面朝大海，人們經常能看到這么一幅美麗的畫面：一座座擎天而立的風車迎來朝陽，送走晚霞，挽著海風，悠悠旋轉。美的同時，創造著源源不斷的綠色能源。
殊不知，為了傲立大海，這些大家伙在入海前卻要經歷“魔鬼般”的考驗。近日，記者走進國家級海上風電研究與試驗檢測基地，探究海上風機是怎么“煉”成的。
海上風機的“體檢中心”
福建省福清市東南角的陸海連接處，坐落著占地200畝的國家級海上風電研究與試驗檢測基地。走進基地，兩棟建筑格外醒目，它們分別是基地的兩大核心設備——傳動鏈平臺和葉片試驗平臺。
去年12月，傳動鏈平臺建成投運。如今，葉片試驗平臺已完成封頂，正在進行筏板基礎和支墩澆筑工作。
為什么要建設海上風電試驗基地？沒有該基地，以往又是如何給海上風機“體檢”？
基地建設方代表王瑞告訴記者，近年來我國海上風電產業快速發展，海上風電機組從最初的6兆瓦逐步發展到10兆瓦、18兆瓦，去年全球單機容量最大的26兆瓦海上風電機組也成功下線。大兆瓦機型因為發電效益高，受到風機廠家的青睞。我國海上風電產業將全面進入“20兆瓦+”時代。
然而，新的問題產生——大容量的海上風機缺乏“實戰經驗”。這就需要一個試驗基地，驗證它們的性能。
王瑞說，以前，海上風機是在陸上“體檢”。這種方式無法模擬真實海上環境，也無法進行海上發電并網試驗，各個“體檢中心”不僅試驗能力參差不齊，還存在檢測周期長、成本高的弊端，已無法適應當前高速發展的產業需求。因此，建設海上風電試驗基地迫在眉睫。
2023年12月，在國家電網有限公司和中國華電集團有限公司等單位共同投資下，我國首個國家級海上風電研究與試驗檢測基地開工建設。
基地規劃建設6個陸上試驗機位和20至40個海上試驗機位，可以提供包括海上風電并網檢測、型式認證、整機和部件試驗、電網友好型試驗、基礎試驗、葉片試驗在內6大類19項設備檢測與認證服務。“原來檢測1套海上風電機組大約需要一兩年時間，我們的試驗基地建成后，不再需要看天吃飯，每年能完成3—4套設備的檢測。”王瑞說。
極端環境下的“抗壓考試”
基地是如何給海上風機做“體檢”的？為此，這里“精心準備”了多重關卡。
第一關是大風的考驗。風機工作時，看似慢慢地勻速轉動，其實不然。當大風襲來，葉片會受到一種力的作用，這個力就是葉片所承受的一種載荷。想象一下，風機就像一個長跑運動員，在跑步過程中承受了多重“負擔”，除自身的重力外，還有風給身體帶來的阻力，風機旋轉產生的離心力等。海浪沖刷風機塔筒，也會給葉片帶來力的作用，風機旋轉還會產生離心力。
但大自然的風不會那么“聽話”，時而暴躁、時而溫柔，風向不定，復雜多樣。
國網福建電科院海上風電科技攻關團隊技術骨干曾志杰介紹，基地的傳動鏈平臺，可真實、可控、全面地構建海上風電場自然工況，同時還能模擬海上風電交流、直流不同送出方式下的復雜并網環境及各類故障擾動工況。
被試驗的海上風機在該平臺的六自由度載荷模擬裝置里，會受到六個維度的力的肆意極限拉扯。按現場試驗人員的話講，要過關必須經受最“妖”的風、最“野”的浪、最“亂”的流。
第二關是經受復雜的并網環境考驗。風機和電網之間能否“和睦相處”，還要看它是否可以通過電網適應性、故障穿越特性、電網支撐特性等幾項測試。
怎么理解？可以把電網想象成一條巨大的“電力高速公路”，風電機組就是行駛在“電力高速公路”上的“車”，這臺“車”上路之前需要檢驗其是否掌握“高速公路”的各種交通規則，能否安全應對各種路況，特別是遇到突發路況。
例如，拿電網適應性測試舉例。電網的電壓就像“車道寬度”，頻率就像“車速”。在高速上，車道寬度和限速并非固定不變，電網適應性測試就是檢驗風電機組這臺“車”在“不規整車道”上，也就是在電網電壓幅值波動變化時，是否可以安全運行?；蚴窃陔娋W頻率變化時，能否調整自己的頻率“車速”，來應對“限速”。
還有一場極端的“抗壓考試”。就像高速公路上的突發事故一樣，電網也可能會因為某種原因出現短路、斷路等故障，導致電網電壓突然下降或者上升。故障電壓穿越能力測試可以給風機提前組織一場突發狀況下的“抗壓考試”，可用于分析機組在遇到“意外狀況”時，能否持續運行，以及“意外狀況”消失后能否快速恢復正常工作狀態。
真實的測試遠不止這些。曾志杰說，電網適應性測試、故障電壓穿越能力測試、寬頻阻抗測試……這些都是為了驗證并網風機足夠“堅強”。
產業鏈的深度融合
海上風力發電產業鏈上游為海上風電裝備制造，主要包括風電葉片、齒輪箱等零部件的設計制造和整機裝配等；中游為海上風電裝備試驗、運輸及施工建設；下游為海上風電運維、并網消納以及風電應用。
