世界最大风电机组又换了！功率升级到18兆瓦，转一圈就发电44度

全球最大风电机又换了！新的最大风电机功率高达18兆瓦，今年7月19日在辽宁营口仙人岛热电厂发电投产。

可能大家都还记得去年的7月19日，我国制造的世界最大的风电机组在福建福清海上风电场并网发电，当时这里的全球首台16兆瓦超大容量海上风电机组开始运行，也标志着我国海上风电大容量机组研发制造及运营能力再上新台阶，达到国际领先水平。

这台16兆瓦超大容量海上风电机由三峡集团和金风科技联合设计制造，其规模相当巨大，风电立柱上的机舱发电机组合体重达385吨，相当于300台家用小汽车的重量。机组轮毂中心距地面的高度达到了146米，比世界闻名的胡夫金字塔还高出10米，相当于49层楼房的高度。

每一条风电叶片的长度为123米，想一想百米跑道的长度，把这叶片放上去还要伸出去23米。而叶片的重量也高达54吨，基本相当于5辆前四后八轮卡车的空重了，或者说相当于40台小家用小汽车的重量。

三条叶片组成的叶轮的直径达到了252米，旋转时的扫风面积近5万平方米，相当于7个足球场的面积了，这应该比您所居住的小区的面积还大吧。

当风电机组上的叶轮转动时，叶片顶端的速度高达每秒105.5米，比时速350公里的高铁（秒速97米）还快，比弓箭射出的速度要快上一倍多，难怪很多鹰隼等大型鸟类飞行时常会死在大型风电机的叶片之下，要知道速度最快的鸟类——游隼的最快速度也不过每秒45米，这还是它捕猎向下冲刺时的速度，可以说所有鸟类正常飞行的速度，都跟大型风电机组运行时叶片旋转的速度差远了。

这种16兆瓦的风电机组发电能力当然也很强，每旋转一圈就可以发出34.2度的电能，可供一户三口之家使用一个星期，转上4圈够一家用电一个月了，但是要知道它每分钟就能旋转7.5圈，发出267度的电能；每小时可发电1.6万度，每天能发电38.4万度。考虑到无风天气风电机无法运行以及定期维修等情况，这台16兆瓦的风电机每年可发电6600万度。

但风电是可再生无污染的绿色能源，与燃煤发电机相比，台风电机每天发出的电能相当于节约了燃煤2.2万吨，这等于减少排放二氧化碳5.4万吨。

可见这台16兆瓦超大容量的风电机组规模已经相当惊人了。然而如今时间刚过一年，功率更强，规模更大的18MW风电机组又安装完成并开始发电了，不得不说，我国在风电设备方面的进步真的是太快了。

放眼全球其他国家，无论是西门子歌美飒，丹麦维斯塔斯，还是美国通用电气，最大功率的风电机组基本上都还在研制14兆瓦水平上，而我国18兆瓦的风电机组已经开始发电了。

这台屹立在仙人岛热电厂中的目前世界最大的风力发电机组立柱底部周长超28米，顶端的轮毂中心高度则超过了145米，上面安装的每条叶片的长度超过126米，运行时叶片能达到的高度超过了270米，三条叶片组成的风轮直径达260米，扫风面积可达5.3万平方米，相当于7.5个足球场的面积了。

这种巨型风电机组采用高功率密度设计，比传统半直驱设计模式的发电效率提升了10%，叶轮旋转一圈可发电44度，足够一个普通家庭用电一星期，每分钟可旋转近7圈，发电300度以上，每小时可发电超1.8万度，每天可发电43.2万度。

考虑到每年的无风天气和定期维修后期等情况，这台18兆瓦的超大风力发电机组每年可发电7400万度，能满足4万户家庭年用电需求。

若和燃煤发电厂相比的话，这样的发电能力相当于每年节约标煤约2.5万吨、减少二氧化碳排放约6.1万吨，显然是具有极佳的节能减排效果。

有消息称这种18兆瓦的风电机组将在海上风电场进行批量化安装应用。

消息来源： 《环球网》7月19日报道《全球单机容量最大风电机组在辽宁营口启动发电》

我国自主研制的风电机组，再次刷新单机容量最大的世界纪录

2024年6月26日，我国自主研制的“18MW半直驱海上风电机组”在广东省汕头市风电临海试验基地顺利并网发电，再次刷新已并网风电机组单机容量最大的世界纪录。这台机组的部件级国产化率达到了100%，平均每年发电量可达7200万kW时，可满足约4万户家庭一年的用电量。

