叶轮直径从70m到250m：大风机时代如何应对大叶轮挑战？-北极星风力发电网

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2022年7月，安徽陆上风电主机首次出现4家企业风机机型叶轮直径超过200m，平均单机功率超过6MW，标志着大叶轮直径、大功率单机容量的大风机时代已经来临。同样，2022年的海上风电随着东方电气和上海电气10MW以上机型的下线，220m以上叶轮直径的海上单机大功率风机成为现实，如何在新的大风机技术潮流下赢得市场机会和提升产品竞争力，将会迎来一轮新的技术革新大潮。

（来源：微信公众号“球哥看风” 作者：球哥谈风）

陆上风机继续大：叶轮直径最大已达202m

7月，中国协合某风电场招标，这是一个低风速类似平原的风电场，要求塔筒高度160m，7家国内主机厂参与了投标，开标结果首次4家主机厂投标叶轮直径超过200m，此前，在6月份有个别项目个别主机企业开始投标200m叶轮直径的风机型号，但从这次的开标结果看，200m叶轮直径的风机已经开始成为低风速区域风电场的主流。

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这里我们可以简单的为大家科普一下：200m叶轮直径大小的概念，其扫风面积超过32000平方米，相当于4.5个标准足球场（国际足联规定的标准足球场场地大小为105米*68米，面积为7140平方米），其最大直径可以摆放3架boeing 747-100宽体客机（波音747-100型飞机：尺寸数据：翼展59.64米，机长70.66米）

2007年，国内企业引进了第一批德国技术的风机，基本都是1.5MW机型，叶轮直径为70m，而目前最大功率的陆上风电机组6MW，叶轮直径200m，功率增加4倍，叶轮直径增加近3倍。

海上风机更大：叶轮直径最大已达256m

看完陆上风机的叶轮直径，我们再看海上风机的叶轮直径：

明阳智能：2021年，明阳智能宣布其16MW海上风机进入试制，其16MW机型MySE16.0-242叶轮直径242米，叶片长118米，扫风面积可达46000平方米，相当于6个足球场大小

金风科技：2021年风能展，推出了GWH242-12MW机型，将采用中速永磁技术，叶轮直径242m，明确指出，采用全新一代中速永磁技术，也就是齿轮箱技术路线。

东方电气：2022年，东方电气D13000-211首次主机下线，叶轮直径211m，但是国内目前最先下线的海上10MW以上海上风机

电气风电：2021年风能展前推出了EW11.0-208机型，2022年7月成功下线。

中国海装：2021年，风能展上，中国海装推出了16MW海上新机型：H256-16MW，这是目前国内在研最大功率，最大叶轮直径的海上风机。采用第三代半直驱路线，显然高功率密度传动链技术助力不小。

运达股份：媒体有消息称，运达股份将发布WD245-15000 海上新机型。

国内虽然功率弯道超车，显然略显激进，海外三巨头虽然起得早，但是走得稳，步步为营。

维斯塔斯：2020年已经推出了V236-15.0MW，即将进入商业运行。

GE：2021年，GE推出 Haliade X 14MW-220，目前已经完成样机。

西门子歌美飒：2021年，SG宣布其最大容量的G 14-236 DD海上风机将在2024年商业运行，叶轮半径达到了236米、扫风面积约43,500平方米，此前，该模型基于西门子歌美飒现有的旗舰风机——SG 14-222 DD。

2009年，中国第一个真正意义上的海上风电场，上海东大桥风电场的风机采用了华锐风电的第一款真正3MW海上风机，其叶轮直径92m，到今天的16MW，叶轮直径256m，功率增加5倍多，叶轮直径近3倍。

单纯我们看风机叶轮直径在朝着大的方向发展，其实这是风机技术的发展的必然，这里我们要关注到一个新的参数：单位功率的能量密度，单位千瓦扫风面积。也就是说，同样的风吹过来，有多少风能能被风机捕获，我们可以简单回顾一下单位千瓦扫风面积的发展之路。

