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16MW机组：兼具高性能与低成本

作为一款超大型海上风电产品，16MW 机组是金风科技深耕海上风电领域多年取得的重要阶段性成果，融入了多项代表现阶段全球先进水平的技术。

在技术路线上，16MW 机组运用了金风科技有着超过15 年研发积淀的中速永磁技术，齿轮箱采用多级行星传动，传动比适中；传动系扭矩、弯矩解耦，齿轮箱纯扭矩工作，齿轮箱与发电机集成，无联轴器，永磁发电机无滑环，可靠性更高。

据了解，金风科技早在2006 年便启动了中速永磁技术的研究，到2021 年正式发布12MW 海上风电机组等全新一代中速永磁平台产品时已有15 年之久。目前，金风科技共推出了十多款基于该技术路线的海陆风电产品，可以满足集中式、大基地、分散式、常规海拔、高海拔以及海上等多种应用场景的开发需求。

叶片是决定风电机组捕风能力的核心部件。金风科技16MW 机组所用的高性能叶片翼型为该公司自主开发，相比行业内通用翼型，它具有高升阻比、高气动性能、低气动载荷、低粗糙敏感性等优势。

设计中，研发团队需要攻克一系列难题，比如大风轮机组面临的空间大气流场环境复杂度和不确定性显著增加问题。以16MW 机组叶片为例，其面内风速差异最高可达5~10 米/ 秒，极端运行阵风（EOG）较国际电工委员会（IEC）标准超出50%。要解决这个问题，就必须对“风”进行精细化评估。金风科技通过采用国际先进的多源观测资料融合技术与国内首创的虚拟测风技术，实现对风能资源数据的准确评估；利用自主研发的风匠仿真平台，对现场物理现象实现了高保真度和高精度的还原，保障机组载荷设计的准确性。

另一大难题是百米级叶片长柔及弯扭耦合特性显著增加。针对于此，不同于行业内采用现有翼型简单堆叠放大的方式，金风科技拥有自主高精度翼型开发及仿真能力，通过应用领先于行业的弯扭耦合设计方法和叶片预扭技术，不仅降低了叶片污染等因素导致的发电量损失、叶片出力下降和容易失稳的风险，并且通过结构创新和充分发挥碳纤维材料比模量高、比强度高等优势，将叶片重量和机组载荷降至最低，使整机的成本及可靠性达到最优。

轴承寿命与可靠性，以及出现故障后下塔更换同样是大型海上风电机组面对的关键技术挑战之一。金风科技16MW 机组通过采用滚动轴承和滑动轴承主轴系外接口通用的方式，兼顾了机组研发进度和新技术研究两者的平衡。金风科技也有意通过该项目推动滑动轴承技术在大功率机组上的应用验证。

据悉，滑动轴承相对滚动轴承在承载、冲击等方面拥有诸多优势，产业化开发难度相对较低。金风科技是行业内较早进入滑动轴承研究和应用领域的整机企业，积累了大量的开发经验和样机运行数据。

此外，不同于传统风电机组被动响应电网的方式，金风科技的16MW 机组沿用全功率变流器，具备高效调节能力，能够主动支撑电网，具有振荡抑制、电压支撑、弱电网适应性、主动调频、惯量响应等核心技术能力。

需要提及的是，16MW 机组还充分考虑了噪音、电磁干扰对鸟类、鱼类等生物的影响。机组通过减少外部散热电机数量，加大散热器面积，充分利用自然风散热，从而降低整机噪音。机组叶片红色警示色、机舱顶安装的驱鸟器，可以实现全范围驱鸟，避免风电机组对鸟类生存产生干扰。

在吊装方面，结合大兆瓦海上风电机组安装难度大、施工时间窗口期短等特点，金风科技的16MW 机组采用了成熟的E-TOP 结构，整机采取“机头一勾吊装+ 单叶片吊装”组合方式，可在最高风速达18 米/ 秒的环境下完成安装作业，能够减少吊装时间，增加可吊装的时间窗口期。E-TOP设计使得机组在出厂前就可完成机头调试，现场吊安装完成后即实现“一键启机”。

当然，机组大型化虽然可以带来诸多好处，但也必然意味着机组自身成本的上升。因此，如何在增加单机容量的同时控制好由此增加的成本，使大兆瓦机组的应用能够具有更好的经济性，就成为一项十分重要的工作。

金风科技的16MW 风电机组基于平台化设计理念，驱动、机械器件均实现复用，采用“型号一致、数量控制”的原则，大大减少了定制化物料，降低了机组设计、采购、生产、运维全过程成本。

同时，该机型的PLC 系统、变压器、齿轮箱等核心部件均实现100% 国产化，成本随之大幅度降低。

此外，16MW 机组的齿轮箱、发电机等部件可通过塔顶辅助吊机更换，风轮无需下塔，因而不需要动用吊装船舶，提高了运维的便利性，并降低运维成本。

应用金风科技机组的江苏大丰区龙源H4、6海上风电场

风电机组的高可靠性从何而来

海上风电机组需要直面恶劣的海洋环境长达25 年的考验，因此，高可靠性将是海上风电机组的一道“生命线”。

产品的高可靠性，首先是设计出来的。有着24 年风电机组研发经验的金风科技自然深知这一点，而数字化技术的广泛应用则为设计工作提供了更为丰富、高效的工具。

围绕16MW 机组，金风科技的研发团队借助数字孪生技术，在设计之初就全面考虑了风电场生命周期不同阶段对产品数字化、智能化、定制化方面的要求，从风电场系统最优的角度确定风电机组的性能要求。

在此基础上，金风科技在业内率先实现了机组平台化、模块化并行设计。引入在汽车行业得到广泛应用的CMAN 分析法，用于新产品开发中关键系统及主要零部件沿用变更分析，并指导产品开发过程中设计、生产、验证与确认重点方向，在产品设计全过程植入可靠性设计，确保机组的高可靠性。

据悉，CMAN 分析是指在概念、计划和设计阶段，对关键子系统、模块和主要零部件的功能、性能、技术、材料、结构、工艺等关键因素的设计、验证、生产制造和实际使用优缺点进行分析。其分类为：C（Carryover）：沿用件；M（Modified）：修改件；A（Adopt for the platform）：全新件，平台机型沿用；N（New for the wind turbine）：全新件，单一机型。

由于我国东南海域台风频发，整机防台风设计自然成为必不可少的一环。在16MW 机组上，金风科技的研发团队运用国际先进的流固耦合高阶模型（HI-FI）仿真算法，精确仿真防台风方案和台风工况的载荷，适应台风突变、瞬变风速和极大湍流的恶劣工况。通过强化叶片、螺栓、轴承等关键部件设计，定制化设计塔架和基础，充分保障台风过境时的机组安全。

测试验证是确保风电机组可靠性的另一道重要“防线”。金风科技拥有首家取得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认证的实验室，实验能力贯穿零部件、子系统、整机至并网的全部环节，摈弃了单纯的仿真、等比例缩小实验台等传统手段。全面应用敏感应力快速激发技术、大型台架式实验系统、综合应力加载系统、功率硬件在环仿真系统等贴近实际的重型实验装备，并且融合了数字化、大数据、云计算等工业4.0 技术。

金风科技16MW整机传动试验平台

为了更好地满足未来大兆瓦海上风电机组研发的测试验证需求，金风科技还搭建了16MW六自由度整机传动试验台。该平台由金风科技自主设计，占地60 亩，旨在打造集仿真、机械、电机、电气、环境、并网于一体的机电传动综合试验平台，它也是目前全球最大、功能最全的六自由度风电整机传动试验平台。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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