【概况】

中国东方电气集团有限公司10兆瓦海上风电样机填补了国内大容量海上风电机组技术空白，历史性地将我国风电引入“两位数时代”。2021年10兆瓦海上风电实现批量交付，标志着我国已完全具备10兆瓦等级大容量海上风电机组自主研发、制造、安装能力，推动我国由“风电大国”向“风电强国”转变。

【主要做法】

（一）立足自主创新，突破关键核心技术

形成超大容量海上风电机组整机设计能力。东方电气对集团内60余年水电、火电、核电等发电设备研制历程中积累的经验、知识和人才进行整合，并运用于风电产品开发，实现了风电技术的跨越式进步。

 

图1 10兆瓦海上风电机组

建立超大尺寸柔性叶片气动-结构协同优化设计及叶片制造检测方法。东方风电凭借多年的叶片研制经验，厚积薄发，攻坚克难，攻克了800mm宽、100层厚碳纤维主梁灌注这一世界性难题，掌握了世界上最宽最厚碳纤维主梁制造关键技术，首创性提出碳纤维褶皱检测方法，成功研制90米长叶片（发电量提高1%，载荷降低6%，叶片重量降低20%，刚度提高60%）。并以此为基础，成功研制103米长叶片，刷新我国风电叶片最长纪录。

 

图2 2021年11月22日东方风电自主研制的103米风电叶片成功下线

形成适应海上大功率风电机组低载、稳定、高效控制方法。通过大量的理论计算和试验验证，掌握了基于边缘计算方法的敏捷实时智能控制关键技术，有效解决机组过载、过振、超速等技术难题，降低机组载荷；突破偏航控制关键技术，降低偏航系统冲击载荷；掌握超长柔性叶片同步变桨控制关键技术，解决电动变桨传动系统易磨损、应力集中等技术难题。

研发综合实时数字仿真平台与智慧运维系统。坚持围绕市场需求开展创新，针对大型风机可靠性验证需求开发实时数字仿真平台，针对海上风场无人值守需求开发智慧运维系统，在提高机组可靠性、降低运维成本方面发挥了关键作用。

 

图3 智慧运维系统平台

（二）强化协同创新，带动全产业链技术进步

带动直驱风电机技术快速进步。与集团内企业—东方电机协同，搭建10兆瓦等级海上风电电机设计平台，成功突破10兆瓦等级海上风电电机轴系、密封结构、电磁绝缘、通风冷却等关键核心技术，完成10兆瓦等级直驱风电电机研制。

带动电控系统技术快速进步：与集团内企业—东方自控协同，在国内首次实现超大功率等级控制系统研发，控制系统源程序100%自主设计。相比国外引进品牌，该电控系统适应性更强、可维护性更高、运维成本更低。

带动变流器技术快速进步：与集团内企业—东方自控以及禾望电气协同，攻克海上大容量风电机组3000V等级中压全功率变流器控制技术、三电平技术等难题。

加快推动国产化替代工作：在成功掌握10兆瓦海上风电机组关键技术的基础上，东方电气联合中国华能、国机集团洛阳轴承研究所、禾望电气、中石化等企业，共同完成我国首台7兆瓦国产化海上风电机组研制工作。该机组于2021年12月并网投运，其一级部件国产化率达100%，整机国产化率超96.2%，达到国内同类机组最高水平。在国内首次实现碳纤维、主轴承、可编程逻辑控制器（PLC）、变流器IGBT等关键部套、原材料的国产化，填补国内风电行业多项技术空白，推动我国海上风电全产业链技术更加自主、安全、可控。

（三）加强支撑保障，增强创新动力和创新能力

加强组织领导。东方电气落实国务院国资委有关要求，组建了集团和子企业两级技术攻关领导小组，分别由集团公司和子企业党政主要领导担任组长，并建立了“一级抓一级、一月一跟踪、一季一督导”工作机制，将目标任务分解落实到三级专员。

加强平台建设。以国资委确定的风电原创技术策源地建设为依托，成立创新联合体，与中国华能、国机集团、三峡集团、浙江大学、四川大学、中科院、中电十所等企业、高校、科研院所开展合作，瞄准超大型海上风电机组、大型陆上风电机组、深远海漂浮式风电机组研制及示范应用、智慧风电系统平台开发与推广等方向开展攻关，助力风电关键核心技术持续突破。

加强风险管理。系统梳理10兆瓦海上风电机组设计、采购、生产、吊装、调试各环节风险，制定管控措施，每月对风险进行跟踪，实现风险的可升、可降、可增动态管控。制定从设计开发到风场运维全过程质量控制策划，严格把控质量，确保机组投运一次成功。

【取得成效】

（一）生态效益

沿海城市用电量大，大力发展海上风电可以让沿海城市用上清洁能源，缓解环境污染压力，促进资源节约型、环境友好型社会建设，实现绿色低碳发展，助力我国早日实现“30·60”目标。

在年平均10米/秒的风速条件下，单台10兆瓦海上风电机组每年可以输送出4000万度清洁电能，可满足20000个三口之家的家庭正常用电需求，可减少燃煤消耗12200吨，二氧化碳排放30414吨，有助于持续改善生态环境和气候条件。

（二）经济效益

项目成果已应用于东方电气集团10兆瓦、7.5兆瓦、7兆瓦系列机组，已累计实现机组销售144台，订单总额超63亿元，新增利润超6亿。

单台10兆瓦机组每年发电量预计4000万千瓦时，按目前海上电价0.85元/千瓦时计算，单台机组年发电产出3400万元，25年寿命期内可实现发电产出8.5亿元。伴随海上风电快速发展，装机台数持续增多，带来的效益将快速增长。

（三）社会效益

促进我国海上风电产业发展。10兆瓦海上风电机组拥有完全自主知识产权，并通过整机研制带动形成了大型叶片、直驱发电机、控制系统等核心关键部件的批量国产化设计制造能力，并实现了批量应用。

推动风电技术进步。10兆瓦级海上风电机组关键技术研究及应用，为后续攻克大型海上风电机组关键共性技术打下坚实基础。

加快人才队伍锻炼。通过本项目的实施，培养高级工程师48人，工程师12人。

【经验启示】

自主创新需要深厚的技术积淀。东方风电在短时间内完成跨代开发计划，推动我国海上风电技术达到国际先进水平，这一切离不开东方电气集团60余年发电设备研制经历积累的技术、经验和人才。

协同创新是实现产业化的关键。东方风电在打造风电“大国重器”的过程中，特别注重与产业链协同，在10兆瓦海上风电机组样机推出后，很快实现了整机及部套的量产，为批量化应用提供了支撑。

重大创新离不开强有力的组织。10兆瓦海上风电机组得到了国资委、东方电气集团、东方风电、相关企业及科研院所的高度重视，加强了组织和资源保障，确保了项目按计划推进。

【责任编辑：俞昭君】