【創(chuàng)新故事】

◎本報記者 何 亮

四月的福建福清興化灣，陣陣海風勁掠而過。一排排風機立于海天之間，徐徐轉動的風葉成為一道亮麗的風景線。

(資料圖片僅供參考)

岸上的福建三峽海上風電產業(yè)園內，16兆瓦海上風電機組正在靜待指令，準備奔赴海域，展翼“捕風”。

全球單機容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕……這個“海上巨人”，是中國長江三峽集團有限公司與新疆金風科技股份有限公司（以下簡稱金風科技）聯(lián)合打造的超級大風機。它的葉輪直徑為252米，相當于4架波音747的翼展長度，環(huán)繞一周的掃風面積相當于7個標準化足球場的面積總和，機組滿發(fā)1天即可滿足3.6萬個家庭一天的用電量。

惟海上之清風，取之無禁。依靠強大的自主創(chuàng)新能力，中國“捕風人”勇闖研發(fā)、制造、安全三關，將海上風機不斷推向“大”時代。

研發(fā)關：精準把住風機“脈門”

要把動輒百米高的風機造出來，第一步就是模擬、仿真。

通過仿真，科研人員能夠直觀地看到風機大概的模樣，并逐步找到可能存在的設計缺陷。尤其是3D立體模型，既能未建先知，又可一目了然，成為風機設計研發(fā)的關鍵一環(huán)。

不過，鮮為人知的是，能讓風機精準預演的工程軟件，并不是國內風電廠商所擁有的“利器”。時至今日，風機的大型通用商業(yè)軟件仍被國外壟斷。

說是通用，卻并非傳統(tǒng)意義上的開源。“它就像一個黑匣子，只告知計算結果，不提供分析過程。”金風科技研發(fā)代表高亞州告訴科技日報記者，基于安全、權威的考量，第三方認證機構只認可為數不多的幾個“知名”軟件的計算結果。

沒有強大的仿真能力就沒有穩(wěn)定可靠的機組可言。面對并不友好的行業(yè)發(fā)展環(huán)境，金風科技下決心、開先河，研發(fā)具有自主知識產權的風電整機仿真軟件。

從底層設計軟件開始，金風科技投入大型實驗平臺，做相互之間的校驗，讓數學模型的準確性更高，仿真能力更強。

2022年1月，16兆瓦海上風機正式開始研發(fā)，自主仿真軟件也已迭代成熟。長達123米的葉片在自主研發(fā)軟件和國外通用軟件上同時校核，仿真結果讓科研團隊倍感振奮——“總體指標一致，部分指標更優(yōu)”。

“這一步至關重要！”高亞州說，要知道，中國海域的風速、浪流、地基與風電發(fā)達的北歐差異巨大，國際通用軟件只能給出寬泛合理的范圍，而要精準把住中國風機的“脈門”，還得靠國產仿真軟件的突破。

制造關：涉入葉片“無人區(qū)”

120米級葉片，有40余層樓的高度，也是單支16兆瓦海上風機葉片的長度。它的誕生，一舉刷新了全球風機葉片的紀錄，預示著中國風機葉片的制造真正進入“無人區(qū)”。

葉片看起來簡單，實際上設計和制造非常復雜。從外形上看，葉片就像一個懸臂梁，一端固定、一端自由，貌似剛性十足，但風吹來以后，會向背面彎曲，而且葉片越長彎曲越大。

打造一款能抗彎的海上風機葉片，在大型化的同時，還要足夠輕質、高強度、可靠性好，這對葉片的材料、設計和加工工藝等提出了更高的要求，也注定不是一片坦途。

葉片攻堅恰是新冠疫情形勢嚴峻之時。時間緊、任務重，為了改進葉片工藝，封閉起來搞研發(fā)的成員之間恨不得見面就要“打架”，因為每個環(huán)節(jié)都想實現(xiàn)最優(yōu)化，有爭論、有分歧。

歷經3個月攻關，首支16兆瓦海上風機葉片終于成形。當葉片被架上檢測平臺時，所有研發(fā)人員精神緊繃，期待著它的表現(xiàn)——

只見固定在葉片上的鋼絲繩持續(xù)下拉，葉片開始彎曲變形，10萬牛的力落在葉片上，變形幅度最大達到30米。在現(xiàn)場，研發(fā)人員都能聽到葉片加載時鋼絲繩卷曲發(fā)出的“吱吱”聲音。

一個小時的加載和卸載，葉片檢測一次過關。但追求極致的研發(fā)人員仍不滿意，他們想讓葉片更加完美。

不斷迭代，反復修正，又是一個月的艱苦磨煉，16兆瓦海上風機葉片順利通過極限測試。至此，我國自主研發(fā)和制造的全球最長的風機葉片經受住了極端工況的考驗，開啟了挑戰(zhàn)更長紀錄的新征程。

安全關：自主控制風機“大腦”

隨著海上風電逐漸向深遠海域進軍，智能化超大容量機組的發(fā)電優(yōu)勢和經濟優(yōu)勢越發(fā)明顯，但安全風險也進一步突出。

看著辦公桌上的風機模型，金風科技控制軟件研發(fā)代表丁國棟用力一撥，葉片飛速轉動起來，忽然“撲通”一聲，機頭帶著葉片掉到了桌面上。

“如果這是在風電場，就是一次嚴重的‘飛車’事故?！倍鴹潓τ浾哒f，“我們努力實現(xiàn)自主研發(fā)國產PLC（可編程控制系統(tǒng)），就是要讓這樣的‘撥動’不會在大型海上風機上發(fā)生。”

為了實現(xiàn)這個目標，2016年起，金風科技即向國產化PLC發(fā)起科研攻關，一方面在軟件上自主研發(fā)工業(yè)級遠程采集與控制模塊，另一方面著手硬件設備的替代性研究。

短短3年時光，金風科技的部分軟件模塊開始試水國產化應用。此后，國產風電PLC產品成功在新疆達坂城風電場樣機上掛機運行，國產自主可控風電PLC產品在關鍵軟硬件上均實現(xiàn)突破，進一步夯實了安全屏障。

黨的二十大報告明確指出，“我們要推進美麗中國建設”“協(xié)同推進降碳、減污、擴綠、增長，推進生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展”。

如今，16兆瓦海上風機正在測試配置國產PLC。遍布在風機上的數百個傳感器、激光雷達如同“神經末梢”，將與國產“智慧大腦”協(xié)力配合，共同驅動著“海上巨人”，和風而立，化風為寶?。ê瘟粒?/p>