揭秘16MW大风机：怎么样才能做到“大”而不同

  6月28日下午，全球首台16兆瓦海上风电机组在福建平潭三峡海上风电场完成吊装任务，即将进入并网运行。

  「能见」了解到，GWH252-16MW机组由金风科技与三峡集团联合研发，其建成投产后将成为全世界已投产的最大海上风电机组。目前，该机组已刷新已吊装机组的最大单机容量、最大叶轮直径、最轻单位兆瓦重量三项全球纪录。

  作为大型化海上风机，GWH252-16MW代表着全球领先的海上风电高端装备制造能力。然而，面对风机大型化的技术趋势，也有质疑的声音出现，“风电的技术革新难道仅限于越做越大？”“风机的大型化究竟有多少技术上的含金量？”

  三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示：“超大容量16MW海上风电机组的意义并不仅仅体现在单机发电能力的提升上，更是‘着力提升产业链供应链韧性和安全水平’‘坚持科技自立自强’等重大部署的具体践行。大型化机组的研发和落地在前瞻布局、集智攻关中引领中国海上风电实现由跟跑并跑向领跑的巨大跨越。”

  众所周知，在平价时代，度电成本是风电项目考察的重要的条件之一。降低度电成本的路径主要有两条：其一依靠综合投资所需成本的下降；其二依靠发电量效率的提升。有趣的是，在落地实践时，上述两条降本路径不约而同地指向了机组大型化的解决方案。

  业内人士告诉「能见」，“首先，单机容量的提升通常意味着更大的扫风面积和更高的轮毂高度，这使得风机在同样的风资源条件下可捕获更多风能，进而提升发电量；其次，对于相同规模的风场，采用更大容量的机组可减少风机点位，这不仅将大大降低风机基础、运输、吊装等初始投资，对于海上风电而言，还可降低后期运维和管理的成本及难度。”

  值得一提的是，机组大型化并非仅限于国内，实际上，这是全球风电共同的技术趋势。更重要的是，此前，在机组大型化方面，国内曾一直处在跟跑状态。

  2020年，国内海上风电市场已趋繁荣。截至2020年底，中国海上风电累计装机规模达到1087万千瓦，突破千万千万大关。在此背景下，国内整机企业的海上风机大型化也进展的如火如荼，包括金风科技、明阳智能、电气风电在内的多家企业先后发布了大兆瓦级海上风电机型。

  尽管如此，相比国际整机企业，我国风机的大型化进程仍有差距。2020年5月下旬，西门子歌美飒已发布海上直驱风机（SG14-222DD），该机组单机容量可扩展至15MW。除此之外，GE、三菱维斯塔斯等国际巨头均已推出10MW+海上风机。

  彼时，某风电开发企业人士向「能见」坦言，“我国海上风电的探索开发比欧洲晚了十年，在产业上存在差距不意外，但这个差距并不是一天两天就能缩小的，我们得一步步赶。”

  如今，接连刷新已吊装机组的最大单机容量、最大叶轮直径、最轻单位兆瓦重量三项全球纪录的GWH252-16MW机组正式宣告：在海上机组大型化这条路上，我们赶上了！

  金风科技海上业务单元总经理于晨光告诉「能见」，“仅从数字上看，16MW的机组与10MW，8MW的机组相比，似乎只是尺寸的变化。但实际上远没那么简单，机组大型化的背后是整个传动链，产业链以及海工能力、制造能力的全面升级。”

  于晨光举例称，“仅从叶片环节考虑，GWH252-16MW机组叶片长达123米，长度足以同时容纳约300个成年人并排站立。随着叶片的长度增大，其工作特性将发生很大的变化，此时，不仅需要仔细考虑叶片的重量，还需要仔细考虑长叶片的弯扭耦合。”

  “除此之外，为适应复杂的海上环境，还应该要考虑海水、盐雾、强紫外线等对于叶片性能的影响，因此，GWH252-16MW机组的叶片必须是具备高升力、高升阻比及低粗糙敏感性的高性能翼型。仅叶片这一个环节，金风科技就开发出了国产轻量化超长柔性新型叶片。综合整个风机、上万个零部件、不同的风况、不同海工环境等多重因素，机组为大型化所做技术升级的复杂性可想而知。”于晨光补充道。

  对于海上大风机而言，技术的革新特别的重要。然而，多位业内人士均向「能见」强调，“技术革新的基础，必须建立在可靠性上。对于海上风电，机组的可靠性是首要的、最需要重视的、不可打折扣的重要的条件中关键。”

  海上风机运行环境复杂恶劣，海上盐雾会造成机体腐蚀，浪潮增加载荷，风高浪大的极端天气又使运维成本成倍增加，同时，由于海上风电配套的海缆、海工的投资所需成本更高，一旦已经投运的风机发生故障，大容量风机成倍的电量损失及高额的维修费用将直接抵消几年内该机组的发电收益，造成没有办法挽回的损失。

  如何保证机组的可靠性？在于晨光看来，“设计、测试、验证、迭代，每一个环节都要重视。”

  据了解，金风科技已建成全球容量最大、检测功能最齐全的实验平台——六自由度16MW整机传动实验平台。该实验平台能够模拟IEC标准风工况、GL标准风工况和实际风况。同时，还能模拟出风机叶轮吸收的风能和作用在叶轮中心的扭矩，驱动测试机组旋转，并模拟作用在叶轮中心的弯矩、推力和径向力载荷，测试主轴轴承承载能力、疲劳特性、运行可靠性，发电机结构承受力、气隙变化等。

  金风科技风电产业集团总工程师刘河曾在接受各个媒体采访时表示，“随着实验测试精度的逐步的提升，16MW整机传动实验平台能更好地将现场工况与仿真测试相结合，充分模拟机组现场运作时的状态，在大型化风机创新设计中识别出真正的短板，同时给真正富裕的地方减负，触达机组性能的真实边界。”

  除此之外，GWH252-16MW拥有完全自主知识产权，且核心核心部件已全面实现国产化。于晨光表示，“一方面，核心部件的国产化是避免产业链卡脖子，保证供应可靠的关键；另一方面，国产化也要建立在不断攻坚、不断验证、不断迭代的基础上。”

  曾几何时，主轴承，尤其是大兆瓦风机的主轴承供应问题一度掣肘大型化风机的规模化商用。如今，GWH252-16MW破解了这一难题。

  于晨光介绍称，金风科技关键部件国产化都要经历“小范围试用——多次技术调整——大规模推进”的过程。“此前，风电机组的大型轴承由少数海外厂商提供，但GWH252-16MW的主轴承来自国内洛阳LYC轴承有限公司。早在3年前，金风就联合洛轴攻关两点支承技术，在经过陆上风机试用，风电场运行验证之后，我们才把成熟的技术用在了这次海上的大机组上。”

  于晨光向「能见」透露，不久之后，GWH252-16MW将在运行过程中全面检验各项设计性能，“我们初步评估，在不久的将来，GWH252-16MW就能开始进行批量交付了。”

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