風(fēng)“馳”電“掣” 風(fēng)力發(fā)電從內(nèi)陸到深海

10月10日，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“風(fēng)電機(jī)群服役全周期質(zhì)量評(píng)估與調(diào)控技術(shù)研究”年度進(jìn)展研討會(huì)在湖南長沙召開。據(jù)悉，通過項(xiàng)目實(shí)施，我國已在風(fēng)電機(jī)群服役質(zhì)量評(píng)估方法、多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)、服役質(zhì)量數(shù)字孿生平臺(tái)開發(fā)等方面取得階段性突破，立項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。

高山草原、沙漠海洋……一臺(tái)臺(tái)“超級(jí)大風(fēng)車”拔地而起，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)電，作為當(dāng)今世界極具前景的新能源，經(jīng)過多年高速發(fā)展，正逐步成為我國主力能源之一。

而在湖南，科技湘軍們正聚焦風(fēng)電裝備創(chuàng)新發(fā)展需求，陸續(xù)研發(fā)出大型低速直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)、大型風(fēng)電機(jī)組提升服役性能關(guān)鍵技術(shù)、新型深遠(yuǎn)海漂浮式機(jī)組等。

“風(fēng)電前景無限，我們團(tuán)隊(duì)將扎根研究，推動(dòng)我國風(fēng)電事業(yè)持續(xù)向前?！?5年來，從陸地到近海再到深遠(yuǎn)海，從mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)到10mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)再到20mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)一直在引領(lǐng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型化發(fā)展。

探索

從無到有最是不易。

我國風(fēng)電發(fā)展起步較晚，改革開放初期才開始風(fēng)電領(lǐng)域的探索。

上世紀(jì)末，我國只能生產(chǎn)750千瓦以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)，安裝的大型風(fēng)電機(jī)組95%以上是從國外進(jìn)口的。

10多年來團(tuán)隊(duì)研發(fā)的系列機(jī)組柜。湖南大學(xué)供圖

“風(fēng)電是國家未來的需求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)電機(jī)組的‘心臟’，作為電氣專業(yè)的科研人員，有能力也有義務(wù)去掌握大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)，做出我們國家自己的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)”。1998年，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院黃守道和同事王輝、羅德榮組建了湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)，開啟了風(fēng)電研發(fā)征程。

從最開始的理論研究，到大型直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印，探索風(fēng)力發(fā)電機(jī)的進(jìn)階之道。

“傳統(tǒng)增速型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)追趕周期長，我們嘗試研制新一代兆瓦級(jí)大型直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)?！遍L期調(diào)研和反復(fù)論證，團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)兆瓦級(jí)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

1998年-2005年期間，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)在湖南大學(xué)學(xué)報(bào)上發(fā)表了系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的文章，并成功研制了系列數(shù)kw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)樣機(jī)。

團(tuán)隊(duì)積極努力爭取，2006年與湘電股份等企業(yè)共同獲批了國家“十一五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“1.5mw以上直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組永磁發(fā)電機(jī)的研制與產(chǎn)業(yè)化（2006baa16）”和湖南省科技重大專項(xiàng)“2兆瓦級(jí)以上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和關(guān)鍵部件的研制及產(chǎn)業(yè)化（2006gk1002）”，開始研制mw級(jí)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

2007年10月，在湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)和7家企業(yè)、3所高校的奮力攻關(guān)下，我國首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的2mw直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組研制成功，不僅打破了國外在該容量等級(jí)的技術(shù)壟斷，更是成為“十一五”、“十二五”期間我國風(fēng)電裝備主流機(jī)型之一。

趕超

強(qiáng)振動(dòng)抑制、低風(fēng)速啟動(dòng)、寬風(fēng)域高效運(yùn)行……湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過程中遇到了不少技術(shù)瓶頸，“風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)盟”應(yīng)用而生。

聯(lián)合湘電股份、中車株洲電機(jī)、湘電風(fēng)能、金風(fēng)科技等企業(yè)，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難，創(chuàng)造性提出大型直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)“主動(dòng)抑振—阻轉(zhuǎn)矩錯(cuò)位削弱—寬風(fēng)域匹配”的研發(fā)思路，這些攔路的技術(shù)瓶頸迎刃而解。

南山風(fēng)電場。湖南大學(xué)供圖

2011年9月，湖南南山風(fēng)電場，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同研發(fā)的50余臺(tái)套2mw直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)而立，這是2mw風(fēng)電機(jī)組在復(fù)雜環(huán)境（山地）首次應(yīng)用。

為了現(xiàn)場感受發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況，黃守道帶著團(tuán)隊(duì)爬上了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙。

“大概爬了65米，向上爬的時(shí)候塔架還是有一點(diǎn)搖晃（當(dāng)時(shí)技術(shù)水平限制），其實(shí)當(dāng)時(shí)很害怕，但想看看自己研制的發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況，還是克服心理障礙堅(jiān)持爬上去了?！秉S守道回憶，爬到機(jī)艙里面感覺又悶又熱，待幾分鐘就有點(diǎn)受不住，隊(duì)員們誰都沒有提，堅(jiān)持待了半個(gè)小時(shí)，把各項(xiàng)數(shù)據(jù)和性能都確定后才離開。

