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不久前，我國(guó)自主研制的16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組在福建下線。這是目前全球范圍內(nèi)單機(jī)容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕、總體技術(shù)水準(zhǔn)最高的風(fēng)電機(jī)組，標(biāo)志著我國(guó)在海上風(fēng)電系統(tǒng)總成和大容量機(jī)組的制造能力上實(shí)現(xiàn)了重要突破，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
一、為何要發(fā)展海上風(fēng)電
我國(guó)已經(jīng)向世界莊嚴(yán)宣布了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”與“碳中和”目標(biāo)的時(shí)間表，其核心在于減少化石能源的消耗。現(xiàn)代化的步伐不能因化石能源消耗的減少而停滯不前，國(guó)家的全面發(fā)展必然會(huì)消耗越來(lái)越多的能源。
在此前提下，如何尋找足量的清潔能源，為我國(guó)未來(lái)的發(fā)展提供新的動(dòng)力，成為一個(gè)迫在眉睫的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
世界各國(guó)均在發(fā)力海上風(fēng)電
我國(guó)對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)做了大量的工作和多樣化的嘗試，其中的一個(gè)方案就是對(duì)海上風(fēng)電進(jìn)行開(kāi)發(fā)。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電有著以下若干明顯的優(yōu)勢(shì)。
1.海面高度均勻
海上沒(méi)有山丘和建筑物等的阻擋，風(fēng)力會(huì)明顯大于陸地，單位時(shí)間的風(fēng)能輸出比陸地大約50%，是巨大的能量增幅。此外，與陸地上變幻莫測(cè)的氣候不同，海上幾乎沒(méi)有靜風(fēng)期，這意味著海上風(fēng)力的發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)且發(fā)電功率輸出更穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)比較有利。
全國(guó)風(fēng)能資源分布圖
2.海上風(fēng)能資源豐富
我國(guó)擁有大約1.8萬(wàn)公里的海岸線，這給了海上風(fēng)電的發(fā)展極大的空間。通常來(lái)講，沿海海域一百米高度以上風(fēng)速在每秒7.5-9米之間，僅在離岸二百公里的范圍內(nèi)，我國(guó)的風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力就有約22.5億千瓦。作為對(duì)比，據(jù)世界銀行的統(tǒng)計(jì)，全球海上風(fēng)能的可開(kāi)發(fā)潛力高達(dá)710億千瓦，海上風(fēng)能資源是目前全球電力需求的十倍以上。值得注意的是，這一數(shù)據(jù)會(huì)隨著人類開(kāi)發(fā)能力的提升而繼續(xù)增加。
3.完全的清潔能源
風(fēng)力發(fā)電過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生污染，節(jié)能減排效果顯著：每安裝1GW（1000兆瓦，相當(dāng)于六十多臺(tái)上述機(jī)組）的海上風(fēng)電，相當(dāng)于每年減排350萬(wàn)噸二氧化碳。
4.成本低且麻煩少
相比于陸地風(fēng)電，海上風(fēng)電避免了征用土地資源的成本和麻煩，減小了項(xiàng)目的總投入。
5.機(jī)動(dòng)性強(qiáng)
海上風(fēng)電機(jī)組分為漂浮式和固定式，其中漂浮式具備一定的機(jī)動(dòng)性，但由于重量和體積受限制的原因功率有限。
遠(yuǎn)海中所使用漂的浮式風(fēng)電機(jī)組
海上風(fēng)電在理論上具備很大的優(yōu)勢(shì)，但仍然需要先進(jìn)的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在這個(gè)背景下，16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組總成的下線可謂是正逢其時(shí)。
二、高科技超長(zhǎng)葉片創(chuàng)世界紀(jì)錄
對(duì)風(fēng)電行業(yè)來(lái)說(shuō)，“造得多不如造得大”，風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率基本上與掃風(fēng)面積成正比，大功率、大尺寸風(fēng)機(jī)是風(fēng)電降本增效的主要手段。這一邏輯的基礎(chǔ)是葉片尺寸的不斷增加，如何在尺寸不斷增加，且保持結(jié)構(gòu)牢固的前提下，盡可能地減少葉片的自重（葉片自重越大，能量損耗越大），是風(fēng)電行業(yè)永恒的努力方向。
不斷增長(zhǎng)的全球風(fēng)電機(jī)組平均葉輪半徑
以此次創(chuàng)下多個(gè)世界紀(jì)錄的海上風(fēng)電機(jī)組為例，其輪轂中心高度為146米，大約相當(dāng)于五十層樓高；葉輪直徑252米，這已經(jīng)超越了六架國(guó)產(chǎn)C919大型客機(jī)首尾相接的總長(zhǎng)度，其對(duì)應(yīng)的掃風(fēng)面積約五萬(wàn)平方米，這足足有七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)那么大；葉片本身長(zhǎng)123米，大約相當(dāng)于三百名成年人并肩站立。
