大功率變流器、三電平技術(shù)、風(fēng)儲(chǔ)一體、器件國(guó)產(chǎn)化，將是陽光電源接下來在風(fēng)電變流器領(lǐng)域主攻的方向。

自成立以來，無論市場(chǎng)如何風(fēng)云變幻，“專注”“創(chuàng)新”“品質(zhì)”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(shù)實(shí)力派”成了這家企業(yè)最鮮明的標(biāo)簽。執(zhí)著于清潔電力轉(zhuǎn)換技術(shù)，錨定市場(chǎng)前沿與客戶痛點(diǎn)，堅(jiān)持將質(zhì)量視作生命線，構(gòu)筑起陽光電源快速成長(zhǎng)的基石，使之在過去十年迎來業(yè)務(wù)拓展的“黃金期”，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，產(chǎn)品日趨多元。在風(fēng)電變流器領(lǐng)域，陽光電源多年保持領(lǐng)跑，2020年的發(fā)貨量達(dá)到1600萬千瓦，發(fā)貨風(fēng)電場(chǎng)超過300個(gè)，向著全球一流風(fēng)電技術(shù)及設(shè)備供應(yīng)商的目標(biāo)挺進(jìn)。

帶著如此深厚的積累，面對(duì)風(fēng)電發(fā)展的新階段，陽光電源如何看待產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的走勢(shì)?將從哪些環(huán)節(jié)發(fā)力來鞏固自身的地位?圍繞這些問題，近日，陽光電源風(fēng)能事業(yè)部副總裁汪令祥接受了《風(fēng)能》的專訪，從一名研發(fā)負(fù)責(zé)人的視角分享他的觀察與思考。

平價(jià)時(shí)代，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

時(shí)至今日，用“一片光明”來形容我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的前景，絲毫不為過。碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的提出，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的多次表態(tài)，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，均釋放出清晰的信號(hào)——國(guó)家將加快推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高比例新能源應(yīng)用，風(fēng)電迎來了歷史性發(fā)展機(jī)遇期。

然而，這并不意味著擺在產(chǎn)業(yè)面前的是一片坦途，阻礙與壓力猶存?？紤]到我國(guó)風(fēng)電剛剛邁過“平價(jià)關(guān)口”，業(yè)界接下來仍需重點(diǎn)關(guān)注降本增效，創(chuàng)新則是關(guān)鍵的抓手。

在汪令祥看來，從變流器的角度來說，技術(shù)進(jìn)步依然有較大的可挖掘空間，提升功率與電壓等級(jí)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(yīng)用于大功率固定式和漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組。借助平臺(tái)化、模塊化設(shè)計(jì)，該系列變流器的最大功率可達(dá)16MW，從而使該公司的風(fēng)電變流器產(chǎn)品功率等級(jí)一舉覆蓋1.5~16MW，涵蓋雙饋、全功率兩條技術(shù)路線。

同時(shí)，陽光電源還研發(fā)出三電平風(fēng)電變流器，將變流器電壓等級(jí)從此前的690V大幅提高至1140V。它的顯著特點(diǎn)是輸出諧波含量低、電能變換效率高，在風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率不斷增大的情況下，由此帶來的電量提升將相當(dāng)可觀。并網(wǎng)電壓的提高，還能有效降低機(jī)組線纜成本。

汪令祥認(rèn)為，未來5—10年，1000伏左右的三電平變流器有望成為陸上風(fēng)電機(jī)組和海上風(fēng)電機(jī)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(yù)計(jì)會(huì)占到一半，2022年將達(dá)到60%~70%。

集成設(shè)計(jì)是另一個(gè)切入點(diǎn)。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(fēng)儲(chǔ)一體變流器。這些產(chǎn)品通過風(fēng)電變流與儲(chǔ)能變換一體化控制，深度融合風(fēng)儲(chǔ)應(yīng)用，采用模塊化緊湊型設(shè)計(jì)，具備毫秒級(jí)快速功率響應(yīng)，并兼容電池能量管理，適配多種類型電池，具有更高電能轉(zhuǎn)換效率，能夠驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能在風(fēng)電慣量調(diào)頻、電能消納、功率平滑及電能質(zhì)量?jī)?yōu)化等方面實(shí)現(xiàn)更大應(yīng)用突破，顯著提升風(fēng)電接入電網(wǎng)的友好性能表現(xiàn)。