2024年6月5日，18MW半直驱大功率海上风电机组在广东省汕头市风电临海试验基地成功完成吊装。图片来源：东方电气集团

几天后的6月30日，我国自主研制的“18MW中速集成海上风电机组”，经过一年多的全面测试验证，在辽宁营口华能仙人岛热电厂成功完成吊装，标志着创造了“两个全球第一”纪录（风轮直径260米、单机功率18MW）的风电机组即将投入商业化应用。

海上风电技术研究是我国实现能源安全、建设海洋强国等国家战略需求的重要手段。 十余年前，中国海上风电产业刚刚起步。到如今，中国风电已经引领全球风电机组大型化趋势，自主品牌产品推陈出新，率先踏入了风电技术和产业发展的“无人区”。

风力发电机

“大”势所趋

对于高层建筑、桥梁以及电视等工业产品，随着技术的发展，它们的尺寸也逐渐增大，风力发电机也是如此。1981年，当时全球最大风力机的功率仅为55kW，在1995年，这一数字才缓慢上升到500kW，1999年达到2MW。然而，此后风电机组的额定发电功率却一路攀升：5MW、8MW、10MW、15MW、18MW、20MW甚至22MW。目前来看，这种大型化发展趋势并无丝毫放缓迹象。

大型风力发电机的功率是如何不断增长的？答案是：不断变长的叶片。更大的叶片在旋转时会从更大面积的风中提取能量，从而产生更多的电力，发电机的发电功率与叶片旋转扫过的圆盘面积直接相关。

18 MW半直驱海上风电机组下线。图片来源：福州晚报

那么，为什么风力机的尺寸会以如此快的速度增加？ 2019年11月印刷版 《自然》（Nature）上刊登了一篇论文《风力发电机：有多大？》(Wind Turbines: How Big？)，探讨了该问题。英国杜哈梅大学工程系教授西蒙·霍格（Simon Hogg）解释说，最核心的原因只有一个，就是降低能源成本。

随着风力机尺寸的增大，其设计、制造、运输、安装及维护等成本也会增加，发电量也会显著提升。根据目前统计到的大量机组数据可知，机组尺寸越大，单位平均度电成本（每度电发电收益与总成本的比值）越低。正因这条规律，风力发电机才会不断变大。

“平衡”发展

突破技术瓶颈

更长的叶片会产生更大的发电量，但我们必须考虑严格的物理定律。由于重力等因素，地球上任何物体均有一个极限尺寸。风电机组也不例外，叶片的尺寸不可能无限增加。

首先，重量是第一要考虑要素。叶片的重量会随着叶片长度的立方而增加，同时，为了保证结构的可靠性和安全性，各个部件需要使用更多的材料进行加固，而这又会增加额外的重量，给大型机组的设计带来更大的挑战。丹麦维斯塔斯公司10MW机组的每一个叶片都重达35吨，机舱达到近400吨；美国通用电气公司即将推出的机组将安装55吨的叶片、600吨的机舱和2550吨的塔架。

其次，需要考虑材料性能的极限。理论上讲，只有风电叶片组成材料具有充分的结构承载性能，支撑它不断变大。目前，风电叶片主梁广泛采用碳纤维材料体系（可以说这是最强的材料体系），未来叶片的材料，几乎没有比它更优异的选择了。我们根据碳纤维的极限大致推测，最大的叶片将很快就会超过150米，有些人预测叶片的极限长度是275米。

18MW中速全集成海上风电机组完成安装。图片来源：央视新闻

再次，需要考虑损耗情况。基于当前设计（默认空气不可压缩），叶尖的线速度必须限制在每秒90米以内，所以，叶轮更大转速更慢。但即便如此，叶尖的高速运动也会使叶片与雨滴、海浪碰撞，具有严重的侵蚀风险。3年之内，海上风电叶片的前缘形状就会受到损伤，发电效率会显著下降。

最后，不能忽视运输问题。每一个近似“大本钟”大小的叶片都必须进行一体运输，这需要巨大的港口、巨型船只和起重机。由于陆地道路宽度、涵洞等条件限制，陆上叶片运输已进入“瓶颈”，目前超大型风电叶片均安装在海上。

