勇闖三關(guān)為“捕風(fēng)”

四月的福建福清興化灣，陣陣海風(fēng)勁掠而過(guò)。一排排風(fēng)機立于海天之間，徐徐轉動(dòng)的風(fēng)葉成為一道亮麗的風(fēng)景線(xiàn)。

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

全球單機容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕……這個(gè)“海上巨人”，是中國長(cháng)江三峽集團有限公司與新疆金風(fēng)科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金風(fēng)科技)聯(lián)合打造的超級大風(fēng)機。它的葉輪直徑為252米，相當于4架波音747的翼展長(cháng)度，環(huán)繞一周的掃風(fēng)面積相當于7個(gè)標準化足球場(chǎng)的面積總和，機組滿(mǎn)發(fā)1天即可滿(mǎn)足3.6萬(wàn)個(gè)家庭一天的用電量。

惟海上之清風(fēng)，取之無(wú)禁。依靠強大的自主創(chuàng )新能力，中國“捕風(fēng)人”勇闖研發(fā)、制造、安全三關(guān)，將海上風(fēng)機不斷推向“大”時(shí)代。

研發(fā)關(guān)：精準把住風(fēng)機“脈門(mén)”

要把動(dòng)輒百米高的風(fēng)機造出來(lái)，第一步就是模擬、仿真。

通過(guò)仿真，科研人員能夠直觀(guān)地看到風(fēng)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(fēng)機設計研發(fā)的關(guān)鍵一環(huán)。

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

說(shuō)是通用，卻并非傳統意義上的開(kāi)源。“它就像一個(gè)黑匣子，只告知計算結果，不提供分析過(guò)程。”金風(fēng)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(gè)“知名”軟件的計算結果。

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

從底層設計軟件開(kāi)始，金風(fēng)科技投入大型實(shí)驗平臺，做相互之間的校驗，讓數學(xué)模型的準確性更高，仿真能力更強。

2022年1月，16兆瓦海上風(fēng)機正式開(kāi)始研發(fā)，自主仿真軟件也已迭代成熟。長(cháng)達123米的葉片在自主研發(fā)軟件和國外通用軟件上同時(shí)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(guān)重要!”高亞州說(shuō)，要知道，中國海域的風(fēng)速、浪流、地基與風(fēng)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(fēng)機的“脈門(mén)”，還得靠國產(chǎn)仿真軟件的突破。

制造關(guān)：涉入葉片“無(wú)人區”

120米級葉片，有40余層樓的高度，也是單支16兆瓦海上風(fēng)機葉片的長(cháng)度。它的誕生，一舉刷新了全球風(fēng)機葉片的紀錄，預示著(zhù)中國風(fēng)機葉片的制造真正進(jìn)入“無(wú)人區”。

葉片看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上設計和制造非常復雜。從外形上看，葉片就像一個(gè)懸臂梁，一端固定、一端自由，貌似剛性十足，但風(fēng)吹來(lái)以后，會(huì )向背面彎曲，而且葉片越長(cháng)彎曲越大。

打造一款能抗彎的海上風(fēng)機葉片，在大型化的同時(shí)，還要足夠輕質(zhì)、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(shí)。時(shí)間緊、任務(wù)重，為了改進(jìn)葉片工藝，封閉起來(lái)搞研發(fā)的成員之間恨不得見(jiàn)面就要“打架”，因為每個(gè)環(huán)節都想實(shí)現最優(yōu)化，有爭論、有分歧。

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

只見(jiàn)固定在葉片上的鋼絲繩持續下拉，葉片開(kāi)始彎曲變形，10萬(wàn)牛的力落在葉片上，變形幅度最大達到30米。在現場(chǎng)，研發(fā)人員都能聽(tīng)到葉片加載時(shí)鋼絲繩卷曲發(fā)出的“吱吱”聲音。

一個(gè)小時(shí)的加載和卸載，葉片檢測一次過(guò)關(guān)。但追求極致的研發(fā)人員仍不滿(mǎn)意，他們想讓葉片更加完美。

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

安全關(guān)：自主控制風(fēng)機“大腦”

隨著(zhù)海上風(fēng)電逐漸向深遠海域進(jìn)軍，智能化超大容量機組的發(fā)電優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢越發(fā)明顯，但安全風(fēng)險也進(jìn)一步突出。

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

“如果這是在風(fēng)電場(chǎng)，就是一次嚴重的‘飛車(chē)’事故。”丁國棟對記者說(shuō)，“我們努力實(shí)現自主研發(fā)國產(chǎn)PLC(可編程控制系統)，就是要讓這樣的‘撥動(dòng)’不會(huì )在大型海上風(fēng)機上發(fā)生。”

為了實(shí)現這個(gè)目標，2016年起，金風(fēng)科技即向國產(chǎn)化PLC發(fā)起科研攻關(guān)，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(zhù)手硬件設備的替代性研究。

短短3年時(shí)光，金風(fēng)科技的部分軟件模塊開(kāi)始試水國產(chǎn)化應用。此后，國產(chǎn)風(fēng)電PLC產(chǎn)品成功在新疆達坂城風(fēng)電場(chǎng)樣機上掛機運行，國產(chǎn)自主可控風(fēng)電PLC產(chǎn)品在關(guān)鍵軟硬件上均實(shí)現突破，進(jìn)一步夯實(shí)了安全屏障。

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

如今，16兆瓦海上風(fēng)機正在測試配置國產(chǎn)PLC。遍布在風(fēng)機上的數百個(gè)傳感器、激光雷達如同“神經(jīng)末梢”，將與國產(chǎn)“智慧大腦”協(xié)力配合，共同驅動(dòng)著(zhù)“海上巨人”，和風(fēng)而立，化風(fēng)為寶!