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　　圖①：全球首臺商(shang)業化應用(yong)18兆瓦風電機組坐落于華能東(dong)北(bei)分公司仙人島(dao)熱電廠廠區內(nei)。

　　圖(tu)②：超級“大(da)風車”風輪局部(bu)。

　　圖(tu)③：工作人員檢查電機運行情況。

　　圖④：工作人員查看風向和(he)風機轉向匹配(pei)情況。

　　圖⑤：華能東北(bei)分公(gong)司(si)仙人島熱(re)電(dian)廠將新(xin)能源(yuan)和傳統能源(yuan)相結(jie)合，形成風電(dian)、光伏發電(dian)、火電(dian)等一體化格(ge)局。圖為廠區房頂上排列著光伏板。

　　中國華(hua)能集團有限公司供圖(tu)

　　遼寧(ning)省營口仙人島經濟開發區三面環海，風(feng)景(jing)優美，擁有“余(yu)暉灑金”“兔島怒潮(chao)”等著名(ming)景(jing)觀。由于得(de)天獨厚(hou)的(de)風(feng)能資(zi)源，當地近(jin)年來新(xin)增(zeng)又一景(jing)觀——“風(feng)車林立”。

　　日前(qian)，全(quan)球已投運單(dan)機容量最(zui)大的(de)風電(dian)機組(zu)，也是(shi)全(quan)球首(shou)臺商(shang)業化(hua)應用的(de)18兆瓦風電(dian)機組(zu)在這(zhe)里落戶。

　　這臺(tai)坐(zuo)落(luo)在(zai)華能東北(bei)分(fen)公司仙人島熱電(dian)廠的(de)超級“大風(feng)車”創造了風(feng)輪直徑260米、單(dan)機(ji)功率18兆瓦“兩個全球(qiu)第一”的(de)紀錄。目前這臺(tai)風(feng)電(dian)機(ji)組已發電(dian)投運，在(zai)滿發風(feng)速下，一年可發電(dian)7400萬(wan)度，滿足4萬(wan)戶家庭(ting)年用電(dian)需(xu)求。

　　它為何具有如此強大的發電(dian)能力？為什么(me)它被(bei)建(jian)在熱電(dian)廠，而不是風電(dian)場？讓我們一同探訪。

　　1、每個葉片長達126米，風輪直徑達260米，掃風面積相當于7.5個標準足球場

　　隨著全球對(dui)(dui)可再生能源需求(qiu)的增長，風(feng)電市場持續擴(kuo)大，為行業發展(zhan)提供了廣闊(kuo)空間。風(feng)電產業要降低(di)成本、規模化發展(zhan)，對(dui)(dui)風(feng)電機組大型(xing)化、輕量化、高可靠性提出了更高要求(qiu)。

　　1981年(nian)，全球(qiu)最大功率風(feng)力發(fa)電(dian)機的功率僅為55千瓦(wa)，直到(dao)1999年(nian)全球(qiu)風(feng)電(dian)機組的額(e)定發(fa)電(dian)功率才(cai)突(tu)破(po)2兆瓦(wa)。之后，便一路(lu)攀升，從5兆瓦(wa)、8兆瓦(wa)，到(dao)10兆瓦(wa)、15兆瓦(wa)。目前(qian)，這種(zhong)大型化(hua)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢還(huan)沒有放緩跡象(xiang)。

　　那(nei)么，大型風力發(fa)電機(ji)的(de)(de)功(gong)率是如何不(bu)斷增長(chang)(chang)的(de)(de)？一個關鍵的(de)(de)答案就藏在不(bu)斷變長(chang)(chang)的(de)(de)葉片中。

　　記者了(le)解到(dao)，風力發(fa)電(dian)(dian)機的發(fa)電(dian)(dian)功率(lv)與葉片旋(xuan)轉掃過的圓盤面積直接相關，更(geng)大的葉片意味著旋(xuan)轉時更(geng)大的掃風面積，從而能產生更(geng)多電(dian)(dian)力。

　　還未靠(kao)近華能東(dong)北分(fen)公司(si)仙人島(dao)熱(re)電廠(chang)，遠遠便會看到(dao)蔚藍的(de)(de)天(tian)幕下那臺超級(ji)“大風車”。近距離仰望，它挺(ting)拔的(de)(de)軀干(gan)直插蒼穹，超長的(de)(de)葉片劃破長空(kong)，巨大的(de)(de)風輪旋轉著，傳來陣陣呼嘯。

