6月28日14时30分，全球首台超大容量16兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装任务。“16兆瓦海上风电机组建成投产，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，达到国际领先水平。”三峡集团党组书记、董事长雷鸣山说。

三峡集团是国内最早进行海上风电开发的中央企业之一，其所属三峡能源已经并网运行的海上风电装机近500万千瓦，位居国内第一，大规模化开发为海上风电机组大型化等科技创新提供了丰富的应用场景。三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示，此次安装的全球首台超大容量16兆瓦海上风电机组，建成投产后将成为全球已投产的最大海上风电机组。

全球首台超大容量海上风电机组完成吊装

16兆瓦海上风电机组采用4桩导管架风机基础，轮毂中心高度达到152米，约为52层楼高。其机舱、发电机组合体重达385吨，相当于190台越野车的重量，叶片共3只，单只叶片长123米、重54吨，叶轮扫风面积约5万平方米，相当于7个标准足球场大。

主轴承是海上风机关键核心部件，也是大容量风机研发的技术难点。16兆瓦海上风电机组的主轴承实现了国产化，是风电关键部件国产化替代取得的又一重大成果。该主轴承外径达到3200mm，外径尺寸为目前最大的国产单列TRB（单列圆锥滚子）风电主轴轴承。“研发团队冒着高温深入热处理车间跟踪轴承的热处理过程，并建立多种跟踪机制，保证轴承热处理符合工艺要求，反复校核计算挡边高度，顺利实现轴承装配一次成功，轴承尺寸精度和旋转精度达到P5级较高精度。”三峡集团福建公司总经理曾建平告诉记者，研发团队还攻克了超长柔性叶片、超大容量发电机小型化等一系列关键技术难题。

“福建沿海的风资源在全亚洲最为丰富，但也给海上施工带来了难题。”曾建平介绍，本次吊装施工的海域常年风大浪高，海况复杂，海域海床表面淤泥类地层厚度大、承载力低，而风机机组结构尺寸大、重量重。为了寻找适合在本工程作业的安装船，项目施工方对国内所有海上施工船舶进行考察，最终选择了由三峡集团投资建造的全球首艘2000吨级第四代海上风电安装平台“白鹤滩”号。

据介绍，“白鹤滩”号长126米，宽50米，型深10米，其升降系统、起重系统等核心作业装备均实现国产化。“‘白鹤滩’号桩腿长120米，近40层楼高，在作业海域将这4条‘大长腿’缓缓插入海底，穿过淤泥直达硬顶层固定，通过马达发力将平台升至海面上方，就可直接在平台上操作和安装风电设备，大大降低了安装难度。”三峡物资招标公司“白鹤滩”号技术负责人王怀刚说。

完成吊装的16兆瓦海上风电机组将进入并网前紧张的调试及试验阶段。据了解，根据该海域的多年测风数据计算，单台16兆瓦海上风电机组每年便可输出超过6600万千瓦时的清洁电能，能满足3.6万户三口之家一年的生活用电，节约标煤约2.2万吨，减排二氧化碳约5.4万吨。

一口气打破了三项全球纪录

这台16兆瓦的风电机组是全世界已吊装机组当中单机容量最大的、叶轮直径最长的，还是单位兆瓦重量最轻的，一口气打破了三项全球纪录。

单机容量16兆瓦是个什么概念？就是16000千瓦（kW）的额定发电功率。这样一台风机只要满负荷工作13.5秒，发出的电量就足够充满1辆特斯拉Model 3的电池包（60度）。现在全世界功率最高的光伏板，一块功率有700瓦左右。而仅这一台海上风机就相当于22857块光伏板铺在一起的发电功率。发电一年，它就可以发出6600万度清洁电能，这是什么概念？2022年，全中国用电量是86372亿度电，而这一台风机一年发的电量，就足够14亿中国人用满4分钟。

为什么这台大风机特别给力呢？是因为它的扫风面积特别大，5万平米，相当于7个足球场。这台风机的3支叶片，每一支长度都达到了123米，相当于3架C919客机首尾相连，或者说300个人可以在叶片上同时站立。它的轮毂中心高度达到152米，相当于3枚长征五号运载火箭摞在一起的高度。

除了主轴轴承，这次123米的超长叶片和叶片当中的碳纤维材料也是16MW风机需要攻克的一大难题。为什么要用碳纤维呢？因为风机越搞越大，轻量化就成了刚需。但考虑成本，碳纤维不是叶片全身都用，而是用于叶片主梁的支撑。碳纤维的优点是，它的强度是钢的10倍，但它的密度又只有钢的1/4。123米的叶片，一片50多吨，3片要100多吨，用上碳纤维，重量能显著减轻，这对于叶片的运输、吊装、运维过程都有很多的好处。而且碳纤维形变小，如果100多米长的叶片不用碳纤维做主梁，那在迎面强风中变形的长叶片都有可能把风机的塔筒（“风车杆”）给打坏，所以大风机一定要用上它。

