风“驰”电“掣” 风力发电从内陆到深海

  10月10日，国家重点研发计划项目“风电机群服役全周期质量评估与调控技术探讨研究”年度进展研讨会在湖南长沙召开。据悉，通过项目实施，我国已在风电机群服役质量评估方法、多时间尺度动态调控技术、服役质量数字孪生平台开发等方面取得阶段性突破，立项国际标准和行业标准7项。

  高山草原、沙漠海洋……一台台“超级大风车”拔地而起，将风能转换为电能。风电，作为当今世界极具前景的新能源，经过多年快速地发展，正逐步成为中国主力能源之一。

  而在湖南，科技湘军们正聚焦风电装备创新发展需求，陆续研发出大型低速直驱永磁风力发电关键技术、大型风电机组提升服役性能关键技术、新型深远海漂浮式机组等。

  “风电前景无限，我们团队将扎根研究，推动我们国家风电事业持续向前。”25年来，从陆地到近海再到深远海，从MW级风力发电机到10MW级风力发电机再到20MW级风力发电机，湖南大学风力发电系统研究团队一直在引领风力发电机大型化发展。

  上世纪末，我国只能生产750千瓦以下风力发电机，安装的大型风电机组95%以上是从国外进口的。

  “风电是国家未来的需求，风力发电机是风电机组的‘心脏’，作为电气专业的科研人员，有能力也有义务去掌握大型风力发电机技术，做出我们的祖国自己的大型风力发电机”。1998年，湖南大学电气与信息工程学院黄守道和同事王辉、罗德荣组建了湖南大学风力发电系统研究团队，开启了风电研发征程。

  从最开始的理论研究，到大型直驱永磁风力发电机，湖南大学风力发电系统研究团队一步一个脚印，探索风力发电机的进阶之道。

  “传统增速型风电机组技术追赶周期长，我们尝试研制新一代兆瓦级大型直驱永磁风力发电机。”长期调研和反复论证，团队开始研发兆瓦级直驱永磁风力发电机。

  1998年-2005年期间，湖南大学风力发电系统研究团队在湖南大学学报上发表了系列风力发电机技术领域的文章，并成功研制了系列数kW级风力发电机样机。

  团队积极努力争取，2006年与湘电股份等企业一同获批了国家“十一五”科技支撑计划重点项目“1.5MW以上直驱式风电机组永磁发电机的研制与产业化（2006BAA16）”和湖南省科技重大专项“2兆瓦级以上风力发电机组和核心部件的研制及产业化（2006GK1002）”，开始研制MW级永磁风力发电机。

  2007年10月，在湖南大学风力发电系统研究团队和7家企业、3 所高校的奋力攻关下，我国首台具有完全自主知识产权的 2MW直驱式风电机组研制成功，不仅打破了国外在该容量等级的技术垄断，更是成为“十一五”、“十二五”期间我国风电装备主流机型之一。

  强振动抑制、低风速启动、宽风域高效运行……湖南大学风力发电系统研究团队在研发过程中遇到了不少技术瓶颈，“风力发电产学研用联盟”应用而生。

  联合湘电股份、中车株洲电机、湘电风能、金风科技等企业，湖南大学风力发电系统研究团队攻坚克难，创造性提出大型直驱永磁风力发电机“主动抑振—阻转矩错位削弱—宽风域匹配”的研发思路，这些拦路的技术瓶颈迎刃而解。

  2011年9月，湖南南山风电场，产学研协同研发的50余台套2MW直驱永磁风力发电机组迎风而立，这是2MW风电机组在复杂环境（山地）首次应用。

  “大概爬了65米，向上爬的时候塔架还是有一点摇晃（当时技术水平限制），其实当时很害怕，但想看看自己研制的发电机运作情况，还是克服心理障碍坚持爬上去了。”黄守道回忆，爬到机舱里面感觉又闷又热，待几分钟就有点受不住，队员们谁都没有提，坚持待了半个小时，把各项数据和性能都确定后才离开。

  由于2MW机组的优异性能，湖南南山风电场的年满发小时数达到2300多个小时，远高于湖南中等水准1940个小时。湖南南山风电场也成为了国内山地风场的标杆，获得了中国电力优质工程奖、国家优质工程奖。

  2019年，由团队牵头，湘电风能、金风科技、中车株洲电机等共同完成的“大型低速高效直驱永磁风力发电机关键技术及应用”项目获得了国家技术发明二等奖。

  该项目技术创新成功应用于世界首台5MW等直驱永磁风力发电机组，形成1.5-6.7MW系列化产品，通过了权威认证机构的检测与认证。产品出口美国、德国等 20 多个发达国家，在国内外 400 多个风电场总装机达 2.7 万台套，产生了显著的经济效益，直驱型风力发电机组累计装机份额全球第一，引领世界直驱永磁风电技术发展。

  “来，给我拍一张，这景象太震撼了。”在福建平潭的近海上，游客们正在排队拍照打卡，而他们身后一个个巨型“大风车”穿插在海平面上，阳光照耀下迎风转动，蔚为壮观。

  从陆地到海上，湖南大学风力发电系统研究团队的成员们夜以继日，寻求更高效、更节能的风电模式。

  团队自2021年开始20MW深远海漂浮式风电机组产学研合作的新征程。经过一年多的时间，牵头组建了由湖南大学、武汉科技大学、华北电力大学、哈电风能、山东中能华源等构成的产学研团队，设计了VX型双叶轮结构，提出了具有风能利用系数高、重心可调、轻量化与低成本等特点的20MW级深远海漂浮式新型风电机组技术方案。

  2022年，“20兆瓦级海上新型风力发电实现机理及关键技术”项目获国家重点研发计划项目立项支持。

  “相比固定式风电，海上漂浮式风电具有海域适合使用的范围广、对海底地质条件限制少等优势，使得海上漂浮式风电慢慢的变成为深远海风电开发的首选技术路线。”黄守道介绍，团队正在研制的20兆瓦级海上漂浮式新型风电机组，是目前由国家重点研发计划批复立项的全国在研最大容量机组。一旦研制成功，一台机组每年可输出超8000万千瓦时的绿色电力，满足4.4万户家庭一年的用电量。

  基于团队在风电领域的实践、探索和取得的重大成果，在国家政策支持下，小组成员作为核心技术力量参与完成“海上风力发电装备与风能高效利用全国重点实验室”重组工作，团队负责人黄守道担任实验室主任，与湘电股份、哈电风能（原湘电风能）共同打造国家科技战略力量。

  25年来，从陆地到近海再到深远海，从MW级风力发电机到10MW级风力发电机再到20MW级风力发电机，湖南大学风力发电系统研究团队逐渐引领世界风力发电机大型化发展。

  团队产学研协同，研制的1.5-6.7MW系列化直驱永磁风力发电机在陆地上实现大规模推广应用，助力我国风电变成全球第一风电大国；研制的6-12MW模块化海上半直驱永磁风力发电机在近海实现大规模推广应用，加速推动我们国家变成全球第一海上风电大国。未来20MW级深远海海上漂浮式风力发电机组的规模化应用，将在国家“双碳”战略的宏伟蓝图下助力海上风电走向深蓝。

  从最初完全依赖进口才能建设风电场，到2010年中国新增和累计装机量首次超过美国，并连续13年稳居世界第一，再到2022年，中国风电并网装机容量达到3.7亿千瓦，风电装机量占全国电源总装机量的14.3%，占全球风电装机的40%，我国风电走出了一条从无到有、从小到大、从弱到强的崛起之路。

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