　　與(yu)仙人(ren)島(dao)其它“風車”相比，它真的(de)是(shi)個大塊(kuai)頭。

　　華能東北分公(gong)司仙人島熱電(dian)廠有(you)關負責(ze)人介紹，它的主機底(di)部周長超(chao)過28米(mi)，大(da)約需要(yao)十幾個成年人手拉手才能合圍；頂部輪轂中心高度(du)超(chao)過145米(mi)，加上驅動(dong)時葉片所能達到的高度(du)，整體高達270米(mi)，大(da)概90層(ceng)樓那(nei)么高。

　　它的每(mei)個(ge)葉片長度都為126米，由三個(ge)葉片組成的風(feng)輪直(zhi)徑達260米，掃風(feng)面積可達5.3萬平方米，相當于7.5個(ge)標準足球場大小(xiao)。

　　在復雜海洋環境下，如何滿足126米(mi)超長柔性葉片(pian)高效(xiao)氣動(dong)與載荷優化控制需求，怎樣解決(jue)原材料(liao)難(nan)題？

　　研發團隊通過氣動(dong)、結構(gou)、材(cai)料等(deng)多學科深(shen)度(du)交叉融(rong)合，突破(po)葉(xie)片(pian)(pian)氣動(dong)效(xiao)(xiao)率低、國產原材(cai)料性能(neng)不穩(wen)定、成(cheng)型工藝復雜等(deng)關(guan)鍵技術，解(jie)決(jue)了大(da)風輪直(zhi)徑風電(dian)機(ji)組系統設(she)計參數(shu)高(gao)效(xiao)(xiao)匹配與零部(bu)件(jian)載(zai)荷解(jie)耦的(de)(de)難(nan)題，在提(ti)高(gao)葉(xie)片(pian)(pian)強度(du)和剛(gang)度(du)的(de)(de)同(tong)時，降低了葉(xie)片(pian)(pian)的(de)(de)重量和成(cheng)本(ben)，推動(dong)風能(neng)利用率和發電(dian)效(xiao)(xiao)率大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)。

　　除了更長(chang)的葉(xie)片，它(ta)還具有更大的發電機功率等(deng)。

　　它裝配的(de)是中車永濟電(dian)機(ji)有限(xian)公(gong)司(si)的(de)20兆(zhao)瓦(wa)海上半(ban)直驅永磁(ci)風力發(fa)(fa)電(dian)機(ji)。研發(fa)(fa)團隊采(cai)用(yong)輕(qing)量化(hua)、模塊化(hua)、集成化(hua)設計，通(tong)過(guo)對高(gao)(gao)性能電(dian)磁(ci)材料進(jin)行仿真分析及優化(hua)，提高(gao)(gao)了材料利用(yong)率，降低(di)了部件生產過(guo)程中的(de)二氧化(hua)碳排放量。而發(fa)(fa)電(dian)機(ji)與(yu)變流器、齒輪箱三者協同設計，使參數高(gao)(gao)度匹配，振動更(geng)(geng)小(xiao)、噪聲更(geng)(geng)低(di)，對環境更(geng)(geng)“友(you)好”。

　　高功率(lv)密(mi)度的設(she)(she)計(ji)，讓這臺超級(ji)“大風車”的發電效率(lv)比傳統設(she)(she)計(ji)模式明顯提(ti)高。風輪(lun)旋轉一(yi)圈可發電44度，足夠一(yi)般家庭用電一(yi)周。一(yi)年下來，相當于節約標煤(mei)約2.5萬(wan)噸，減少(shao)二氧化碳(tan)排(pai)放約6.1萬(wan)噸。

　　2、突破多項關鍵技術，核心部件國產化率高于99%，具有高可靠性、高安全性、高智能性

　　相比目(mu)前遼寧省在(zai)運行的8兆瓦風機機型，這臺超級“大風車”每小時可發出18000度(du)清潔電(dian)能，發電(dian)量提(ti)升125%。

　　“如此強大的(de)性能(neng)，離不開它的(de)‘最(zui)強大腦’——風電主(zhu)機。”華(hua)能(neng)東北分公司仙人(ren)島(dao)熱電廠副總(zong)經(jing)理蔣立(li)軍說。

　　這臺風(feng)電機(ji)組國(guo)產化率高(gao)達99%，除(chu)主軸承等(deng)極少(shao)零(ling)部件(jian)(jian)采用國(guo)外(wai)產品之外(wai)，其葉片、齒輪箱、發電機(ji)等(deng)核心部件(jian)(jian)均(jun)由中國(guo)企業(ye)設計生產。

