10月10日，國家重點研發(fā)計劃項目“風電機群服役全周期質量評估與調控技術研究”年度進展研討會在湖南長沙召開。據悉，通過項目實施，我國已在風電機群服役質量評估方法、多時間尺度動態(tài)調控技術、服役質量數字孿生平臺開發(fā)等方面取得階段性突破，立項國際標準和行業(yè)標準7項。

高山草原、沙漠海洋……一臺臺“超級大風車”拔地而起，將風能轉換為電能。風電，作為當今世界極具前景的新能源，經過多年高速發(fā)展，正逐步成為我國主力能源之一。

而在湖南，科技湘軍們正聚焦風電裝備創(chuàng)新發(fā)展需求，陸續(xù)研發(fā)出大型低速直驅永磁風力發(fā)電關鍵技術、大型風電機組提升服役性能關鍵技術、新型深遠海漂浮式機組等。

“風電前景無限，我們團隊將扎根研究，推動我國風電事業(yè)持續(xù)向前。”25年來，從陸地到近海再到深遠海，從mw級風力發(fā)電機到10mw級風力發(fā)電機再到20mw級風力發(fā)電機，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊一直在引領風力發(fā)電機大型化發(fā)展。

探索

從無到有最是不易。

我國風電發(fā)展起步較晚，改革開放初期才開始風電領域的探索。

上世紀末，我國只能生產750千瓦以下風力發(fā)電機，安裝的大型風電機組95%以上是從國外進口的。

10多年來團隊研發(fā)的系列機組柜。湖南大學供圖

“風電是國家未來的需求，風力發(fā)電機是風電機組的‘心臟’，作為電氣專業(yè)的科研人員，有能力也有義務去掌握大型風力發(fā)電機技術，做出我們國家自己的大型風力發(fā)電機”。1998年，湖南大學電氣與信息工程學院黃守道和同事王輝、羅德榮組建了湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊，開啟了風電研發(fā)征程。

從最開始的理論研究，到大型直驅永磁風力發(fā)電機，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊一步一個腳印，探索風力發(fā)電機的進階之道。

“傳統(tǒng)增速型風電機組技術追趕周期長，我們嘗試研制新一代兆瓦級大型直驅永磁風力發(fā)電機。”長期調研和反復論證，團隊開始研發(fā)兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機。

1998年-2005年期間，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊在湖南大學學報上發(fā)表了系列風力發(fā)電機技術領域的文章，并成功研制了系列數kw級風力發(fā)電機樣機。

團隊積極努力爭取，2006年與湘電股份等企業(yè)共同獲批了國家“十一五”科技支撐計劃重大項目“1.5mw以上直驅式風電機組永磁發(fā)電機的研制與產業(yè)化（2006baa16）”和湖南省科技重大專項“2兆瓦級以上風力發(fā)電機組和關鍵部件的研制及產業(yè)化（2006gk1002）”，開始研制mw級永磁風力發(fā)電機。

2007年10月，在湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊和7家企業(yè)、3所高校的奮力攻關下，我國首臺具有完全自主知識產權的2mw直驅式風電機組研制成功，不僅打破了國外在該容量等級的技術壟斷，更是成為“十一五”、“十二五”期間我國風電裝備主流機型之一。

趕超

強振動抑制、低風速啟動、寬風域高效運行……湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊在研發(fā)過程中遇到了不少技術瓶頸，“風力發(fā)電產學研用聯(lián)盟”應用而生。

聯(lián)合湘電股份、中車株洲電機、湘電風能、金風科技等企業(yè)，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊攻堅克難，創(chuàng)造性提出大型直驅永磁風力發(fā)電機“主動抑振—阻轉矩錯位削弱—寬風域匹配”的研發(fā)思路，這些攔路的技術瓶頸迎刃而解。

南山風電場。湖南大學供圖

2011年9月，湖南南山風電場，產學研協(xié)同研發(fā)的50余臺套2mw直驅永磁風力發(fā)電機組迎風而立，這是2mw風電機組在復雜環(huán)境（山地）首次應用。

為了現場感受發(fā)電機的運行情況，黃守道帶著團隊爬上了風力發(fā)電機組的機艙。

“大概爬了65米，向上爬的時候塔架還是有一點搖晃（當時技術水平限制），其實當時很害怕，但想看看自己研制的發(fā)電機運行情況，還是克服心理障礙堅持爬上去了?！秉S守道回憶，爬到機艙里面感覺又悶又熱，待幾分鐘就有點受不住，隊員們誰都沒有提，堅持待了半個小時，把各項數據和性能都確定后才離開。

