中车株洲电力机车研究所有限公司推动风电技术跨越式发展——
电从海上来
华声在线全媒体记者 于淼 通讯员 钱勇亮 徐夏晨
碧海之上，白色“大风车”不停转动，连成线的海上风电机组将电能源源不断送入千家万户。
中国已经成为海上风电累计装机规模最大的国家。国家能源局发布数据显示，截至2023年12月底，全国风电装机容量约4.4亿千瓦，同比增长20.7%。
风电装备领域有一支劲旅，它就是中车株洲电力机车研究所有限公司。
从轨道交通跨界风力发电，中车株洲电力机车研究所有限公司如何推动风电技术跨越式发展，以绿色动力驱动低碳转型?
海上漂浮的“不倒翁”
3月22日，中车株洲电力机车研究所有限公司发布全球最大的20兆瓦漂浮式风电机组“启航号”。这款漂浮式风电机组突破传统风电机组的地域限制，将风力发电的疆域拓展到了深远海域。
有研究表明，深海的可开发风能储量是近海的1.7倍、陆地的5倍。“‘启航号’应用在海深50米以上，离岸距离比较远的场景，可为海上风电产业创造更大发展空间和更高经济效益。”中车株洲所风电事业部技术中心副主任刘红文介绍，相较于浅海，深海虽有更强劲的风能，但将风电机组“安插”其中需要许多技术的突破。
“基础不牢，地动山摇”。浅海中的风电机组可用“打桩”的方式，在海床上挖洞，利用天然水压和泥沙将风电机组插进其中。但在海深50米以上的地方“打桩”，成本与技术难度大大增加。漂浮式风电机组充分利用阿基米德原理，设计特殊的漂浮平台，并通过系泊和锚固，将风电机组变为“不倒翁”，漂浮在海面上。
“不倒翁”如何不被吹倒?
“启航号”叶轮直径超过260米，扫风面积约5万平方米，相当于7个标准足球场。刘红文介绍，为了让“大家伙”在大风来时也能平稳发电，设计人员创新一体化载荷仿真技术和漂浮平台稳定性控制技术，对风电机组的叶片、传动链、浮台等柔性耦合部件精准建模、仿真与验证，通过中车内部产业链协同研发机制，在叶片-传动链-整机-塔架-漂浮平台-锚链等综合优化设计中寻找最优解。
“‘启航号’可抵御17级台风，最大可承受风速达到每秒74米;抗浪高度达到11米，机组实际的运行纵摇角度可控制在5度左右，这样保证机组在大风大浪的情况下还能高效、稳定发电。”刘红文说。
▲中车株洲电力机车研究所有限公司自主研发的“海平面一号”风力发电机组。(资料照片) 通讯员 摄
产业集群迎风而上
中车株洲所初涉风电整机领域时，曾与奥地利Windtec公司合作，引进首套风电整机技术。为了在最短时间完成消化、吸收，掌握风电机组整机设计、制造技术，风电事业部全员上阵，通宵达旦，成功研制首台WT1.65型风电机组。
从高海拔风电技术到低风速区域;从“被动适应”电网的随网型风机到“主动支撑”电网的构网型风机;从“箕星”平台系列化产品到中国中车首台海上风电机组——“海平面一号”;从单一的整机制造商到以“清洁能源装备制造与销售”为一体、“风光资源开发和数智能源服务”为两翼的新能源系统解决方案提供商，形成了包含风电整机、叶片、变流器、弹性元件等零部件及风电场运营全产业链的风电产业集群。中车株洲所风电产业实现精彩蝶变，迅速跃升为行业前列整机商。
乘着“双碳”东风，中车株洲所成功将风电产业打造成企业继轨道交通、新材料之后的第3个百亿产业。
捷报频频传来：2023年4月，中车株洲所中标首个海上风电市场项目;同年12月，中标首个海上漂浮式项目样机工程风力发电机组及附属设备采购项目。
推动风电装备“走出去”，中车株洲所成功中标越南朔庄整机市场订单和叶片维修项目。中国制造，助力全球低碳未来。
在“无人区”开拓创新
好风凭借力。伴随着全球清洁能源发展趋势，风电机组的功率等级从最初的1.5兆瓦逐渐增长至20兆瓦;陆上风电克服了紫外线强、空气稀薄等恶劣天气条件，走向更高的海拔;海上风电解决在强劲海风中如何稳定可控输出电能等关键难题，向深海处“漂浮”……
我国风电产业发展经历了从独立行走到跟跑，再到竞跑，最后实现领跑的过程。
“随着技术的突破，风电事业发生质变，逐渐进入了‘无人区’，需要我们不断开拓创新，引领产业发展。”刘红文说。
当前我国的风电机组产能占全球市场的60%，但风电机组的大脑——主控系统所用的PLC(可编程逻辑控制器)，基本被国外垄断。2022年中车株洲所牵头风电领域的国家重点研发计划项目——风电机组主控系统关键技术及应用，攻克了PLC自主可控问题。如今，风电机组整机硬件可实现100%国产化，软件的自主可控，扫除我国风电产业全面自主安全可控的“拦路虎”。
未来风电产业在何处发力，美好蓝图正在绘制。
“如今，海上固定式风场的建设成本已大大降低，带动用电价格下降。”刘红文介绍，在“双碳”大背景下，构建以新能源为主体的新型电力系统是能源发展方向。未来，风电产业将持续升级，通过构网型的控制技术满足新能源百分百的装机需求。