“大型化”未来

引领“极限”尺寸

风电机组不断增大的过程，各种问题也愈加凸显。目前工程师仅仅是将叶片延长，塔架升高，对核心部件进行加固处理。在设计思路上也并未发生变化，比如尺寸相差10倍的大机组和小机组，在本质上并没有差异。

叶片作为风电机组的核心部件，始终是机组大型化发展过程中无法绕开的部分。主流的风力机采用三叶片方式，但其实两只叶片也可以吸收大致相等的风能，产生相近的电量。 显然，如果风力机采用两叶片方案，其整体重量会大幅减轻，叶片长度也会相应增加，但两叶片方案会产生严重的不平衡载荷，不利于机组的长期稳定运行，这就是它很少出现在市场上的原因。

针对叶片运输问题，最直接有效的解决方案就是将叶片分成两段或多段。 相对于单体叶片，为了保证分段连接区域的可靠性和安全性，分段叶片的重量往往更大，载荷水平更高，对机组的大型化发展并不友好，设计难度更大。尽管如此，目前多家风电企业正积极投入到分段叶片的研发工作中，将于近些年陆续问世。

结语

十年前，风力发电还属于新兴产业，当时的主流观点认为它的商业化运行并不可行。如今，风电产业发展正以前所未有的速度占据能源电力市场，尽管风力发电机的尺寸在不断增加，但可以预见的是，它的极限尺寸将在未来5年-10年内接近或达到极限。很快，我们即将见证新的历史。

参考文献

[1] VACLAV SMIL：Wind Turbines Just Keep Getting Bigger, But Theres a Limit The biggest blades will soon top 100 meters, and some people are talking of 275 meters—but the laws of physics must be taken into account

[2] Simon Hogg：Wind turbines are already skyscraper-sized – is there any limit to how big they will get?

[3] Wind turbines are already skyscraper-sized – is there any limit to how big they will get?

策划制作

出品丨科普中国

作者丨城明辰 科普创作者

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林

相关问答

风电机组报价?

目前风电设备一般在90万欧元/兆瓦左右,即人民币761万。400万可以买0.5兆瓦的风电设备。300KW的风力发电机价格在320万元左右,目前市场上有0.5-2.0兆瓦的风电设...

风力发电机组的各工作状态?-懂得

(1)运行状态:①机械刹车松开;②允许机组并网发电;③机组自动调向;④液压系统保持工作压力;⑤叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态;(2)暂停...

风力发电机组功率有多大?

风力发电机组的功率大小因类型和设计而异。通常情况下,其功率范围如下:1.小型风力发电机组:功率在1千瓦至100千瓦之间。2.中型风力发电机组:功率...

风力发电机都有什么型号?

1、异步型(1)笼型异步发电机:功率为600/125kW、750kW、800kW、1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电;(2)绕线式双馈异步发电机:功率为1500kW定子向电...

风力发电机直径?

1500KW风轮直径77m,塔高65m。2500KW和3000KW风轮90m,塔高100m。1500KW风力发电机是我国的主流机型,风轮直径大多是77米左右,也有70米、82米、87米的。塔筒高.....

风力发电机组出售价格多少钱?

目前国内的大型风力发电机组,一般为850KW、1500KW、2000KW的功率,850KW机组的价格在500万到1000万之间,根据配置不同价格也不同,进口零部件的要贵,发出来的...

风电机组容量等级?

风电机组的容量等级通常指的是风力发电机组的额定功率,即其设计理论最大发电能力。这个等级按照当前国际通行的单位,一般以兆瓦(MW)为单位来标识。一般来说...

世界最大风电机组?

11月23日,由三峡集团与金风科技联合研制的16兆瓦海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园下线。该机组是目前全球范围内单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆...

风力发电多长时间能建完?

施工进度和许多因素有关。如果一切顺利。一台基础从开挖到浇筑完成大约5天时间,20天后强度具备吊装条件。风机基础在支撑结构、基础环等调平固定后,必须连续...

风力发电入网的条件?

1.1基本要求风电场应具备有功功率调节能力,能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对有功功率的控制,风电场需配置有功功率控制系统,接收并自...