國(guó)產(chǎn)化也被視為實(shí)現(xiàn)降本增效的一條重要途徑。

據(jù)了解，我國(guó)多年前就已經(jīng)完成風(fēng)電變流器集成的國(guó)產(chǎn)化，目前主要針對(duì)的是IGBT等部分關(guān)鍵器件。

“我們一直在積極穩(wěn)妥地部署這方面的工作，預(yù)計(jì)到2022年能夠做到批量應(yīng)用。”汪令祥告訴《風(fēng)能》。

對(duì)于變流器器件的國(guó)產(chǎn)化替代，他建議：第一，這是大勢(shì)所趨，全行業(yè)要有信心，主動(dòng)擁抱國(guó)產(chǎn)化，在風(fēng)險(xiǎn)可控的前提下，提供應(yīng)用場(chǎng)景。第二，要經(jīng)過樣機(jī)—批量—大批量的過程，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。第三，在批量使用前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分的測(cè)試和質(zhì)量評(píng)估，確保器件滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況條件。

創(chuàng)新，須實(shí)現(xiàn)整體效益最優(yōu)

注重創(chuàng)新，自陽光電源創(chuàng)立之日起即已融入其基因之中。眾所周知，這家企業(yè)的“掌舵人”曹仁賢，屬于學(xué)者型的企業(yè)家。從事技術(shù)研究出身的他，當(dāng)然深知掌握核心技術(shù)對(duì)一家企業(yè)意味著什么，這也成為陽光電源能夠在24年的時(shí)間中實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的動(dòng)力源。

汪令祥向《風(fēng)能》表示，任何研發(fā)都不可能有100%的成功率，但陽光電源愿意為此而投入。“研發(fā)失敗后如何將經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)迭代到下一個(gè)過程之中，這是我們最看重的。”

在他看來，風(fēng)電的創(chuàng)新一定是協(xié)同的創(chuàng)新，這是由機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)所決定的。一方面，各個(gè)部件之間深度耦合，單個(gè)部件的創(chuàng)新，離不開其他部件以及系統(tǒng)的支持。

“就像人，任何一個(gè)器官不協(xié)調(diào)的話，都會(huì)引發(fā)整體機(jī)能的紊亂。如果我們貿(mào)然推出一個(gè)1140V的變流器產(chǎn)品，而只有690V的變壓器、電機(jī)可配套，這樣的研發(fā)注定只會(huì)失敗。”他闡釋道。

另一方面，各個(gè)部件對(duì)整機(jī)發(fā)電效率存在或大或小的影響，在系統(tǒng)成本中所占的比重各不相同。在這種情況下，部件的創(chuàng)新就不能著眼于給自己創(chuàng)造價(jià)值，更需在整機(jī)層面達(dá)到最優(yōu)的降本增效效果。

以變流器為例，其成本僅占整機(jī)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(dòng)系統(tǒng)降本增效為落腳點(diǎn)，來開展變流器技術(shù)創(chuàng)新。比如將變流器的電壓從690V升至1140V，帶動(dòng)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(jià)格大幅攀升的背景下，這方面的價(jià)值更加凸顯。

基于上述認(rèn)識(shí)，陽光電源始終十分重視與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的溝通交流。

“我們與整機(jī)企業(yè)的技術(shù)和管理人員每個(gè)月都會(huì)進(jìn)行數(shù)次交流，基于對(duì)變流器技術(shù)發(fā)展的研判，分享我們的想法、設(shè)計(jì)理念，看看能否給他們帶來一些降本增效的點(diǎn)。我們也會(huì)借機(jī)收集對(duì)方的需求。”汪令祥指出，“如果雙方達(dá)成一致，就會(huì)共同去推進(jìn)，包括引導(dǎo)各自的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商做一些探索。”

這實(shí)際上是將產(chǎn)業(yè)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(yè)的風(fēng)電業(yè)務(wù)在近幾年發(fā)生了很大變化，獲得一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，“這是一個(gè)相輔相成、雙贏的過程”。

可靠性，要著眼全生命周期

持續(xù)的創(chuàng)新，意味著將不斷有新技術(shù)與產(chǎn)品投入使用，在一定程度上增加了風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障的概率。而隨著海上風(fēng)電的規(guī)模化開發(fā)，風(fēng)電機(jī)組面對(duì)著所處環(huán)境惡劣、運(yùn)維可達(dá)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(duì)從整機(jī)到部件的可靠性提出了極為苛刻的要求。

