从10kW到20MW级，中国风电机组大型化之路
2024-05-22 10:14 [风能] 来源于：风能专委会CWEA 作者：赵靓
导读：在某种意义上，我国风电过去五十年的技术攻关与产品开发历程，基本是以机组大型化为主要脉络展开的。20世纪70年代到今天，我国研发、生产、投运的机组从小到大，走过了从10kW级、200kW级、600kW、750kW级到MW级、5MW级、10MW级、15MW级、20MW级等多个单机容
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在某种意义上，我国风电过去五十年的技术攻关与产品开发历程，基本是以机组大型化为主要脉络展开的。20世纪70年代到今天，我国研发、生产、投运的机组从小到大，走过了从10kW级、200kW级、600kW、750kW级到MW级、5MW级、10MW级、15MW级、20MW级等多个单机容量的关键性历史节点，其间风电技术完成了由引进、消化吸收到自主再创新，技术能力也从跟随、协同直至引领。在上述每一个关键节点中，总有一两款机组值得铭记，因为它们的出现，推动了机组大型化的历史发展进程，造就了中国风电的今天。
10kW级：早在20世纪50年代后期，我国就已经开始进行近代风电机组的研发工作。由于当时的市场需求以农牧渔地区为主，技术攻关与产品研发的主力是各地科研机构。直至1972年7月，依靠华东电力设计院、浙江省机械研究所、浙江省水电设计院等单位的联合设计，浙江省绍兴粮油机械加工厂试制的1台FD13-18kW风电机组样机完成安装，标志着我国风电工业萌芽初现。如果按照这台风电机组安装时间来推算，我国风电的工业化发展至今已超过50年。
在10kW级风电技术的研发过程中，还有一个里程碑事件，那就是在1982年5月，福建省电力中心试验所、福建省机械研究所等单位联合设计的FDS21-55kW风电机组在福建平潭风力发电试验站并网运行成功。该机组的研制被列入国家“六五（1981―1985年）”科技计划，于福州发电设备厂完成样机试制。
200kW级：如果说我国早期推出的10kW基本都为离网型小型风电机组，那么风电技术发展到200kW时，正式拉开了并网型风电机组研发的序幕。1988年，水电部杭州机械设计研究所、福建机器厂、上海玻璃钢研究所、福建省电力试验研究院、平潭县风力发电试验站等单位联合研制的FD32-200机组在福建平潭完成吊装，是国内首台单机容量达到200kW的风电机组。
600kW级：1997年前后，国家科技主管部门开始大力推动风电技术发展。金风科技与新疆风能公司、新疆风能研究所共同承担了“九五（1995―2000年）”国家重点科技攻关项目“600kW风电机组”的研制任务。从1997年到2000年，上述单位陆续研制出不同国产化率的10台600kW机组，不仅被评为国家科技进步一等奖，并且推动了我国风电设备与关键零部件的产业化发展。600kW级机组也是我国企业与外国企业最早合作引进制造的产品级别。1996年，北京万电与奥地利PEHR公司签订合同引进了600kW变桨距型机组制造技术；2000年，西安维德与一拖-美德先后推出了600kW和660kW机型。
750kW级：“十五”期间，国家科技主管部门持续通过科技攻关项目支持机组大型化发展。2002年，国家“十五”科技攻关计划安排了750kW失速型风电机组研制，金风科技和浙江机电设计研究院承担了该项目，分别于2004年、2008年完成吊装，随后实现大批量生产。
MW级：单机容量进入MW级，是我国风电机组技术发展的一个关键历史节点。一方面，市场需求激增，在一段时间内造成了风电机组供不应求的局面，大量企业开始进入风电设备研发与制造环节，最多时达到80家左右，我国风电机组研发与制造呈现出百家争鸣的景象；另一方面，MW级机型单机容量更大，有力支撑着我国风电规模化开发，部分头部整机商的产品，由于更受市场青睐，销量极高，成为企业产品中的“机王”。最早推出MW级机组的企业是金风科技。2005年，该公司1.2MW永磁直驱式风电机组实现投运。2006年，华锐风电首台1.5MW双馈式风电机组并网发电。之后，大多数整机商都快速推出了1.5MW产品，1.5MW与2MW机型成为日后市场的主流。
在陆上风电市场主流产品仍为1.5MW机型时，技术实力较强的头部整机商最先开发出3MW级机组。2009年，首批3台华锐风电3MW海上风电机组并网；金风科技则并网了其首台3MW中速永磁风电机组样机。
5MW级：2011年，我国陆上风电市场主流产品为2MW机型，海上风电机组开始拉开与陆上风电机组的单机容量差距，有企业推出了首款5MW级机组。是年，华锐风电在上海东海大桥海上风电场二期投运了我国首款5MW海上风电机组。同年年底，联合动力下线了我国首款6MW海上风电机组。
10MW级：福清兴化湾海上风电场为我国风电机组大型化技术发展立下过汗马功劳。该项目是全球首个国际化大容量海上风电样机试验风电场，一期项目安装了8家知名整机商生产的14台单机容量超过5MW的风电机组，二期项目则将重点放在10MW级机组的安装与运行上。2020年，东方电气185-10MW样机在该项目并网，标志着我国具备10MW级大功率海上风电机组自主研发设计与制造、工程安装与调试的能力。
15MW级：到15MW级，我国在风电机组大型化上已经登上世界风电技术的高峰，开始引领全球风电大型化发展，并逐渐走向技术“深水区”和“无人区”。2022年，金风科技GWH252-16MW海上风电机组下线，并于2023年完成安装与并网。这款机型拥有完全自主知识产权，是我国首台单机容量超过15MW的风电机组。在2023北京国际风能大会暨展览会（CWP2023）整机商发布的新机型或机型平台中，有9款的单机容量超过15MW。其中，三一重能推出了全球最大的陆上风电机组⸺15MW机型。
20MW级：在CWP2023上，明阳智能推出了全球最大的22MW海上风电机组，这是迄今为止我国乃至全球推出的最大单机容量风电机组。在此次大会上，有专家公开表示，我国正在进行25MW级风电机组的研发工作。2024年3月，轴研科技下线25MW级风电主轴轴承及齿轮箱轴承，预示着25MW机型的渐行渐近。同月，中车株洲所发布了其首款漂浮式海上风电机组“启航号”。作为当时已发布的全球最大漂浮式海上风电机组，“启航号”的单机容量可实现16~20MW全覆盖。
从10kW到20MW级，我国风电产业用了50年的时间。在这段漫长却又激情澎湃的技术发展之路上，有两段时期是机组大型化发展最快的阶段：一是2006―2012年，我国已安装风电机组的最大单机容量从1.5MW激增至6MW；二是2019―2023年，我国已安装风电机组的最大单机容量从7.25MW骤升到16MW。
现如今，对于风电机组的单机容量到底能够发展到多大，业内存在不同的看法。而被称为“现代风电产业之父”的HenrikStiesdal，在此前接受记者采访中的看法或许可以成为重要参考。HenrikStiesdal认为，政府对风电机组总体高度的限制，可能会对大型化发展产生影响。风电机组总会达到一定的局限，因为其他产业在出现指数级增长后，最终将触碰到一个“天花板”。“这不是技术问题，而是成本问题。”他表示。
（编辑：韩语） |
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