全球首台16兆瓦海上风电机组吊装完成，我国海上风电实现重要突破！
矗立大海指苍穹，笑迎东西南北风。6月28日，全球首台16MW（兆瓦）海上风电机组在三峡集团福建平潭海上风电场顺利完成吊装任务，即将进入并网运行，这标志着我国海上风电在高端装备制造能力、深远海海上风电施工能力上实现重要突破。
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叶轮每转动一圈可发电34.2千瓦时，单台机组每年可输出6600万度清洁电能，能满足3.6万户三口之家一年的生活用电，减少燃煤消耗2.2万吨，减排二氧化碳约5.4万吨……这就是一台大国重器16兆瓦海上风电机组带来的惊人数据。自主风机的大型化究竟有多少技术含量？又是如何通过专利等知识产权实现“蜕变”的？
攻克研发难关
在福建平潭外海的海上风电场，新疆金风科技股份有限公司（下称金风科技）与三峡集团联合研发的“GWH252-16MW”的海上风电机组于近日完成安装。“整个风电主机由上万个零部件组成，机舱总重量达415吨，相当于270多辆家用轿车的重量。”金风科技相关负责人介绍，该大型海上风机代表着我国海上风电高端装备制造能力，是金风科技多年研发成果的结晶。
数据显示，作为全球最大的风电装备制造基地，我国风电机组零部件及整机产量已经占据了全球50%以上的市场份额。然而，我国风电产业关键零部件却长期依赖进口，核心技术被“卡脖子”。
“主轴轴承是风电机组核心部件，技术壁垒最高，素有风电机组‘心脏’之称。”业内人士表示，此前由于主轴轴承技术壁垒高，大兆瓦风电主轴轴承90%被国外企业垄断。
对于金风科技研发人员来说，风机大型化对主轴轴承提出了更高的技术要求。风机大型化面临技术天花板，如何破局？“其前轴承外径达到3200mm，外径尺寸为目前最大的国产风电主轴轴承，这对轴承的热处理、机加工及轴承的相关检测带来巨大挑战。”金风科技产品与解决方案中心海上产品线产品经理李鹏对中国知识产权报记者表示。为此，金风科技选择与洛阳LYC轴承有限公司（下称洛轴公司）公司联合研发。
金风科技和洛轴公司深度合作。前轴承采用的是目前最大尺寸的国产车制实体保持架，并实现了保持架整体表面磷化处理。同时，洛轴公司首次实现了对轴承保持架的动态仿真计算分析，提高了轴承的可靠性。
历时9个多月，2022年10月，由金风科技与洛轴公司自主研发的国内首套16兆瓦平台风电主轴轴承顺利下线交付，结束了我国不能研发制造此类高端产品的历史，我国风电行业近30年关键零部件被“卡脖子”的难题迎刃而解。
掌握核心技术
叶片是决定风电机组捕风能力的核心部件。16兆瓦海上风电机组的单支叶片长123米，能够同时容纳300个成年人并排站在上面；机组叶轮直径达到252米，长度相当于6架C919客机首尾相连，扫风面积相当于7个足球场……对于这样一个“巨无霸”，轻量化是技术攻克的重点和难点。为攻克技术难题，金风科技研发技术项目经理袁渊主动请缨，组建叶片研发团队。历时一年多的技术攻关，研发团队设计了一种能够满足力学性能要求且成本低的叶片主梁、叶片和风力发电机组，并提交了“风力发电机组的叶片的主梁、叶片和风力发电机组”等专利申请。这些专利申请为金风科技16兆瓦海上风电机组超长叶片的成功研制打下坚实的基础。
在叶片加长的基础上，如何减重？16兆瓦机组叶片的内部主梁结构首次采用碳纤维材料，重量减轻了20%，材料实现国产化率达到96%以上。
设计中，研发团队还需攻克一系列难题，比如大风轮机组面临的空间大气流场环境复杂度和不确定性显著增加问题。以16兆瓦机组叶片为例，其面内风速差异最高可达5米/秒至10米/秒。要解决这个问题，就必须对“风”进行精细化评估。研发团队通过采用国际先进的多源观测资料融合技术与国内首创的虚拟测风技术，实现对风能资源数据的准确评估；利用自主研发的风匠仿真平台，对现场物理现象实现了高保真度和高精度的还原，保障机组载荷设计的准确性。目前，金风科技围绕16兆瓦海上风电机组累计提交专利申请近200件。这些研发成果为我国风电技术自立自强以及走向国际市场打下了坚实的基础。
金风科技副总裁薛乃川表示，在当前复杂的国际形势下，风电应进一步警惕全球产业链风险，在可替代新材料、自主知识产权软件、国产控制器等领域加强科技攻关，突破自我，把握发展的主动权。
带动产业发展
“大兆瓦海上风电机组的研发及投入应用，离不开上下游产业链的支撑。”李鹏表示，特别是在我国风电产业链仍有“短板”的情况下，对产业链的培育变得尤为关键。例如，在风机制造方面，通过跨行业的深入合作，金风科技16兆瓦海上机组在超长风电碳纤维叶片、轴承等方面取得突破；在海上风机安装方面，金风科技与专业的海上风电工程总包和海洋资源开发公司合作，共同打造1600吨风电安装平台，以满足海上大兆瓦风机的发展之需；在风电场开发方面，金风科技与中石化江苏油田公司合作，充分利用油田老井场闲置土地，因地制宜打造了分散式风电项目，助力中石化绿色低碳转型。
产学研融合方面，16兆瓦机组的开发研制协同了数十家企业、大学及科研院所，包括西北工业大学（控制算法）、南京航空航天大学（翼型优化）、东南大学（发电机设计）、中国石油大学（海洋腐蚀环境）等，所形成的知识产权为金风科技与三峡集团共享，为风电行业健康发展持续赋能。这一成功实践，实现了社会科研力量联合科技企业进行产品研发的技术融合，同时也为社会科研力量提供了新的实用研究课题，为产学研深度融合提供成功范本。
2022年，凭借诸多创新和核心专利，全球最大单机容量和最大叶轮直径的GWH252-16MW海上风电机组，与国产大飞机C919、新一代“人造太阳”等中国智造典范并列为“2022年度十大国之重器”。
风从海上来，潮起正扬帆。中国风电经过多年的自主创新，不仅仅拥有了全球瞩目的装机规模，同时还拉动了材料科技、试验检测、大件运输等行业的进步与突破，已成为年产值超过6000亿元，从业人数约250万人的规模化新兴产业。
在蔚蓝的大海上，随着一座座“大风车”挺拔矗立，迎风转动，源源不断的电能点亮了千家万户。迈向双碳目标之路上，“大国重器”展现着国之担当。（本报记者 陈景秋）
（编辑：刘珊）
