西安技术助力全球单机容量最大风电机组建成运行

7月19日，迎着渤海的风，全球单机容量最大的风电机组，在辽宁营口华能仙人岛热电厂启动发电。

这台白色“大风车”创造了风轮直径260米、单机功率18兆瓦“两个全球第一”的纪录。随着它的不停转动，在满发风速下，每小时可发出18000度清洁电能，对比目前辽宁区域在运单机容量最大的8兆瓦风机机型，发电量可提升125%。

据了解，这台风车的整机国产化率超过99%，其中一项先进技术来自一支西安风电装备领域的劲旅——西安中车永电捷力风能有限公司（以下简称捷力公司）。

布局：海上“大风车”迎风而起

当前，海上风电正成为我国推进能源转型的重要抓手。数据显示，近海5至50米水深范围内，风能资源技术开发量约5亿千瓦，深远海风能资源可开发量是近海的3至4倍。

近年来，捷力公司的海上风电项目捷报频传，持续创造着“国内最大”“全球最大”等纪录，逐步兑现着海上“大风车”的市场潜力。

研制10.XMW海上紧凑型永磁同步风力发电机及其国内最大功率半直驱实验平台，填补了国内空白；13.XMW海上紧凑型永磁半直驱风力发电机2021年7月下线，成为当时全球功率最大的紧凑型海上永磁半直驱风力发电机；助力“十四五”五大海上风电基地首个并网发电项目——山东能源渤中海上风电场在渤海海域顺利并网发电......

回顾我国海上风电机组的发展历程，自主性不断增强，装机规模大幅增加，机组容量实现了从8兆瓦、10兆瓦、12兆瓦到16兆瓦的持续突破。如今，单机容量18兆瓦的海上风电机组已经在辽宁营口启动发电，这标志着海上风电机组的“大势”所趋。

“十四五规划时期，当时有机构对海上风电的装机总量以及单机功率都做了预测。我们原以为到了今天，单机容量会做到12至15兆瓦，但没想到现在已经做到了18兆瓦。未来一两年内，我们可能就会做到25兆瓦。”西安中车永电捷力风能有限公司总经理米兴社说道。

一位风电行业研究人士告诉记者，可观的经济性与所采用的大型化风机有着紧密联系。越来越“大”的海上风车意味着用海面积、钢结构建设以及运维成本的下降。同时，在同等风速情况下，海上大型化风电机组还会提升风机利用小时数，增加有效发电量。

据捷力公司总经理米兴社介绍，截至2024年，捷力公司海上发电机的装机总量已达到3000兆瓦。下一步，捷力公司正在开发面向深远海的25兆瓦级超高功率密度半直驱发电机，继续追赶“全球最大”的目标。

突破：为“巨无霸”安上“强心脏”

 18兆瓦的风电机组容量究竟有多大？米兴社给出的答案是——机组每年可输出7400万度清洁电能，相当于每年可节约标煤约2.5万吨、减少二氧化碳排放约6.1万吨。

那么，一台“大风车”何以满足4万户家庭的年用电需求？将风能转换为电能的发电机组核心部件——发电机是关键。

此次装配在全球单机容量最大风电机组上的发电机，是由捷力公司自主研发的海上半直驱永磁风力发电机，单机功率“全球第一”，入围“科创中国”（绿色低碳领域）先导技术，攻克了大功率风力发电机结构集成和散热平衡等多项技术难题。

风电机组容量不断增大的过程，各种问题也愈加凸显，发电机始终是机组大型化发展过程中无法绕开的部分。

将电机功率提升至超大级后，如何确保电机不会因为电流过大而无法安全传输？——捷力公司的多套绕组设计派上了用场。通过采用这种设计，可以最大程度降低电机故障带来的发电量损失。

电机功率提升后，随之而来的发电机温升问题怎么办？据了解，捷力公司釆用公司独有的定子水冷和转子空水冷的双路循环高效冷却专利技术，通过“水冷+空冷”的方式达到“温升低”的效果。

在电力传输过程中，谐波作为一种“不请自来”的因素严重影响发电质量该怎么办？为了减少风电机组的谐波含量，捷力公司采用特殊槽型设计，通过优化转子磁极结构尺寸，来减少大功率电容、电感造成的振荡。

海上风力发电的不稳定性，对海上大型化风电机组提出了可靠性挑战。“因为海上的吊装成本非常高，所以我们设计的原则是必须要有高度可靠性，至少保证25年的使用寿命，不能发生重大质量问题。”米兴社说道。

铸链：以“风”为媒链接更多企业

一台风机究竟由多少个核心部件构成？“从风机主轴承到叶片再到发电机，上万个零部件在一个‘大风车’里熠熠生辉。”米兴社笑着对记者说。

仅以其中的发电机来说，一个发电机生产的背后，也有西安热工研究院有限公司、维谛技术（西安）有限公司、西安康本材料等多家企业与研究机构的名字。在米兴社看来，“‘大风车’的‘智’造，集群化的技术创新是关键。”

碳纤维是制造航天航空等高技术器材的优良材料。那么，这种材料能用到发电机上吗？随着风电机组单机功率的持续增加，在发电机高功率密度的迫切要求下，碳纤维复合材料的高强度和低密度的特点，使其成为制造电机内部组件的理想选择。

“未来康本将深入发挥航天复合材料优势，助力大型海上风电机型产品的装机运行。”西安康本材料有限公司副总经理王富强说道。

此外，捷力公司还联合西安热工研究院有限公司、维谛技术（西安）有限公司等企业，研发轴电流损伤更小的风电轴承应用技术。“‘大风车’的部分核心部件过去一直依赖进口，国产替代之路无比艰难。未来，在科技创新的引领下，我国必将完全摆脱受制于人的局面，让海上风电项目向风速条件更好、建设条件更严苛的深远海推进。”米兴社说道。

展望未来，米兴社表示，将继续协同风电上下游产业链条，坚持技术创新突破，推动生产要素创新配置，促进产业深度转型升级，不断加快形成新质生产力，为经济社会全面绿色发展贡献更多绿色澎湃动能。

责任编辑：曲靖