由于2mw機(jī)組的優(yōu)異性能，湖南南山風(fēng)電場的年滿發(fā)小時(shí)數(shù)達(dá)到2300多個(gè)小時(shí)，遠(yuǎn)高于湖南平均水平1940個(gè)小時(shí)。湖南南山風(fēng)電場也成為了國內(nèi)山地風(fēng)場的標(biāo)桿，獲得了中國電力優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)、國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)。

2019年，由團(tuán)隊(duì)牽頭，湘電風(fēng)能、金風(fēng)科技、中車株洲電機(jī)等共同完成的“大型低速高效直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新成功應(yīng)用于世界首臺(tái)5mw等直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，形成1.5-6.7mw系列化產(chǎn)品，通過了權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)的檢測與認(rèn)證。產(chǎn)品出口美國、德國等20多個(gè)發(fā)達(dá)國家，在國內(nèi)外400多個(gè)風(fēng)電場總裝機(jī)達(dá)2.7萬臺(tái)套，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組累計(jì)裝機(jī)份額全球第一，引領(lǐng)世界直驅(qū)永磁風(fēng)電技術(shù)發(fā)展。

領(lǐng)先

“來，給我拍一張，這景象太震撼了?！痹诟＝ㄆ教兜慕Ｉ?，游客們正在排隊(duì)拍照打卡，而他們身后一個(gè)個(gè)巨型“大風(fēng)車”穿插在海平面上，陽光照耀下迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，蔚為壯觀。

從陸地到海上，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)的成員們夜以繼日，尋求更高效、更節(jié)能的風(fēng)電模式。

20mw級(jí)新型漂浮式風(fēng)電機(jī)組模型。湖南大學(xué)供圖

團(tuán)隊(duì)自2021年開始20mw深遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)學(xué)研合作的新征程。經(jīng)過一年多的時(shí)間，牽頭組建了由湖南大學(xué)、武漢科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、哈電風(fēng)能、山東中能華源等構(gòu)成的產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了vx型雙葉輪結(jié)構(gòu)，提出了具有風(fēng)能利用系數(shù)高、重心可調(diào)、輕量化與低成本等特點(diǎn)的20mw級(jí)深遠(yuǎn)海漂浮式新型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)方案。

2022年，“20兆瓦級(jí)海上新型風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目獲國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)支持。

“相比固定式風(fēng)電，海上漂浮式風(fēng)電具有海域適用范圍廣、對(duì)海底地質(zhì)條件限制少等優(yōu)勢，使得海上漂浮式風(fēng)電逐漸成為深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)的首選技術(shù)路線。”黃守道介紹，團(tuán)隊(duì)正在研制的20兆瓦級(jí)海上漂浮式新型風(fēng)電機(jī)組，是目前由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃批復(fù)立項(xiàng)的全國在研最大容量機(jī)組。一旦研制成功，一臺(tái)機(jī)組每年可輸出超8000萬千瓦時(shí)的綠色電力，滿足4.4萬戶家庭一年的用電量。

基于團(tuán)隊(duì)在風(fēng)電領(lǐng)域的實(shí)踐、探索和取得的重大成果，在國家政策支持下，團(tuán)隊(duì)成員作為核心技術(shù)力量參與完成“海上風(fēng)力發(fā)電裝備與風(fēng)能高效利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”重組工作，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人黃守道擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任，與湘電股份、哈電風(fēng)能（原湘電風(fēng)能）共同打造國家科技戰(zhàn)略力量。

25年來，從陸地到近海再到深遠(yuǎn)海，從mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)到10mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)再到20mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，湖南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)逐漸引領(lǐng)世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型化發(fā)展。

團(tuán)隊(duì)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，研制的1.5-6.7mw系列化直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陸地上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，助力我國風(fēng)電成為世界第一風(fēng)電大國；研制的6-12mw模塊化海上半直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在近海實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，加速推動(dòng)我國成為世界第一海上風(fēng)電大國。未來20mw級(jí)深遠(yuǎn)海海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的規(guī)?；瘧?yīng)用，將在國家“雙碳”戰(zhàn)略的宏偉藍(lán)圖下助力海上風(fēng)電走向深藍(lán)。

從最初完全依賴進(jìn)口才能建設(shè)風(fēng)電場，到2010年中國新增和累計(jì)裝機(jī)量首次超過美國，并連續(xù)13年穩(wěn)居世界第一，再到2022年，中國風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到3.7億千瓦，風(fēng)電裝機(jī)量占全國電源總裝機(jī)量的14.3%，占全球風(fēng)電裝機(jī)的40%，我國風(fēng)電走出了一條從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的崛起之路。