碧海之上，白色“大風車”不停轉動，連成線的海上風電機組將電能源源不斷送入千家萬戶。
中國已經成為海上風電累計裝機規模最大的國家。國家能源局發布數據顯示，截至2023年12月底，全國風電裝機容量約4.4億千瓦，同比增長20.7%。
風電裝備領域有一支勁旅，它就是中車株洲電力機車研究所有限公司。
從軌道交通跨界風力發電，中車株洲電力機車研究所有限公司如何推動風電技術跨越式發展，以綠色動力驅動低碳轉型？
海上漂浮的“不倒翁”
3月22日，中車株洲電力機車研究所有限公司發布全球最大的20兆瓦漂浮式風電機組“啟航號”。這款漂浮式風電機組突破傳統風電機組的地域限制，將風力發電的疆域拓展到了深遠海域。
有研究表明，深海的可開發風能儲量是近海的1.7倍、陸地的5倍。“‘啟航號’應用在海深50米以上，離岸距離比較遠的場景，可為海上風電產業創造更大發展空間和更高經濟效益。”中車株洲所風電事業部技術中心副主任劉紅文介紹，相較于淺海，深海雖有更強勁的風能，但將風電機組“安插”其中需要許多技術的突破。
“基礎不牢，地動山搖”。淺海中的風電機組可用“打樁”的方式，在海床上挖洞，利用天然水壓和泥沙將風電機組插進其中。但在海深50米以上的地方“打樁”，成本與技術難度大大增加。漂浮式風電機組充分利用阿基米德原理，設計特殊的漂浮平臺，并通過系泊和錨固，將風電機組變為“不倒翁”，漂浮在海面上。
“不倒翁”如何不被吹倒？
“啟航號”葉輪直徑超過260米，掃風面積約5萬平方米，相當于7個標準足球場。劉紅文介紹，為了讓“大家伙”在大風來時也能平穩發電，設計人員創新一體化載荷仿真技術和漂浮平臺穩定性控制技術，對風電機組的葉片、傳動鏈、浮臺等柔性耦合部件精準建模、仿真與驗證，通過中車內部產業鏈協同研發機制，在葉片-傳動鏈-整機-塔架-漂浮平臺-錨鏈等綜合優化設計中尋找最優解。
“‘啟航號’可抵御17級臺風，最大可承受風速達到每秒74米；抗浪高度達到11米，機組實際的運行縱搖角度可控制在5度左右，這樣保證機組在大風大浪的情況下還能高效、穩定發電。”劉紅文說。
產業集群迎風而上
中車株洲所初涉風電整機領域時，曾與奧地利Windtec公司合作，引進首套風電整機技術。為了在最短時間完成消化、吸收，掌握風電機組整機設計、制造技術，風電事業部全員上陣，通宵達旦，成功研制首臺WT1.65型風電機組。
從高海拔風電技術到低風速區域；從“被動適應”電網的隨網型風機到“主動支撐”電網的構網型風機；從“箕星”平臺系列化產品到中國中車首臺海上風電機組——“海平面一號”；從單一的整機制造商到以“清潔能源裝備制造與銷售”為一體、“風光資源開發和數智能源服務”為兩翼的新能源系統解決方案提供商，形成了包含風電整機、葉片、變流器、彈性元件等零部件及風電場運營全產業鏈的風電產業集群。中車株洲所風電產業實現精彩蝶變，迅速躍升為行業前列整機商。
乘著“雙碳”東風，中車株洲所成功將風電產業打造成企業繼軌道交通、新材料之后的第3個百億產業。
捷報頻頻傳來：2023年4月，中車株洲所中標首個海上風電市場項目；同年12月，中標首個海上漂浮式項目樣機工程風力發電機組及附屬設備采購項目。
推動風電裝備“走出去”，中車株洲所成功中標越南朔莊整機市場訂單和葉片維修項目。中國制造，助力全球低碳未來。
在“無人區”開拓創新
好風憑借力。伴隨著全球清潔能源發展趨勢，風電機組的功率等級從最初的1.5兆瓦逐漸增長至20兆瓦；陸上風電克服了紫外線強、空氣稀薄等惡劣天氣條件，走向更高的海拔；海上風電解決在強勁海風中如何穩定可控輸出電能等關鍵難題，向深海處“漂浮”……
我國風電產業發展經歷了從獨立行走到跟跑，再到競跑，最后實現領跑的過程。
“隨著技術的突破，風電事業發生質變，逐漸進入了‘無人區’，需要我們不斷開拓創新，引領產業發展。”劉紅文說。
當前我國的風電機組產能占全球市場的60%，但風電機組的大腦——主控系統所用的PLC（可編程邏輯控制器），基本被國外壟斷。2022年中車株洲所牽頭風電領域的國家重點研發計劃項目——風電機組主控系統關鍵技術及應用，攻克了PLC自主可控問題。如今，風電機組整機硬件可實現100%國產化，軟件的自主可控，掃除我國風電產業全面自主安全可控的“攔路虎”。
未來風電產業在何處發力，美好藍圖正在繪制。
“如今，海上固定式風場的建設成本已大大降低，帶動用電價格下降。”劉紅文介紹，在“雙碳”大背景下，構建以新能源為主體的新型電力系統是能源發展方向。未來，風電產業將持續升級，通過構網型的控制技術滿足新能源百分百的裝機需求。
（文/于淼 錢勇亮 徐夏晨）
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