风机单位扫风面积提升3倍：叶片新技术功不可没

2007年，市场主流的第一批1.5MW风机叶轮直径为70m，包括当时的金风科技，华锐风电，东方电气以及联合动力等当期头部企业，其单位扫风面积仅有2.54m2/kw；2008年到2009年，1.5MW的主流风机叶轮直径最大93m，单位千瓦扫风面积提升到了4.52m2/kw。2MW时代最主流也是最大叶轮直径的机型为116m，单位千瓦扫风面积达到了5.28m2/kw，此后一直保持稳定，3.x平台下，3.6-168机型叶轮直径达到了6.18m2/kw。

2022年，4MW时代迎来了金风科技最大的叶轮直径风机，其数据已经提升到了7.16m2/kw。从2007年到2022年15年时间，单位千瓦扫风面积提升了近3倍，在叶轮直径增大的同时，机型的能量捕获能力大幅提升是风机性价比提升的关键。而这关键的贡献者就是叶片。

风机叶片是集空气动力学、材料学、结构力学一体的关键部件，看似简单的叶片部件，在过去的15年发展历程中，中国风电人从一个引进者到一个学习者，再到一个创新者，实现了风电叶片的自我创新，包括原材料的国产化，关键芯材的替代，叶片主梁工艺创新，叶片设计能力的自主研发。并因为中国风电的蓬勃发展，一举成为世界叶片大国和强国，无论是设计能力，制造能力还是创新能力，都是全球领先。

当然，创新就会面临着风险，创新速度过快就会埋下技术隐患，风电的设计风险依旧存在，在过去的几年中，叶片的设计也有个别企业在市场的竞争中被淘汰，一方面是技术本身的竞争力下降，一方面是质量管控埋下的隐患，所以说创新既要大胆，还要严谨，在可靠的前提下实现高速发展。

风机的单机功率越来越大是技术发展的必然潮流，而提升风机的风能捕获能力就成为了重中之重，如何在大功率风机的发展潮流下，进一步提升风机的风能捕获能力，将是新一代大功率风机的新挑战。

大功率风机提升部分能力：风机设计挖潜增效是关键

过去15年，风机的叶轮直径翻三倍，捕风能力也接近3倍，如何把捕获风能的增加值有效转化为电能，这是近几年风电装备产业的创新目标。中国海装提出了高功率密度的传动链技术，金风科技提出的新一代中速永磁技术路线，当下流行的独立变桨技术，滑动偏航技术，还有双发电机技术（三一曾经早期开展过，后期放弃，当下这种技术又有新的发展），这些林林总总都在为风机的捕风能力和增效能力提升发挥作用。

从风能的转化效率天花板看来，实际的风能转化效率目前仅为理论转化效率的75%左右（0.593的转化效率-Cp值，实际在0.45），如果能提升5个百分点，同样的风机发电能力提升5-10%（到85%），在不增加原材料和不增加部件的情况下，这将是风机设计领域的一次重大革新。当然，这里面涉及到发电机的效率，传动链的效率，变流器的效率，叶片的实际捕风能力提升。

个人认为海陆风机的单纯大型化目前阶段已经到了一个拐点，行业有必要在当前海陆风机大型化的现有目标参数形势下，进一步降低成本，提升风机能效。

这一点需要学光伏，组件的效率提升一直持续，当然风机的效率提升难度大，风机叶片在空中的能力捕获变化因素太多，同时塔筒的形式和高度也对风机发电能力产生较大影响，在平价时代，需要对风电整机从基础到塔筒，到风机整机大部件及系统控制各个环节进行挖潜设计优化和创新，降载，减重，增效，进一步提升大功率风机的大优势。

单纯的大叶轮和大功率并不能体现大风机的优势，而是在同等捕风能力的条件下，更低成本，更高的发电量，更稳定的运行效果，否则简单的大风机并不一定有大优势。

第二届海上风电创新发展大会召开在即，扫码添加小编微信了解详情

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