　　在這(zhe)臺(tai)風(feng)(feng)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)研制(zhi)過程中，研發(fa)團隊突破了高功(gong)率(lv)密(mi)度(du)發(fa)電(dian)(dian)并網系統高效協同控(kong)制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)、大功(gong)率(lv)風(feng)(feng)力(li)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)結構集成和散熱平(ping)衡、基于數字孿生的(de)大型海上(shang)風(feng)(feng)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)全生命周(zhou)期智(zhi)(zhi)能運(yun)維技(ji)術(shu)(shu)等多項關鍵技(ji)術(shu)(shu)，并在大功(gong)率(lv)風(feng)(feng)力(li)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)整機(ji)和部(bu)件(jian)關鍵技(ji)術(shu)(shu)方面取得了多個新(xin)突破。整臺(tai)風(feng)(feng)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)在智(zhi)(zhi)能性(xing)、安(an)全性(xing)、可靠性(xing)等方面都具有顯著(zhu)優勢。

　　隨著風電機組容量(liang)不斷增大，發電機研(yan)發也(ye)面臨越來越多挑戰(zhan)。

　　將發(fa)(fa)電機(ji)(ji)功率提升至超大級后，如何確保發(fa)(fa)電機(ji)(ji)不會因為電流過大而無法安全傳輸？研發(fa)(fa)團隊采(cai)用了(le)多套繞組設計。通過這種設計，可最大程度降低電機(ji)(ji)故障帶來的發(fa)(fa)電量(liang)損失。

　　發電(dian)機功率提升后，隨之而來的(de)溫(wen)升問題(ti)怎么解決？研發團隊(dui)開發出一種集成(cheng)型雙(shuang)路循環高(gao)效冷(leng)卻結構，通過“水冷(leng)+空冷(leng)”的(de)方式(shi)達(da)到(dao)“溫(wen)升低(di)”的(de)效果。

　　在電(dian)力傳輸過(guo)程中，諧(xie)波(bo)嚴重影(ying)響發(fa)(fa)電(dian)質量(liang)該怎么辦？為減(jian)少(shao)風電(dian)機組的(de)諧(xie)波(bo)含量(liang)，研發(fa)(fa)團隊采(cai)用特(te)殊(shu)槽型設計，通過(guo)優化(hua)轉子磁極結(jie)構尺(chi)寸(cun)，來減(jian)少(shao)大功率電(dian)容、電(dian)感造(zao)成的(de)振(zhen)蕩。

　　“我們設計風電產品的原則是必(bi)須要有高可靠性(xing)(xing)、高安(an)全性(xing)(xing)，至少保(bao)證25年的使用壽(shou)命。”中(zhong)船(chuan)海裝18兆(zhao)瓦風電機組設計師李楊說。

　　為此，該(gai)風電機組通過(guo)新型軸電流抑(yi)制方(fang)案和先進的絕緣技術來適應較(jiao)高(gao)的電壓變化率和尖峰(feng)電壓，并采用高(gao)強度的模塊化磁(ci)極盒結(jie)(jie)構(gou)與沒有(you)縫隙(xi)的自粘沖片相結(jie)(jie)合來阻(zu)擋鹽霧空(kong)氣，這既提(ti)高(gao)了(le)轉(zhuan)子(zi)結(jie)(jie)構(gou)的可靠性和防腐能力，又解決了(le)轉(zhuan)子(zi)磁(ci)極裝配難題(ti)。

　　高可靠性(xing)、高安全性(xing)的背后，還有高智能化。

　　該風(feng)(feng)(feng)電(dian)機(ji)組(zu)利用激光雷達測風(feng)(feng)(feng)、塔頂(ding)位移、葉(xie)根載荷(he)監(jian)測、凈空監(jian)測等(deng)多種智能監(jian)測系統，精準感知(zhi)風(feng)(feng)(feng)電(dian)機(ji)組(zu)及風(feng)(feng)(feng)電(dian)場的風(feng)(feng)(feng)況(kuang)、載荷(he)、運(yun)行狀(zhuang)態變化。同時，搭建具備(bei)人工(gong)智能控制(zhi)算法的場級控制(zhi)平臺，實現風(feng)(feng)(feng)電(dian)機(ji)組(zu)狀(zhuang)態高精度(du)實時感知(zhi)與預測，提升(sheng)發電(dian)效(xiao)率。

　　為最大程度減少突(tu)發(fa)故障(zhang)(zhang)及停機頻次(ci)，該風電機組(zu)應用基于人工智能(neng)的PHM技(ji)術，采用多信(xin)息融(rong)合算法(fa)、典型(xing)故障(zhang)(zhang)特(te)征提取方法(fa)、無線(xian)傳(chuan)感網應用等技(ji)術，實現在線(xian)監控(kong)、故障(zhang)(zhang)預測(ce)和“健(jian)康”管理。

　　未來(lai)，這(zhe)臺風電機(ji)組(zu)還將接入華能新(xin)能源智慧運(yun)維系(xi)統。該系(xi)統由中國華能自主開發(fa)建設，涵蓋陸(lu)上風電、海上風電、光伏(fu)、儲能等不同類(lei)型項目(mu)，為新(xin)能源全生命周(zhou)期的(de)過程管控提供數據(ju)支撐。

