風(fēng)電市場一直暗流涌動。
　　最新消息是，科技巨頭谷歌公司的產(chǎn)品研究部門GoogleX負(fù)責(zé)人對外表示，他們研發(fā)的“發(fā)電風(fēng)箏”有望在4月正式飛天。事實上，谷歌在2013年時收購了一家風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)業(yè)公司，宣布涉足風(fēng)電。近10年，世界風(fēng)電裝機(jī)年均增長31.8%，成為全球最具吸引力的新能源技術(shù)。
　　任何行業(yè)的競爭都已經(jīng)是全球性的。在國際科技巨頭搶灘風(fēng)電市場的同時，國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)近幾年也在苦練內(nèi)功。其中，成立于2007年的國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司已經(jīng)成為全球第六大風(fēng)電設(shè)備制造及整體解決方案提供商。“聯(lián)合動力的發(fā)展與風(fēng)電設(shè)備及控制國家重點(diǎn)實驗室提供的技術(shù)支撐密不可分。”聯(lián)合動力總經(jīng)理、實驗室主任褚景春告訴科技日報記者。
　　風(fēng)電設(shè)備及控制國家重點(diǎn)實驗室于2010年5月由科技部批準(zhǔn)建設(shè)。該實驗室以風(fēng)電設(shè)備及控制技術(shù)研發(fā)為中心，以研究解決我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)重大共性、關(guān)鍵技術(shù)難題為主攻方向，以提高風(fēng)電產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力及核心技術(shù)競爭力為責(zé)任，為我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從“技術(shù)引進(jìn)”到“技術(shù)引領(lǐng)”的跨越奠定堅實基礎(chǔ)。
　　瞄準(zhǔn)行業(yè)共性問題 攻克風(fēng)電核心技術(shù)難題
　　我國的風(fēng)力發(fā)電始于20世紀(jì)50年代后期，初期主要是為了解決海島和偏遠(yuǎn)農(nóng)村牧區(qū)的用電問題，重點(diǎn)在于離網(wǎng)小型風(fēng)電機(jī)組的建設(shè)。上世紀(jì)70年代末，我國開始進(jìn)行并網(wǎng)風(fēng)電的示范研究，并引進(jìn)國外風(fēng)電機(jī)組建設(shè)示范風(fēng)電場，1986年，我國第一座風(fēng)電場——馬蘭風(fēng)力發(fā)電場在山東榮成并網(wǎng)發(fā)電，成為了我國風(fēng)電史上的里程碑。
　　“大概在2002年左右，我國開始大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電，但當(dāng)時的功率比較小，大部分是定速、定槳的設(shè)備，設(shè)備以進(jìn)口為主，更重要的是，國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)并不掌握核心技術(shù)。”聯(lián)合動力副總經(jīng)理、實驗室常務(wù)副主任馮健告訴科技日報記者。
　　進(jìn)口設(shè)備價格昂貴、核心技術(shù)缺失制約企業(yè)發(fā)展及后續(xù)服務(wù)……這些因素使得國電聯(lián)合動力成立之初就瞄準(zhǔn)風(fēng)電設(shè)備核心技術(shù)的消化吸收進(jìn)而自主研發(fā)。這也是此后依托聯(lián)合動力成立風(fēng)電設(shè)備及控制國家重點(diǎn)實驗室的初衷。
　　“風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)涉及力學(xué)、機(jī)械制造、電力電子、電力系統(tǒng)、自動控制、材料等多個專業(yè)學(xué)科，依托聯(lián)合動力，重點(diǎn)實驗室在風(fēng)電機(jī)組整體設(shè)計、風(fēng)輪葉片氣動性能和新材料應(yīng)用研究、風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)及并網(wǎng)技術(shù)、機(jī)組降載優(yōu)化等方面做了大量基礎(chǔ)研究，使我國風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)由過去主要靠引進(jìn)發(fā)展到引領(lǐng)，并掌握了關(guān)鍵核心技術(shù)。” 褚景春說。
　　基礎(chǔ)研究支撐風(fēng)機(jī)設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈
　　“風(fēng)電機(jī)組控制的一大挑戰(zhàn)在于風(fēng)作為一次能源的存在形式具有不穩(wěn)定特性，風(fēng)向、風(fēng)速都處于多變狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計時要考慮對這種不穩(wěn)定性的適應(yīng)能力，比如在山地風(fēng)場就會經(jīng)常出現(xiàn)因風(fēng)速和風(fēng)向的急劇變化導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組超速故障或頻繁對風(fēng)偏航，既影響機(jī)組安全運(yùn)行又影響發(fā)電量。另一方面，風(fēng)電機(jī)組作為一個巨大的旋轉(zhuǎn)設(shè)備受到動態(tài)載荷的影響非常復(fù)雜，為了克服沖擊和疲勞載荷，風(fēng)電機(jī)組本體各部件、塔筒和基礎(chǔ)要有足夠的強(qiáng)度，如何實現(xiàn)載荷的精準(zhǔn)把握，在成本和安全之間尋求最佳平衡點(diǎn)，也是一個重要課題。”馮健說，在這方面，重點(diǎn)實驗室應(yīng)用仿真和測試技術(shù)，不斷探索，最終尋求出解決方案。
　　以2兆瓦115機(jī)型為例，他們通過自主研發(fā)的降載技術(shù)，使得風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)塔筒的重量比初步設(shè)計減少了30噸。這意味著業(yè)主對每臺機(jī)組的投資成本降低約30萬元，以一個5萬千瓦的風(fēng)場為例，其建設(shè)成本則可減少800多萬元。
　　隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加和低風(fēng)速市場的開拓，風(fēng)電機(jī)組的葉片越來越長、越重，相應(yīng)的是，運(yùn)輸及安裝都面臨更高難度。因而，一方面要研究高效翼型，提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率;同時在葉片結(jié)構(gòu)和材料方面要有突破，比如分段葉片的設(shè)計、碳纖維材料的應(yīng)用等就成為一個重點(diǎn)。在這方面，該實驗室聯(lián)合中科院相關(guān)科研單位，共同承擔(dān)了科技部863項目，開展了高效翼型的研究，通過建立高雷諾數(shù)風(fēng)力機(jī)專用翼型氣動數(shù)據(jù)庫，并對原有氣動力數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，完成大尺度葉片氣動外形設(shè)計與優(yōu)化，提高葉片的強(qiáng)度與剛度，降低葉片的重量，并且提出了葉片分段分離面的連接創(chuàng)新方案，所設(shè)計的葉輪最大氣動功率系數(shù)達(dá)到0.506，整機(jī)最大風(fēng)能利用系數(shù)達(dá)到0.48以上，均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。首次在國內(nèi)第一臺自主研發(fā)的6MW機(jī)型上使用碳纖維來制造超大型葉片，此前的葉片材料主要是玻璃纖維。