汪令祥認(rèn)為，可靠性一定要看全生命周期。“在風(fēng)電機(jī)組的20多年壽命期內(nèi)，剛開始運(yùn)行以及壽命行將結(jié)束時(shí)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(zhǎng)中間階段。”

為此，需要圍繞研發(fā)、測(cè)試驗(yàn)證、質(zhì)量管理、服務(wù)等環(huán)節(jié)，建立一套規(guī)范的流程和嚴(yán)格的保障體系。

深入了解客戶的需求，是實(shí)施研發(fā)活動(dòng)的前置條件。陽光電源會(huì)與整機(jī)企業(yè)保持密切交流，精細(xì)分解其需求，將之反映到設(shè)計(jì)方案之中，以此提高變流器與整機(jī)系統(tǒng)的適配性。

研發(fā)過程中，在嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，陽光電源會(huì)綜合考慮性能要求與成本，結(jié)合最大風(fēng)況、最高溫度、最大濕度等機(jī)組運(yùn)行的極端邊界條件，來考量變流器的設(shè)計(jì)余度。

仿真與測(cè)試驗(yàn)證自然是必不可少的。據(jù)了解，陽光電源搭建起完善的電網(wǎng)與電機(jī)半實(shí)物、熱設(shè)計(jì)等仿真平臺(tái)，大功率、不同電壓等級(jí)的測(cè)試平臺(tái)，以及各類環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱，可以將理論設(shè)計(jì)、半實(shí)物仿真、實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證等全面融合，提高設(shè)計(jì)精度。

在質(zhì)量管理方面，陽光電源的研發(fā)中心、供應(yīng)鏈管理、器件導(dǎo)入、檢測(cè)中心、產(chǎn)品線等多部門聯(lián)手，從器件篩選、制程管理、整機(jī)檢驗(yàn)等全過程進(jìn)行管控，確保產(chǎn)品的可靠性。

汪令祥以IGBT的國(guó)產(chǎn)化為例向《風(fēng)能》介紹說，陽光電源專門建立了IGBT可靠性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、EMC實(shí)驗(yàn)室、元器件可靠性驗(yàn)證評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，由不同部門從多個(gè)維度，通過嚴(yán)格的功能測(cè)試、性能測(cè)試、老化測(cè)試、模擬壽命測(cè)試等，全方位評(píng)估新器件的質(zhì)量和可靠性。

“我們對(duì)國(guó)產(chǎn)IGBT的整體測(cè)試做得非常充分，涉及數(shù)十個(gè)參數(shù)。”他表示。

此外，在產(chǎn)品實(shí)際投用后，陽光電源會(huì)定期到現(xiàn)場(chǎng)抽檢、巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，在此后的研發(fā)中加以迭代優(yōu)化。這樣，就在研發(fā)—制造—應(yīng)用環(huán)節(jié)之間形成了閉環(huán)。

當(dāng)然，采取上述措施，并不能保證產(chǎn)品投用后保持“零故障”。因此，出現(xiàn)問題后，如何快速修復(fù)就變得至為重要。

這一方面需要從設(shè)計(jì)端提高設(shè)備維護(hù)的便捷性。“變流器變大后，維護(hù)必須更加便捷。我們的產(chǎn)品如果做不到這一點(diǎn)，絕不允許出廠。”汪令祥強(qiáng)調(diào)。

另一方面，它也十分考驗(yàn)企業(yè)的服務(wù)響應(yīng)能力。據(jù)悉，陽光電源在國(guó)內(nèi)設(shè)有近24個(gè)風(fēng)電變流器服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。對(duì)于一般故障，可以在4小時(shí)內(nèi)完成維修;對(duì)于重大故障，能夠保證在48小時(shí)內(nèi)完成維修。

面向悄然開啟的“十四五”周期，汪令祥感慨，“作為風(fēng)能人，我們趕上了最好的時(shí)代。接下來，陽光電源會(huì)加大對(duì)風(fēng)電業(yè)務(wù)的投入，緊緊圍繞市場(chǎng)需求開展技術(shù)創(chuàng)新，為推動(dòng)風(fēng)電早日成為主體能源貢獻(xiàn)一份力量。”

他透露，陽光電源將繼續(xù)推進(jìn)三電平技術(shù)、大功率風(fēng)電變流器、風(fēng)儲(chǔ)一體化的研發(fā)，與整機(jī)企業(yè)和業(yè)主單位繼續(xù)加強(qiáng)合作，開展協(xié)同創(chuàng)新，踐行落實(shí)雙碳目標(biāo)的責(zé)任。