導(dǎo)語：不久前，我國自主研制的16兆瓦海上風(fēng)電機組在福建下線。這是目前全球范圍內(nèi)單機容量最大、葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕、總體技術(shù)水準最高的風(fēng)電機組，標志著我國在海上風(fēng)電系統(tǒng)總成和大容量機組的制造能力上實現(xiàn)了重要突破，達到國際領(lǐng)先水平。
一、為何要發(fā)展海上風(fēng)電
我國已經(jīng)向世界莊嚴宣布了實現(xiàn)“碳達峰”與“碳中和”目標的時間表，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，國家的全面發(fā)展必然會消耗越來越多的能源。
在此前提下，如何尋找足量的清潔能源，為我國未來的發(fā)展提供新的動力，成為一個迫在眉睫的現(xiàn)實問題。
世界各國均在發(fā)力海上風(fēng)電
我國對清潔能源的開發(fā)做了大量的工作和多樣化的嘗試，其中的一個方案就是對海上風(fēng)電進行開發(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。
1.海面高度均勻
海上沒有山丘和建筑物等的阻擋，風(fēng)力會明顯大于陸地，單位時間的風(fēng)能輸出比陸地大約50%，是巨大的能量增幅。此外，與陸地上變幻莫測的氣候不同，海上幾乎沒有靜風(fēng)期，這意味著海上風(fēng)力的發(fā)電時間更長且發(fā)電功率輸出更穩(wěn)定，對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)比較有利。
全國風(fēng)能資源分布圖
2.海上風(fēng)能資源豐富
我國擁有大約1.8萬公里的海岸線，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)，我國的風(fēng)能資源開發(fā)潛力就有約22.5億千瓦。作為對比，據(jù)世界銀行的統(tǒng)計，全球海上風(fēng)能的可開發(fā)潛力高達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)會隨著人類開發(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)電過程不會產(chǎn)生污染，節(jié)能減排效果顯著：每安裝1GW（1000兆瓦，相當于六十多臺上述機組）的海上風(fēng)電，相當于每年減排350萬噸二氧化碳。
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，減小了項目的總投入。
5.機動性強
海上風(fēng)電機組分為漂浮式和固定式，其中漂浮式具備一定的機動性，但由于重量和體積受限制的原因功率有限。
遠海中所使用漂的浮式風(fēng)電機組
海上風(fēng)電在理論上具備很大的優(yōu)勢，但仍然需要先進的技術(shù)對其進行開發(fā)。在這個背景下，16兆瓦海上風(fēng)電機組總成的下線可謂是正逢其時。
二、高科技超長葉片創(chuàng)世界紀錄
對風(fēng)電行業(yè)來說，“造得多不如造得大”，風(fēng)電機組的發(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。
不斷增長的全球風(fēng)電機組平均葉輪半徑
以此次創(chuàng)下多個世界紀錄的海上風(fēng)電機組為例，其輪轂中心高度為146米，大約相當于五十層樓高；葉輪直徑252米，這已經(jīng)超越了六架國產(chǎn)C919大型客機首尾相接的總長度，其對應(yīng)的掃風(fēng)面積約五萬平方米，這足足有七個標準足球場那么大；葉片本身長123米，大約相當于三百名成年人并肩站立。
葉片內(nèi)部的碳纖維梁
創(chuàng)紀錄長度的葉片自然也需要創(chuàng)紀錄的強度和輕量化，這需要葉片材料配方上的創(chuàng)新。如果沒有合適的材料，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、高強度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，可以說完美契合了風(fēng)電葉片的需求。碳纖維更大比例的應(yīng)用是解決風(fēng)電葉片材料問題的鑰匙，在利用樹脂等材料固形后，碳纖維的強度能夠充分發(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)機的綜合技術(shù)水準，也標志著我國在風(fēng)機葉片材料上從過去的受制于人到現(xiàn)在的完全自主可控。
三、世界領(lǐng)先的輸出電機技術(shù)
創(chuàng)紀錄的尺寸帶來的是高功率的輸出，這臺風(fēng)電機組刷新了單機容量記錄：在正常氣象條件下，風(fēng)機由風(fēng)帶動轉(zhuǎn)動一周，能發(fā)電34.2千瓦時的電力，相當于三口之家一周的用電量；單臺風(fēng)電機組在額定工作狀態(tài)下，可滿足一個十萬人的城鎮(zhèn)的用電需求。
16兆瓦海上風(fēng)電機組核心機
更直觀地看，單臺風(fēng)機年均可輸送6600萬千瓦時的電能，相當于直接節(jié)約了2.2萬噸標準煤的消耗，避免了5.4萬噸二氧化碳的排放，節(jié)能減排效果顯著。
對于整個風(fēng)機總成而言，輸出的核心莫過于16兆瓦風(fēng)機。風(fēng)電機組的技術(shù)并不難：利用風(fēng)力帶動葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機提升旋轉(zhuǎn)速度，促使發(fā)電機發(fā)電。但系統(tǒng)總成對于發(fā)電機的可靠要求極高，其單次維修需要將整個發(fā)電機取下替換，在遠海操作一次的費用甚至?xí)^電機本身的成本。大功率風(fēng)機在過去長期被國外企業(yè)所把控，而這一次也實現(xiàn)了完全的國產(chǎn)化，預(yù)計能夠可靠運行10-15年。
作為目前世界上單機容量最大的機組，它的意義不僅體現(xiàn)在單機發(fā)電功率的提升。它的國產(chǎn)化標志著國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的進一步完善，相比于之前的進口，發(fā)電機組從產(chǎn)量和交付周期上更有利于大型海上風(fēng)電場的集中建設(shè)，這能夠有效促進海上風(fēng)電施工效率提升與用電成本降低。同時，風(fēng)電機組的使用、改進和盈利構(gòu)成了正向循環(huán)，將對相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的升級進步產(chǎn)生極大推動作用，全方位提升海上風(fēng)電的經(jīng)濟性。
海上風(fēng)電機組作為大型海上風(fēng)電場的基礎(chǔ)單位，它的技術(shù)進步能夠為我國能源綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供重要戰(zhàn)略支撐。目前，全球的海上風(fēng)能開發(fā)有很大的潛力，大國可以借此使能源多樣化，小國亦可以實現(xiàn)能源獨立。
結(jié)語：
未來，中國的海上風(fēng)電方案將具備更為廣闊的出口空間，同時也將為應(yīng)對全球氣候危機提供非?？捎^的中國貢獻。
