不久前，我国自主研制的16兆瓦海上风电机组在福建下线。这是目前全球范围内单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻、总体技术水准最高的风电机组，标志着我国在海上风电系统总成和大容量机组的制造能力上实现了重要突破，达到国际领先水平。

相比陆上风电，海上风电有着若干明显的优势，比如：海上没有山丘和建筑物等的阻挡，风力会明显大于陆地，单位时间的风能输出比陆地大约50%，是巨大的能量增幅；据世界银行的统计，全球海上风能的可开发潜力高达710亿 千瓦，海上风能资源是目前全球电力需求的十倍以上，我国拥有大约1.8万公里的海岸线，这给了海上风电的发展极大的空间，仅在离岸二百公里的范围内，我国的风能资源开发潜力就有约22.5亿 千瓦；风力发电过程不会产生污染，节能减排效果显著；相比于陆地风电，海上风电避免了征用土地资源的成本和麻烦，减小了项目的总投入……

对风电行业来说，“造得多不如造得大”，风电机组的发电功率基本上与扫风面积成正比，大功率、大尺寸风机是风电降本增效的主要手段。创纪录长度的叶片自然也需要创纪录的强度和轻量化，这需要叶片材料配方上的创新。而碳纤维的加入是解决问题的关键，碳纤维是一种碳-碳主链结构的高性能纤维材料。相比金属材料和玻璃纤维，它具备质量轻、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，可以说完美契合了风电叶片的需求。

创纪录的尺寸带来的是高功率的输出，这台风电机组刷新了单机容量记录：在正常气象条件下，风机由风带动转动一周，能发电34.2千瓦时的电力，相当于三口之家一周的用电量；单台风电机组在额定工作状态下，可满足一个十万人的城镇的用电需求。更直观地看，单台风机年均可输送6600万千瓦时的电能，相当于直接节约了2.2万吨标准煤的消耗，避免了5.4万吨二氧化碳的排放，节能减排效果显著。

海上风电-发电机关键技术

对于整个风机总成而言，输出的核心莫过于16兆瓦风机。风电机组的技术并不难：利用风力带动叶片旋转，再透过增速机提升旋转速度，促使发电机发电。但系统总成对于发电机的可靠要求极高，其单次维修需要将整个发电机取下替换，在远海操作一次的费用甚至会超过电机本身的成本。大功率风机在过去长期被国外企业所把控，而这一次也实现了完全的国产化，预计能够可靠运行10-15年。

海上风电发电机的关键技术主要体现在以下几方面：1.高性能设计； 2.长寿命设计； 3.高可靠性设计； 4.低成本设计。

高性能设计：电磁方案设计要注重与温升、结构的耦合设计；基于产品技术平台的电磁方案设计速度快，但拓扑结构创新往往能带来意想不到的优势。直驱永磁发电机常用磁钢系列：H、M等，高磁能积，功率密度高，多用外转子(有内转子），耐温要求略低。半直驱永磁发电机常用磁钢系列：UH、SH等，高矫顽力，抗去磁能力强，内置式，耐温要求略高；发电机采用多套绕组，如“动力分散动车组”可提高发电机及机组运行可靠性，部分功率单元故障时，可不停机，持续并网发电，有效提高机组年发电小时数、可用率。

长寿命设计：轴承计算寿命须满足发电机设计寿命需求：海上风电25年；低压发电机引入中压/高压电机和变频 电机绝缘技术；永磁发电机定子、双馈发电机转子、全功率异步发电机定子均需采用变频电机绝缘；增加匝间及对地绝缘厚度，提高绝缘系统安全储备裕度；发电机绝缘系统失效机理研究，如环境适应性、热/电寿命等验证。聚焦发电机绝缘系统新材料、新结构、新工艺、新方法的开发和研究，打造耐盐雾、耐高湿型风力发电机绝缘系统，提升关键基础共性技术能力。

高可靠性设计：磁极结构、绝缘系统、轴承配置、三防设计。磁极结构采用磁钢防腐处理，进行磁钢可靠性测试。同时，满足发电机绝缘寿命设计要求：海上风电25年设计寿命；进行绝缘系统环境适应性研究，多因子环境老化试验、冷热冲击、振动冲击、恒定湿热、长期浸水、持续盐雾，评估发电机绝缘寿命。定子模卡冷热冲击试验、模卡长期浸水试验及实物产品的浸水试验研究；轴承配置润滑脂选择与性能测试，开展发电机轴承失效机理与优化设计研究，构建发电机轴承失效的多场耦合分析方法和优化设计规范。

风电技术：从追赶到领跑

2011年，东海大桥风电场一期工程的交付，意味着我国超越美国，成为了世界第一的风电大国。然而，中国的雄心绝不止于此！这仅仅是个开始。在“双碳”背景下，包括风能在内的清洁能源，越来越多受到了重视。早在1985年我国就开始了对风力发电的研究。从我国第一个风力电场到现在的海上风电场，目前我国的风电并网装机容量已经突破了3亿 千万。2011年至今，我国已经连续12年蝉联世界第一风力发电大国，是美国装机容量的近3倍。虽然，早已风电发展势头早已“攻守易型”，但我们的对手从来不是其他国家，我们需要超越的，只有自己！

中国海上巨型风机SL5000，作为中国风力发电的传奇，其全身上下都是黑科技，制造难度前所未有。作为目前世界上单机容量最大的机组，它的意义不仅体现在单机发电功率的提升。它的国产化标志着国内相关产业链的进一步完善，相比于之前的进口，发电机组从产量和交付周期上更有利于大型海上风电场的集中建设，这能够有效促进海上风电施工效率提升与用电成本降低。同时，风电机组的使用、改进和盈利构成了正向循环，将对相关技术产业的升级进步产生极大推动作用，全方位提升海上风电的经济性。

文章来源： 北极星风力发电网，了不起的中国制造，诸葛小彻，科普启示录