关键核心部件上实现了全面的国产化

这台16MW风机在关键核心部件上实现了全面的国产化。过去我们说，中国在碳中和领域，可能国产化做得最好的是光伏领域，硅料、硅片、电池片、组件，我们已经实现了全产业链自主可控。而这一次的16MW海上风电机组，在诸多关键领域都做到了非常高水平的国产化。

从前，风电是欧洲丹麦、荷兰等国家最先发展并领先全球的。而现在，金风科技不仅蝉联数年全球风电整机厂商前三名的宝座，他们还联合众多上游配套企业，开发出海外整机厂商都没有做出来过的16兆瓦风电整机关键部件。它充分展现了中国风电产业在技术创新、供应链协同、工程能力、实验测试等方面的综合实力，为全球海上风电发展树立了全新的标杆。

从制造业的角度来说，大风机会给制造环节带来一系列新的挑战，而所有这些挑战都是新的经济增长点，比如这一次成功研制出来的国产化大轴承，国产化的轴承钢，国产化的超长风机叶片，国产化叶片要用到的国产碳纤维、国产化的超大型铸件……这些新的需求会给众多的风电上游企业打开新的蓝海市场，创造出许许多多全新的“绿色经济”就业岗位。

主轴承国产化：2020年之前，当时国内3兆瓦以上的“大”风机，主轴轴承主要都依赖进口。而这一次为了16兆瓦的海上风机，金风科技联合洛轴共同研发，推出了国产的16兆瓦风电主轴轴承的国产化。在金风的大力支持下，不过两年多的光景，洛轴一下子实现了从6兆瓦到16兆瓦的飞跃。

轴承必须保证“风车”能长时间、平稳、流畅旋转，这就对零部件加工精度和弯矩状态下的实验室模拟情况都提出了非常高的要求。比如轴承内部的滚子，它决定了轴承转动时的平稳程度，它的侧面和上下底部有着细致入微的变化曲线，一个看起来纯平的面，其实是一个球基面，最高点跟最低点的落差只有一根头发丝那么宽。16兆瓦风机主轴轴承的诞生，对我国风电行业减少对国外技术和部件依赖性，甚至实现“换道超车”具有标志性意义。

碳纤维国产化：过去长期以来，碳纤维国产化率一直不高。但是现在，中国在碳纤维领域取得了长足的进展。在风电、氢能、航空航天等下游领域对碳纤维材料旺盛需求的推动下，中国已经成为美国、日本之后，全球碳纤维领域的第三极。2022年国产碳纤维用量历史上首次超越了进口碳纤维用量，满足了中国市场总需求量的60.5%，这在几年前还是不可想象的。

而这次在超长叶片用碳纤维的研发过程中也经历了非常深入的探索过程。因为这一次采用全国产的碳纤维，虽然质量水平相比以往提升了不少，但是“世上没有两片相同的树叶”，每一块合格的碳纤维板做出来以后，它们的质量还是有着细微的差别，如果在那些特别“吃劲儿”的部位用上了水平稍弱一点的碳纤维板，还是有可能出现材料强度和耐久性风险。于是金风科技就展开了全面攻关，重新做了一轮测试，找到碳纤维材料的“短板点”，让新的设计方案能够“包裹住”每一块碳纤维板质量水平的“离散性”。

大型铸件国产化：铸件，在我们老百姓看来就是一堆“大铁疙瘩”，似乎没什么技术含量，但实际上并非如此。因为16MW海上风机要用到的铸件尺寸非常大，比如主轴的轴向长度超过5米，直径接近3.5米，厚度能达到200毫米，上游企业之前根本就没做过这种尺寸的主轴。这个尺寸的铸件，没法一次浇注成型，需要2~3炉铁水浇筑完成，才能形成这么一个大铸件。但这就意味着，前后两炉铁水浇筑之间是有时间间隙的，前一炉浇筑完的铁水会冷却一会儿，那么叠加下一炉浇上去，铁水状态是存在很大差异的。所以铸件哪些地方要设计多厚，应该先浇这处还是那处，对铸件的成品率和质量都有着很大的影响。

最后16兆瓦风机所需的各类铸件是由三家铸件领域的竞争对手坐在一起，汇总了所有情况，敞开心扉共同研发的成果。大家互相取长补短，谁也不甘落后，最后把16兆瓦风机所需的各类铸件都成功地做了出来。

全球最大风机完成吊装意义重大

从老百姓用电的角度来说，我们都希望在走向碳中和的时代里，电费不要哗哗涨，最好能不变，甚至用电还能再便宜一些。这就倒逼绿色能源装备每千瓦装机的价格，能够通过技术升级和生产过程优化，实现持续下降。只有单位发电能力的能源装备便宜了，新能源发电场站的固定投资强度才能降低，折合成每年每一度电的发电成本才会下降。而风机大型化是风电实现降本增效的必经之路。

从风电市场的角度来说，做出具有国际竞争力水平的国产大风机，能增强中国风电产品对全球风电场业主的吸引力，更好地推动中国风电产业链走出去，占领广阔的全球风电市场，与曾经的国际风电巨头一较高下。

文章来源： 酷玩实验室Coollabs，中央纪委国家监委网站，自贸深改办