御风而行逐深蓝——全球首台16兆瓦海上风电机组并网发电的背后
一台16兆瓦的海上风电机组，有多大？
——单支叶片长123米，能够同时容纳300个成年人并肩站立，叶轮扫风面积约5万平方米，相当于7个标准足球场。
一台16兆瓦的海上风电机组，能发多少电？
——满发风速下，每年可输出超过6600万千瓦时的清洁电能，能够满足3.6万户家庭一年的生活用电。
7月19日，全球首台16兆瓦海上风电机组在福建北部海域顺利完成并网发电。这是目前全球范围内单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的风电机组。
协同、创新、突破，中国海上风电装备正为全球行业发展树立新标杆。
百米高空“穿针引线”
记者从福州长乐松下港乘船出发，经过两个多小时航行，宽阔蔚蓝的海面上，阵阵海风劲掠而过，一台白色巨型风车正在展翼“捕风”。
据长江三峡集团福建能源投资有限公司执行董事、党委书记雷增卷介绍，16兆瓦风电机组轮毂中心高度152米，约相当于一座52层大楼的高度；机舱、发电机组合体重达385吨，相当于190台越野车的重量；单只叶片重54吨，叶轮扫风面积约5万平方米。
这样的庞然大物，是如何稳稳地立在海上的？
负责现场施工的中铁大桥局平潭外海海上风电场项目经理程细平说，这里常年风高浪急、海况恶劣，施工作业本就困难重重。再加之海上大兆瓦风机的尺寸和重量，都远高于陆上风机，更为装机带来挑战。
“叶片长度123米，是目前全球最长的叶片。”程细平说，在吊装时需要将每支叶片的直径为42毫米的176颗螺栓同时插入直径为45毫米的螺栓孔里面，实现叶片与轮毂精准对接，这堪称百米高空中的“穿针引线”。
工欲善其事，必先利其器。为确保风机安装任务顺利完成，施工方从广东沿海调来由三峡集团投资建造的全球首艘2000吨级海上风电安装平台——“白鹤滩”号。
“稳是在百米高空进行吊装作业的关键，任何一丝晃动对于吊装作业来说都有可能产生严重的影响。”三峡物资招标公司“白鹤滩”号技术负责人王怀刚说，“白鹤滩”号海上风电安装平台可将120米高的桩腿插入海底，牢牢站立在海上作业点，通过马达发力将平台升至海面上方，在施工时稳如磐石，从而完成毫米级高精度吊装。
为了抢抓施工窗口期，吊装工作必须争分夺秒。王怀刚说，从6月23日开始，“白鹤滩”号海上风电安装平台上的100多位工作人员就日夜奋战，采用分体式吊装的办法，分别安装风电机的塔筒、机舱、发电机、轮毂和叶片。
6月28日14时30分，经过30多个小时不间断的叶片安装，16兆瓦海上风电机组成功吊装。
关键核心部件全面国产化
业内认为，这台由三峡集团与金风科技联合研发的16兆瓦海上风电机组，标志着中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。
“这台机组在关键核心部件上实现了全面的国产化。”雷增卷说，长期以来，我国海上风电装备国产化水平较低，尤其是核心部件主轴承、超长叶片长期对外依赖。此次在风机主轴承、叶片和传动链等方面实现重大突破。
“主轴轴承是风电机组核心部件，素有风电机组心脏之称。”三峡集团福建公司工程管理部负责人周兴政说，此前由于主轴轴承技术壁垒高，风机主轴轴承主要依赖进口。此次金风科技联合洛阳轴承协同创新，历时9个多月，外径可达3.2米的主轴轴承顺利下线交付，实现了国产替代。
周兴政说，为保证轴承符合工艺要求，研发团队冒着高温全程跟踪轴承的热处理过程，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，为主轴轴承的国产化积累了宝贵经验。
叶片研发、生产，也是一个重要的突破点。牵头叶片研发的金风科技研发中心工程师袁渊说，对于123米长的这样一个“巨无霸”，既能抗弯，还要足够轻质、可靠性好，这对叶片的材料、设计和加工工艺等提出了更高要求。
在叶片加长的基础上，如何减重？袁渊介绍说，超长的叶片使得以往的玻纤和树脂材料无法满足需求，经过多次试验后，叶片的内部主梁结构首次采用碳纤维材料，重量减轻了20%。
一次次试验、一项项对比……历时一年多技术攻关，16兆瓦海上风机叶片终于成形，通过测试。
大块头更有大智慧。“机组全面实现了数字化和智能化。”袁渊说，遍布整机的数百个传感器和机舱上的激光雷达可以感知温度、湿度、风速等信息，数字化跟踪机组的运行状态，在恶劣气象条件下，还能通过机组自身的智慧“大脑”，进行风机角度、功率的调节。
“大兆瓦机组可以有效减少同等装机规模的风机数量，节约海域使用面积，是当前海上风电降本增效的重要途径。”雷增卷说，16兆瓦海上风电机组的安装推广，将有效降低海上风电项目度电成本、提高项目收益率，具有显著的行业引领示范作用。
“海上风电是典型的链条式产业。16兆瓦风电机组拥有上万个零部件，这离不开上下游产业链的支撑。”金风科技股份有限公司总裁曹志刚说，这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。
海上风电挺进深远海
业内认为，16兆瓦机组的成功应用，标志着我国风电装备产业实现了从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的历史性跨越。
“过去国内海上风电开发由于起步晚，在人才、技术、标准等各方面都与国外存在很大差距。”雷增卷说，依靠强大的自主创新，中国风电产业实现了海上风电产业链核心技术突破和海上风电装备制造的产业化、国产化。
“中国的风电产业链从小到大、从弱到强。”曹志刚说，上下游互相交织的开放性合作，不仅推动全行业向大兆瓦海上风机升级，还让创新技术在更多的下游实践应用中不断地完善，让中国风电整机和配套供应链产品在全球风电市场上具有更强的竞争力和吸引力。
当前我国风电装机规模已稳居世界首位，风电早已成为我国重要的电力来源。业内认为，随着我国大容量海上风电机组的技术进步和商业化进程，我国海上风电前景广阔，已经从浅海向深远海挺进。
“当前，深远海已成为海上风电布局的新方向，技术创新助推海上风机进入‘大’时代。”中国能源研究会特邀副理事长钟俊表示，随着海上风电从探索期、培育期进入到高速的发展期，海上风电布局也从近浅海逐步向深远海挺进，在关键技术和制造能力及应用领域等方面不断进步。
在“双碳”目标指引下，全球能源结构重塑，海上风电成为我国推进能源转型的重要抓手。
“海上风电具有产业链长、技术含量高、产业规模大等特点。我国拥有丰富的海上风能资源，海上风电作为我国实现‘双碳’目标的重要支撑，具有良好的发展前景。”中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩说，在新旧动能转换和经济社会转型发展中，绿色、便宜的风电将发挥越来越重要的基础支撑作用。
风从海上来，潮起正扬帆。今天，中国的海上风机在更广阔的海域安家落户，继续着变海风为能源的努力。