由于2mw機組的優(yōu)異性能，湖南南山風電場的年滿發(fā)小時數達到2300多個小時，遠高于湖南平均水平1940個小時。湖南南山風電場也成為了國內山地風場的標桿，獲得了中國電力優(yōu)質工程獎、國家優(yōu)質工程獎。

2019年，由團隊牽頭，湘電風能、金風科技、中車株洲電機等共同完成的“大型低速高效直驅永磁風力發(fā)電機關鍵技術及應用”項目獲得了國家技術發(fā)明二等獎。

該項目技術創(chuàng)新成功應用于世界首臺5mw等直驅永磁風力發(fā)電機組，形成1.5-6.7mw系列化產品，通過了權威認證機構的檢測與認證。產品出口美國、德國等20多個發(fā)達國家，在國內外400多個風電場總裝機達2.7萬臺套，產生了顯著的經濟效益，直驅型風力發(fā)電機組累計裝機份額全球第一，引領世界直驅永磁風電技術發(fā)展。

領先

“來，給我拍一張，這景象太震撼了?！痹诟＝ㄆ教兜慕Ｉ希慰蛡冋谂抨犈恼沾蚩?，而他們身后一個個巨型“大風車”穿插在海平面上，陽光照耀下迎風轉動，蔚為壯觀。

從陸地到海上，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊的成員們夜以繼日，尋求更高效、更節(jié)能的風電模式。

20mw級新型漂浮式風電機組模型。湖南大學供圖

團隊自2021年開始20mw深遠海漂浮式風電機組產學研合作的新征程。經過一年多的時間，牽頭組建了由湖南大學、武漢科技大學、華北電力大學、哈電風能、山東中能華源等構成的產學研團隊，設計了vx型雙葉輪結構，提出了具有風能利用系數高、重心可調、輕量化與低成本等特點的20mw級深遠海漂浮式新型風電機組技術方案。

2022年，“20兆瓦級海上新型風力發(fā)電實現機理及關鍵技術”項目獲國家重點研發(fā)計劃項目立項支持。

“相比固定式風電，海上漂浮式風電具有海域適用范圍廣、對海底地質條件限制少等優(yōu)勢，使得海上漂浮式風電逐漸成為深遠海風電開發(fā)的首選技術路線。”黃守道介紹，團隊正在研制的20兆瓦級海上漂浮式新型風電機組，是目前由國家重點研發(fā)計劃批復立項的全國在研最大容量機組。一旦研制成功，一臺機組每年可輸出超8000萬千瓦時的綠色電力，滿足4.4萬戶家庭一年的用電量。

基于團隊在風電領域的實踐、探索和取得的重大成果，在國家政策支持下，團隊成員作為核心技術力量參與完成“海上風力發(fā)電裝備與風能高效利用全國重點實驗室”重組工作，團隊負責人黃守道擔任實驗室主任，與湘電股份、哈電風能（原湘電風能）共同打造國家科技戰(zhàn)略力量。

25年來，從陸地到近海再到深遠海，從mw級風力發(fā)電機到10mw級風力發(fā)電機再到20mw級風力發(fā)電機，湖南大學風力發(fā)電系統(tǒng)研究團隊逐漸引領世界風力發(fā)電機大型化發(fā)展。

團隊產學研協(xié)同，研制的1.5-6.7mw系列化直驅永磁風力發(fā)電機在陸地上實現大規(guī)模推廣應用，助力我國風電成為世界第一風電大國；研制的6-12mw模塊化海上半直驅永磁風力發(fā)電機在近海實現大規(guī)模推廣應用，加速推動我國成為世界第一海上風電大國。未來20mw級深遠海海上漂浮式風力發(fā)電機組的規(guī)?；瘧?，將在國家“雙碳”戰(zhàn)略的宏偉藍圖下助力海上風電走向深藍。

從最初完全依賴進口才能建設風電場，到2010年中國新增和累計裝機量首次超過美國，并連續(xù)13年穩(wěn)居世界第一，再到2022年，中國風電并網裝機容量達到3.7億千瓦，風電裝機量占全國電源總裝機量的14.3%，占全球風電裝機的40%，我國風電走出了一條從無到有、從小到大、從弱到強的崛起之路。