拥有全球最长126米叶片的海上风电机组有哪些黑科技？| 天工开问㊻
封面新闻记者 张峥 实习生 刘涵
伴随着猎猎作响的海风，由东方风电研制，18兆瓦直驱海上风电机组矗立在了海平面上。该机组不仅突破重重科技壁垒，还是目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的直驱海上风电机组，单单叶片长度就可比拟42层高楼，甚至能够在80米每秒的狂风中屹立不倒，堪称“庞然大物”。近日，东方风电的技术人员带着机组的核心技术亮相天府科技云服务大会。
海上风电机组
126米长大叶片
据介绍，如此一个“庞然大物”，每一个部件与技术上都做到了完全自主知识产权。其中最关键技术的创新与突破有哪些？封面新闻记者采访了东电集团机械设计研究所高级工程师甄红亮。
打破壁垒 新式结构助力高效发电
东方风电技术人员周超告诉记者，在机组的内部结构上，东电的研发部分做出了很多突破。第一个突破便是打破了此前风电机组的“惯例”，做到了变压器与变流器的上置，将变压变流器的放置位置由塔基变为机组的上半部分。这一创新将大大减少机组的调试速度，变相优化了产品的性能。
第二个突破是采用了超高功率的发电机。“我们能做到在发电功率相同的情况下，比同行所有的发电机质量更轻，这代表着安全指数与经济效益的双重提升。”周超称，而该发电机的材料利用率与经济性同样做到了技术上的领先。
42层楼高叶片“高空亮翅”
“最令人称道的突破其实是叶片。”周超称，该海上风电机组的叶片被业内称为“超长柔性叶片”，流线型叶片的长度不仅做到了全球最长的126米，单单叶片就与42层楼的高度比肩。其形状与材料也均在相应领域做出了突破。
它的“柔性”体现在哪里呢？周超称，技术部门通过软件迭代，成功地设计出了高流线型叶片，能够最大程度上减少空气阻力对发电效率的影响。而弯扭耦合自适应降载技术更是确保了机组的安全性与稳定性。
除此之外最引人关注的就是叶片所用的“特殊”材料，“与同类型竞品相比，在材料选用上我们能做到完全地领先。”东电集团机械设计研究所高级工程师甄红亮表示，该叶片在传统的玻璃纤维叶片上更进一步，在主梁帽等关键位置采用了目前稳定性更好，被称为“新型材料之王”的碳纤维结构。碳纤维拥有更高的强度和模量，其主要应用为航空航天、高级轿车、高级文体用具等领域。从强度和重量上来说，碳纤维是制造叶片的最佳材料，但是其受限之处一直在于高昂的成本。“这次在设计上我们有的放矢，在最主要的承载结构上运用了碳纤维材料，而在次要结构上继续运用国际上非常成熟的玻璃纤维，达到了叶片强度与经济成本上的平衡。”
助力环保 风力发电减少碳排放
在2023年6月发布的《新型电力系统发展蓝皮书》中，我国风力发电的装机规模已经达到3.9亿千瓦，占我国发电总装机的14%，同比增长13.7%。“我国近海和深远海150米高度、离岸200公里以内且水深小于100米的海上风能资源技术可开发量为27.8亿千瓦， 目前海上风机累计装机仅为3000多万千瓦，利用率不足1.1%，未来开发潜力巨大。这为风电进一步发展提供了广阔的发展空间。”甄红亮强调。机组满发时，每转一圈即可发出38度电，按照理想状态，单台机组每年就可以输出7200万度清洁电能，可满足4万户普通家庭一年的生活用电，可节约标准煤2万余吨、减少二氧化碳排放5.5万余吨。
目标深海 庞大机组也能“远航”
谈到项目组未来可能的技术进步，甄红亮表示，把机组“移栽”到离海岸线更远的深海的技术已经开始研发，不日将成熟。
“目前我们的发电机组都是在近海，通过基础与大陆架相连。当水深超过100米后，传统固定基础的成本急剧提高，导致经济性较差，而漂浮式依靠系泊系统与海床连接，水深增加带来的边际成本增幅较小，更具边际成本优势。因此，海上风电的发展正呈现出由浅海到深海、由固定式到漂浮式的变化趋势。”甄红亮称。
可是，在波涛汹涌的深海，充斥着大风，湍流，高浪，急流等复杂，恶劣的外部环境。这样的庞然大物该如何“驻足”呢？对此，甄红亮也给出了答案。他表示，目前漂浮式基础借鉴了海上油气平台的技术，“可以理解成抛锚的大型轮船。”
经过多年的积累，东方风电在一体化仿真、船型设计、水动力分析、系泊系统、控制器、浮体结构等设计方向已具备完整的研发能力、所开发的海上漂浮式基础已完成了水池试验，且独立完成了采用混凝土浮体的7MW-186漂浮式风电机组的详细设计。