葉片內(nèi)部的碳纖維梁
創(chuàng)紀(jì)錄長(zhǎng)度的葉片自然也需要?jiǎng)?chuàng)紀(jì)錄的強(qiáng)度和輕量化，這需要葉片材料配方上的創(chuàng)新。如果沒(méi)有合適的材料，葉片的自重就容易讓它本身產(chǎn)生形變。
而碳纖維的加入是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，碳纖維是一種碳-碳主鏈結(jié)構(gòu)的高性能纖維材料。相比金屬材料和玻璃纖維，它具備質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，可以說(shuō)完美契合了風(fēng)電葉片的需求。碳纖維更大比例的應(yīng)用是解決風(fēng)電葉片材料問(wèn)題的鑰匙，在利用樹(shù)脂等材料固形后，碳纖維的強(qiáng)度能夠充分發(fā)揮，并有效減輕葉片質(zhì)量，尤其在海上高鹽高濕的環(huán)境下，葉片中的碳纖維材料也能夠提升耐腐蝕性能，更加適用于惡劣的氣候條件。
123米長(zhǎng)風(fēng)電葉片
碳纖維材料的更廣泛應(yīng)用，除了提升了風(fēng)機(jī)的綜合技術(shù)水準(zhǔn)，也標(biāo)志著我國(guó)在風(fēng)機(jī)葉片材料上從過(guò)去的受制于人到現(xiàn)在的完全自主可控。
三、世界領(lǐng)先的輸出電機(jī)技術(shù)
創(chuàng)紀(jì)錄的尺寸帶來(lái)的是高功率的輸出，這臺(tái)風(fēng)電機(jī)組刷新了單機(jī)容量記錄：在正常氣象條件下，風(fēng)機(jī)由風(fēng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，能發(fā)電34.2千瓦時(shí)的電力，相當(dāng)于三口之家一周的用電量；單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組在額定工作狀態(tài)下，可滿足一個(gè)十萬(wàn)人的城鎮(zhèn)的用電需求。
16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組核心機(jī)
更直觀地看，單臺(tái)風(fēng)機(jī)年均可輸送6600萬(wàn)千瓦時(shí)的電能，相當(dāng)于直接節(jié)約了2.2萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗，避免了5.4萬(wàn)噸二氧化碳的排放，節(jié)能減排效果顯著。
對(duì)于整個(gè)風(fēng)機(jī)總成而言，輸出的核心莫過(guò)于16兆瓦風(fēng)機(jī)。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)并不難：利用風(fēng)力帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)提升旋轉(zhuǎn)速度，促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。但系統(tǒng)總成對(duì)于發(fā)電機(jī)的可靠要求極高，其單次維修需要將整個(gè)發(fā)電機(jī)取下替換，在遠(yuǎn)海操作一次的費(fèi)用甚至?xí)^(guò)電機(jī)本身的成本。大功率風(fēng)機(jī)在過(guò)去長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)所把控，而這一次也實(shí)現(xiàn)了完全的國(guó)產(chǎn)化，預(yù)計(jì)能夠可靠運(yùn)行10-15年。
作為目前世界上單機(jī)容量最大的機(jī)組，它的意義不僅體現(xiàn)在單機(jī)發(fā)電功率的提升。它的國(guó)產(chǎn)化標(biāo)志著國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步完善，相比于之前的進(jìn)口，發(fā)電機(jī)組從產(chǎn)量和交付周期上更有利于大型海上風(fēng)電場(chǎng)的集中建設(shè)，這能夠有效促進(jìn)海上風(fēng)電施工效率提升與用電成本降低。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的使用、改進(jìn)和盈利構(gòu)成了正向循環(huán)，將對(duì)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)進(jìn)步產(chǎn)生極大推動(dòng)作用，全方位提升海上風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性。
海上風(fēng)電機(jī)組作為大型海上風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)單位，它的技術(shù)進(jìn)步能夠?yàn)槲覈?guó)能源綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供重要戰(zhàn)略支撐。目前，全球的海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)有很大的潛力，大國(guó)可以借此使能源多樣化，小國(guó)亦可以實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立。
結(jié)語(yǔ)：
未來(lái)，中國(guó)的海上風(fēng)電方案將具備更為廣闊的出口空間，同時(shí)也將為應(yīng)對(duì)全球氣候危機(jī)提供非常可觀的中國(guó)貢獻(xiàn)。#風(fēng)力發(fā)電#
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