　　3、將新能源和傳統能源結合，進一步改善地區能源結構，促進綠色低碳發展

　　在風電機(ji)組(zu)設計、研發(fa)(fa)、制造、裝配等過程(cheng)中，一個(ge)個(ge)關(guan)鍵技術的(de)重大突破，一個(ge)個(ge)難題的(de)解(jie)決，帶動了風電葉片、齒輪箱、發(fa)(fa)電機(ji)、變流器等零部件的(de)研發(fa)(fa)制造邁上新臺(tai)階，進而推動相關(guan)產業鏈迭代升級。

　　以仙人島(dao)這臺超級“大(da)風車”為例。從風機主軸承(cheng)到(dao)葉(xie)片再到(dao)發(fa)電機，它(ta)由上萬個(ge)零(ling)部件組成，其順利“誕生”離不開集群化(hua)的技術創(chuang)新。僅(jin)發(fa)電機這一項，就有(you)中(zhong)國中(zhong)車、中(zhong)國華(hua)能等多家企業及研究(jiu)機構參與研制。

　　而且，它雖身處陸地，卻是為(wei)海上(shang)風(feng)電設計的。在(zai)其研發過(guo)程中，研發團隊成(cheng)功解決了我國大功率海上(shang)風(feng)電機組安(an)全(quan)高效運行的共性技術(shu)難題。

　　與(yu)它相關的(de)新平臺(tai)、新裝備(bei)(bei)和新工(gong)藝(yi)等系列研究成(cheng)果，經(jing)應用、反饋(kui)和完善(shan)后，可有力提(ti)(ti)升海(hai)上大功率風電機組的(de)設計研發和生產測試技術水平，實(shi)現科技進步、行業(ye)創新和資源節約(yue)，推動(dong)我國(guo)風電整體裝備(bei)(bei)制造水平提(ti)(ti)高，引領(ling)風電行業(ye)產業(ye)升級，帶來巨(ju)大社會效(xiao)(xiao)益、經(jing)濟效(xiao)(xiao)益，產業(ye)化前(qian)景廣闊。

　　這臺(tai)超級“大風車”，既然是為海上(shang)風電(dian)(dian)設計的，為什么(me)卻建在陸地上(shang)，并且(qie)選址在熱電(dian)(dian)廠？它的腳(jiao)下，為何還(huan)有整整齊齊的光伏陣列？

　　記者了解到，項目方選擇將其建(jian)在海邊的遼寧營口(kou)，就是看中這里兼具海上(shang)風(feng)(feng)電和陸上(shang)風(feng)(feng)電的實驗條(tiao)件。將海上(shang)風(feng)(feng)電與(yu)陸上(shang)風(feng)(feng)電二者結(jie)合(he)起來，可為未來我國在海陸結(jie)合(he)地(di)帶建(jian)設超大風(feng)(feng)電機組作出(chu)有(you)益探索。

　　“該(gai)風電(dian)(dian)機(ji)組(zu)安(an)裝(zhuang)在華能(neng)(neng)東北分公司(si)仙人島熱電(dian)(dian)廠(chang)，便于進(jin)一(yi)步測試驗證，為后續海上大(da)功(gong)率風電(dian)(dian)機(ji)組(zu)批量(liang)化安(an)裝(zhuang)應(ying)用奠定堅實基礎，降低海上風電(dian)(dian)場建造成本。同時(shi)，還能(neng)(neng)將新能(neng)(neng)源和傳統(tong)能(neng)(neng)源相結合，形成風電(dian)(dian)、光伏發(fa)電(dian)(dian)、火電(dian)(dian)等一(yi)體化格局，從而(er)進(jin)一(yi)步改善地區能(neng)(neng)源結構，促進(jin)綠色低碳發(fa)展，提高能(neng)(neng)源利用效(xiao)率等。”蔣立軍說。

　　當(dang)前，我國海(hai)(hai)上風(feng)電機(ji)組實現跨越(yue)式發展，單機(ji)容量(liang)世(shi)界領先。隨著我國海(hai)(hai)上風(feng)電建設(she)向深水遠(yuan)岸(an)布局，將面(mian)臨建設(she)條件更(geng)復雜、施工難度更(geng)大(da)等(deng)挑戰，工程建設(she)成本也將增加。而海(hai)(hai)上風(feng)電機(ji)組的大(da)型化(hua)將有(you)利于(yu)降低單位造價，是深遠(yuan)海(hai)(hai)海(hai)(hai)上風(feng)電發展的重要(yao)趨(qu)勢(shi)。（喬子軒 通訊(xun)員 楊東生 張茜）