8月22日，《中國電力報》以《強大心臟驅(qū)動海上巨擘——中車株洲電機為16兆瓦海上風機提供核心部件》為題，對全球首臺16兆瓦超大容量海上風電機組進行了專題報道，介紹了中車株洲電機公司16.X兆瓦中速永磁風力發(fā)電機研制項目。現(xiàn)全文轉(zhuǎn)發(fā)。
前不久，全球首臺16兆瓦超大容量海上風電機組在福建海上風電場成功并網(wǎng)發(fā)電。這臺由中車株洲電機有限公司（以下簡稱“中車株洲電機”）提供“動力心臟”——16.X兆瓦中速永磁風力發(fā)電機的海上巨擘歷時1個月的時間，機組各項運行數(shù)據(jù)和發(fā)電指標穩(wěn)定，并順利通過超強臺風“杜蘇芮”考驗，標志著我國海上風電大容量機組研發(fā)制造再上新臺階，達到國際領(lǐng)先水平。
硬核重器入選“十大”榜單
16兆瓦海上風電機組于去年11月23日下線，與國產(chǎn)大飛機C919、我國第三艘航空母艦福建艦等硬核重器共同榮登“2022年度十大國之重器”榜單，成為加快打造國家戰(zhàn)略科技力量、助推實現(xiàn)高水平科技自立自強的典范代表。
本臺16兆瓦海上風電機組的輪轂中心高度達152米，相當于三枚長征五號運載火箭的高度；葉輪直徑252米，相當于6架C919客機首尾相連；環(huán)繞一周的掃風面積約5萬平方米，相當于7個標準足球場的大小；相比目前海上常用的8兆瓦風機，節(jié)約用海面積超過35%。
在額定工況下，單臺機組每轉(zhuǎn)動一圈，就能發(fā)電34.2千瓦時，平均每年可輸出超過6600萬千瓦時的清潔電能，能夠滿足3.6萬戶三口之家一年的生活用電。單臺機組每年可減少燃煤約2.2萬噸，減排二氧化碳約5.4萬噸，是近1100輛純電動公交車運行一年的減碳總和，相當于植樹造林約150萬平方米。大功率海上風電機組的應(yīng)用為應(yīng)對全球氣候變化和推動我國經(jīng)濟社會綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻。
風機心臟實現(xiàn)多項突破
大功率海上風電機組的“動力心臟”要具備哪些特質(zhì)？
16.X兆瓦中速永磁風力發(fā)電機由中車株洲電機和客戶聯(lián)合研制，該風力發(fā)電機與齒輪箱、主軸進行一體化尋優(yōu)設(shè)計，采用創(chuàng)新的雙水冷技術(shù)、可靠的絕緣系統(tǒng)、全密封磁極結(jié)構(gòu)、特殊槽型設(shè)計，具有溫升低、振動低、諧波低、噪聲低，集成度高、效率高、可靠性高等特點和優(yōu)勢。該型號風力發(fā)電機產(chǎn)品性能達到國際領(lǐng)先水平，標志著我國大功率中速永磁風力發(fā)電機自主研發(fā)能力得到進一步提升，實現(xiàn)了大容量電機小型化的技術(shù)突破。
▲轉(zhuǎn)子
▲定子
▲電齒結(jié)合
為了實現(xiàn)這些性能提升，在項目研發(fā)過程中，中車株洲電機采用揭榜掛帥工作機制，成立了以中車科學(xué)家牽頭的專項攻關(guān)團隊。并且采取三個深度結(jié)合，即與用戶進行深度結(jié)合，與行業(yè)發(fā)展深度結(jié)合，與資深專家深度結(jié)合，既有縱向又有橫向，通過三個結(jié)合，在大功率風力發(fā)電機的絕緣、軸承等技術(shù)攻關(guān)中實現(xiàn)了突破。
中車株洲電機依托成熟的中速永磁風力發(fā)電機平臺，通過與客戶、供應(yīng)商等產(chǎn)業(yè)鏈縱向之間的積極協(xié)作，針對關(guān)鍵性能指標進行了多輪尋優(yōu)設(shè)計，開展了絕緣、軸承等行業(yè)“卡脖子”技術(shù)的專項攻關(guān)，終于成功解決了中速超緊湊風電機組軸承電蝕等多項技術(shù)難題，一舉實現(xiàn)大容量電機小型化的技術(shù)突破，并在保證機組發(fā)電量的前提下，將發(fā)電機重量降低到20噸左右。
軸承通過電流降低100倍
在國家戰(zhàn)略支撐下，風電業(yè)務(wù)得到快速發(fā)展。作為國內(nèi)海上風力發(fā)電機領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，中車株洲電機始終堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和“6G”綠色發(fā)展理念，通過積極推進前沿技術(shù)探索與運用，持續(xù)強化自主化水平與產(chǎn)品升級，持續(xù)發(fā)力“雙碳”戰(zhàn)略推動我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2020年初，中車株洲電機承接了該項緊急任務(wù)，即與客戶協(xié)同開發(fā)當時世界上最大功率的16兆瓦海上風力發(fā)電機。在整個研制環(huán)節(jié)中，如何有效地防止電流通過而造成對軸承的電腐蝕成為最大的瓶頸，這也是海上風電領(lǐng)域的世界難題。
“國際海上風電標準值是0.1安每平方毫米，0.1安預(yù)示著還是有一部分電流通過軸承，那么對軸承就會產(chǎn)生多多少少的電腐蝕和電火花，從而造成軸承上的腐蝕，形成一個個坑，最后軸承就會發(fā)生失效。”中車株洲電機江蘇公司副總經(jīng)理、總工程師李華介紹說。
海上風電環(huán)境惡劣，后期維護成本高，為了給客戶節(jié)省運營成本，李華和研發(fā)團隊決定挑戰(zhàn)發(fā)電機軸承電腐蝕這個世界難題。他們提出了一個大膽的想法，要把通過電流降低100倍，從0.1安每平方毫米降低到0.001安每平方毫米，基本可以實現(xiàn)終身有效運行，不會出現(xiàn)腐蝕。
為了實現(xiàn)“0.001”這個目標，在項目執(zhí)行過程中，李華和團隊的20多位研發(fā)人員積極克服項目周期短、新技術(shù)、新工藝等困難挑戰(zhàn)，從方案設(shè)計到尋找絕緣材料再到分析試驗，通過整整一周通宵達旦的演算、設(shè)計、大膽試驗，數(shù)字從0.1逐漸降低到0.005，最后定格在0.001。“在試驗臺測試取得成功，大家熱淚盈眶，我們將不可能變成了可能！”李華說。
新聞鏈接
6月28日，全球首臺超大容量16兆瓦海上風電機組全部安裝完成。這臺16兆瓦風電機組葉片長達123米，掃風面積相當于七個標準足球場，是目前世界上已建成最大的風電機組，也是首臺16兆瓦商業(yè)化示范應(yīng)用機組，核心關(guān)鍵部件實現(xiàn)全面國產(chǎn)化。
7月19日，全球首臺16兆瓦超大容量海上風電機組在福建海上風電場成功并網(wǎng)發(fā)電，標志著我國海上風電大容量機組研發(fā)制造及運營能力再上新臺階，達到國際領(lǐng)先水平。
