际运行数据的80%甚至不到（极少数或个别项目存在低于可研）。当然这里不是对设计院的不信任，早期大家都没有经验，对风的属性还不够了解，保守设计是正确的，但因此我们可以得出一个简单的结论，风电场的设计存在冗余。

以双馈为例，国内的风电机组（双馈）绝大多数都走的购买图纸，然后消化吸收再创新的路数，早期大家都对风机不熟悉，对设计的经验不够，所以首先以完全为最高指标，其次才是成本价格。兆瓦级风机已经国产化13-14年，理论上可以说，大家对风机非常了解，也对风电场设计非常有经验。这方面我们要学习早期日本电子产品企业，他们在寿命设计和性能设计方面可谓极致，零部件的寿命和性能基本完全按照设计走，一个部件只能用多长时间，只能承受多大载荷，绝不浪费。因此，我个人斗胆提出，我们的风机性能是不是冗余过大，在安全的前提下，减重、性能指标优化（以满足风电场的工况条件为基准）、优化配置（以实用够用为基准），把风机的性能指标冗余系数进行优化，不改变总体结构的条件下，在满足安全工况条件下，根据性能进行材料，结构等优化，以此降低成本。

降载是不是冗余设计的源头呢

安全第一，这是风机生命线的底线，必须确保。风电行业其实设计水平还是有差异的，看看国内前十名的风机厂在塔筒重量方面就知道了，同样一个风电场，同样的机位，同样的风资源，不同厂家的塔筒重量差异有的甚至达到15%，这就意味着仅塔筒的投资就可以降低15%。而这一切的基础是风机载荷。载荷的前提是机舱、轮毂及叶轮重量，在同样的风，同样的叶轮直径，同样的水平载荷，同样湍流条件下，塔筒却有这样大的差异，实际上体现了设计水平。从重量到载荷，到塔筒到基础，这是一个连续反应，机组总成越重，塔筒也就越重，基础混凝土及钢材用量也就越大，成本也就越高。所以如何在同样的安全系数条件下，去掉多余的冗余设计，才有可能实现减重，载荷优化降低，才有可能降本增效（抱歉，我早期对风机技术有过研究，后来没有继续，说的不对，可以交流）。

在这里，我个人建议，主机厂可以会同其客户进行风电场的风机后评估，对风机的故障原因及故障率、风机运行实际载荷、湍流、功率曲线、大部件的使用情况及发电量等数据进行系统统计分析，从中获取风机的性能设计与实际情况的差距，性能参数的冗余程度。通过实际工况条件调整优化载荷等核心参数，降低/改变/调整机组的部分材料，局部结构，实现功能结构最优，个人认为这里还有一部分空间。

上述基于个人对风电的理解，不足之处还请行业专家们多指导。