碧海之上，白色“大風(fēng)車”不停轉(zhuǎn)動(dòng)，連成線的海上風(fēng)電機(jī)組將電能源源不斷送入千家萬戶。
中國已經(jīng)成為海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大的國家。國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至2023年12月底，全國風(fēng)電裝機(jī)容量約4.4億千瓦，同比增長20.7%。
風(fēng)電裝備領(lǐng)域有一支勁旅，它就是中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司。
從軌道交通跨界風(fēng)力發(fā)電，中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司如何推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)跨越式發(fā)展，以綠色動(dòng)力驅(qū)動(dòng)低碳轉(zhuǎn)型？
海上漂浮的“不倒翁”
3月22日，中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司發(fā)布全球最大的20兆瓦漂浮式風(fēng)電機(jī)組“啟航號”。這款漂浮式風(fēng)電機(jī)組突破傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組的地域限制，將風(fēng)力發(fā)電的疆域拓展到了深遠(yuǎn)海域。
有研究表明，深海的可開發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量是近海的1.7倍、陸地的5倍。“‘啟航號’應(yīng)用在海深50米以上，離岸距離比較遠(yuǎn)的場景，可為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大發(fā)展空間和更高經(jīng)濟(jì)效益。”中車株洲所風(fēng)電事業(yè)部技術(shù)中心副主任劉紅文介紹，相較于淺海，深海雖有更強(qiáng)勁的風(fēng)能，但將風(fēng)電機(jī)組“安插”其中需要許多技術(shù)的突破。
“基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖”。淺海中的風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組插進(jìn)其中。但在海深50米以上的地方“打樁”，成本與技術(shù)難度大大增加。漂浮式風(fēng)電機(jī)組充分利用阿基米德原理，設(shè)計(jì)特殊的漂浮平臺(tái)，并通過系泊和錨固，將風(fēng)電機(jī)組變?yōu)椤安坏刮獭保≡诤Ｃ嫔稀?/p>
“不倒翁”如何不被吹倒？
“啟航號”葉輪直徑超過260米，掃風(fēng)面積約5萬平方米，相當(dāng)于7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場。劉紅文介紹，為了讓“大家伙”在大風(fēng)來時(shí)也能平穩(wěn)發(fā)電，設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新一體化載荷仿真技術(shù)和漂浮平臺(tái)穩(wěn)定性控制技術(shù)，對風(fēng)電機(jī)組的葉片、傳動(dòng)鏈、浮臺(tái)等柔性耦合部件精準(zhǔn)建模、仿真與驗(yàn)證，通過中車內(nèi)部產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同研發(fā)機(jī)制，在葉片-傳動(dòng)鏈-整機(jī)-塔架-漂浮平臺(tái)-錨鏈等綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)中尋找最優(yōu)解。
“‘啟航號’可抵御17級臺(tái)風(fēng)，最大可承受風(fēng)速達(dá)到每秒74米；抗浪高度達(dá)到11米，機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行縱搖角度可控制在5度左右，這樣保證機(jī)組在大風(fēng)大浪的情況下還能高效、穩(wěn)定發(fā)電。”劉紅文說。
產(chǎn)業(yè)集群迎風(fēng)而上
中車株洲所初涉風(fēng)電整機(jī)領(lǐng)域時(shí)，曾與奧地利Windtec公司合作，引進(jìn)首套風(fēng)電整機(jī)技術(shù)。為了在最短時(shí)間完成消化、吸收，掌握風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，風(fēng)電事業(yè)部全員上陣，通宵達(dá)旦，成功研制首臺(tái)WT1.65型風(fēng)電機(jī)組。
從高海拔風(fēng)電技術(shù)到低風(fēng)速區(qū)域；從“被動(dòng)適應(yīng)”電網(wǎng)的隨網(wǎng)型風(fēng)機(jī)到“主動(dòng)支撐”電網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)；從“箕星”平臺(tái)系列化產(chǎn)品到中國中車首臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組——“海平面一號”；從單一的整機(jī)制造商到以“清潔能源裝備制造與銷售”為一體、“風(fēng)光資源開發(fā)和數(shù)智能源服務(wù)”為兩翼的新能源系統(tǒng)解決方案提供商，形成了包含風(fēng)電整機(jī)、葉片、變流器、彈性元件等零部件及風(fēng)電場運(yùn)營全產(chǎn)業(yè)鏈的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群。中車株洲所風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)精彩蝶變，迅速躍升為行業(yè)前列整機(jī)商。
乘著“雙碳”東風(fēng)，中車株洲所成功將風(fēng)電產(chǎn)業(yè)打造成企業(yè)繼軌道交通、新材料之后的第3個(gè)百億產(chǎn)業(yè)。
捷報(bào)頻頻傳來：2023年4月，中車株洲所中標(biāo)首個(gè)海上風(fēng)電市場項(xiàng)目；同年12月，中標(biāo)首個(gè)海上漂浮式項(xiàng)目樣機(jī)工程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及附屬設(shè)備采購項(xiàng)目。
推動(dòng)風(fēng)電裝備“走出去”，中車株洲所成功中標(biāo)越南朔莊整機(jī)市場訂單和葉片維修項(xiàng)目。中國制造，助力全球低碳未來。
在“無人區(qū)”開拓創(chuàng)新
好風(fēng)憑借力。伴隨著全球清潔能源發(fā)展趨勢，風(fēng)電機(jī)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(fēng)電克服了紫外線強(qiáng)、空氣稀薄等惡劣天氣條件，走向更高的海拔；海上風(fēng)電解決在強(qiáng)勁海風(fēng)中如何穩(wěn)定可控輸出電能等關(guān)鍵難題，向深海處“漂浮”……
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了從獨(dú)立行走到跟跑，再到競跑，最后實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑的過程。
“隨著技術(shù)的突破，風(fēng)電事業(yè)發(fā)生質(zhì)變，逐漸進(jìn)入了‘無人區(qū)’，需要我們不斷開拓創(chuàng)新，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”劉紅文說。
當(dāng)前我國的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)能占全球市場的60%，但風(fēng)電機(jī)組的大腦——主控系統(tǒng)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(fēng)電領(lǐng)域的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目——風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，攻克了PLC自主可控問題。如今，風(fēng)電機(jī)組整機(jī)硬件可實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化，軟件的自主可控，掃除我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)全面自主安全可控的“攔路虎”。
未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在何處發(fā)力，美好藍(lán)圖正在繪制。
“如今，海上固定式風(fēng)場的建設(shè)成本已大大降低，帶動(dòng)用電價(jià)格下降。”劉紅文介紹，在“雙碳”大背景下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是能源發(fā)展方向。未來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將持續(xù)升級，通過構(gòu)網(wǎng)型的控制技術(shù)滿足新能源百分百的裝機(jī)需求。
（文/于淼 錢勇亮 徐夏晨）
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