《全球海上風電產業鏈發展報告》數據顯示，我國風電機組產能占全球市場的60%，葉片產能占全球市場的64%，齒輪箱產能占全球市場的80%，發電機產能占全球市場的73%。
對于正處于蓬勃發展中的海上風電產業而言，海上風電試驗基地的開工建設，不僅能為相關領域關鍵核心技術的科技攻關創造良好條件，更將為海上風電產業鏈創新鏈的深入融合提供寶貴機遇。
“基地可以為海上風電裝備制造企業、科研機構、運營單位等產業鏈上下游提供科研攻關、試驗驗證、交流共享等全方位服務。這將推動形成完整的產業生態，加速產品研發升級，提升產業鏈供應鏈韌性和安全水平。”國網福建電力科技部主任方日升說。
當前，福建依托優越的海上風力資源，加快發展海上風電產業，三峽海上風電國際產業園引進金風科技、東方電氣等多家知名海上風電裝備產業鏈企業，形成風機以及主要零配件的全產業鏈生產格局，全省海上風電裝備產業集群年產值100億元。
“今后基地將依托強大的東南能源大數據中心，促使海上風電從規劃、設計、制造到運行的每一個環節都緊密相連，編織成一條完整的海上風電產業鏈。”方日升說。
面朝大海，人們經常能看到這么一幅美麗的畫面：一座座擎天而立的風車迎來朝陽，送走晚霞，挽著海風，悠悠旋轉。美的同時，創造著源源不斷的綠色能源。
殊不知，為了傲立大海，這些大家伙在入海前卻要經歷“魔鬼般”的考驗。近日，記者走進國家級海上風電研究與試驗檢測基地，探究海上風機是怎么“煉”成的。
海上風機的“體檢中心”
福建省福清市東南角的陸海連接處，坐落著占地200畝的國家級海上風電研究與試驗檢測基地。走進基地，兩棟建筑格外醒目，它們分別是基地的兩大核心設備——傳動鏈平臺和葉片試驗平臺。
去年12月，傳動鏈平臺建成投運。如今，葉片試驗平臺已完成封頂，正在進行筏板基礎和支墩澆筑工作。
為什么要建設海上風電試驗基地？沒有該基地，以往又是如何給海上風機“體檢”？
基地建設方代表王瑞告訴記者，近年來我國海上風電產業快速發展，海上風電機組從最初的6兆瓦逐步發展到10兆瓦、18兆瓦，去年全球單機容量最大的26兆瓦海上風電機組也成功下線。大兆瓦機型因為發電效益高，受到風機廠家的青睞。我國海上風電產業將全面進入“20兆瓦+”時代。
然而，新的問題產生——大容量的海上風機缺乏“實戰經驗”。這就需要一個試驗基地，驗證它們的性能。
王瑞說，以前，海上風機是在陸上“體檢”。這種方式無法模擬真實海上環境，也無法進行海上發電并網試驗，各個“體檢中心”不僅試驗能力參差不齊，還存在檢測周期長、成本高的弊端，已無法適應當前高速發展的產業需求。因此，建設海上風電試驗基地迫在眉睫。
2023年12月，在國家電網有限公司和中國華電集團有限公司等單位共同投資下，我國首個國家級海上風電研究與試驗檢測基地開工建設。
基地規劃建設6個陸上試驗機位和20至40個海上試驗機位，可以提供包括海上風電并網檢測、型式認證、整機和部件試驗、電網友好型試驗、基礎試驗、葉片試驗在內6大類19項設備檢測與認證服務。“原來檢測1套海上風電機組大約需要一兩年時間，我們的試驗基地建成后，不再需要看天吃飯，每年能完成3—4套設備的檢測。”王瑞說。
極端環境下的“抗壓考試”
基地是如何給海上風機做“體檢”的？為此，這里“精心準備”了多重關卡。
第一關是大風的考驗。風機工作時，看似慢慢地勻速轉動，其實不然。當大風襲來，葉片會受到一種力的作用，這個力就是葉片所承受的一種載荷。想象一下，風機就像一個長跑運動員，在跑步過程中承受了多重“負擔”，除自身的重力外，還有風給身體帶來的阻力，風機旋轉產生的離心力等。海浪沖刷風機塔筒，也會給葉片帶來力的作用，風機旋轉還會產生離心力。
但大自然的風不會那么“聽話”，時而暴躁、時而溫柔，風向不定，復雜多樣。
國網福建電科院海上風電科技攻關團隊技術骨干曾志杰介紹，基地的傳動鏈平臺，可真實、可控、全面地構建海上風電場自然工況，同時還能模擬海上風電交流、直流不同送出方式下的復雜并網環境及各類故障擾動工況。
被試驗的海上風機在該平臺的六自由度載荷模擬裝置里，會受到六個維度的力的肆意極限拉扯。按現場試驗人員的話講，要過關必須經受最“妖”的風、最“野”的浪、最“亂”的流。
第二關是經受復雜的并網環境考驗。風機和電網之間能否“和睦相處”，還要看它是否可以通過電網適應性、故障穿越特性、電網支撐特性等幾項測試。
怎么理解？可以把電網想象成一條巨大的“電力高速公路”，風電機組就是行駛在“電力高速公路”上的“車”，這臺“車”上路之前需要檢驗其是否掌握“高速公路”的各種交通規則，能否安全應對各種路況，特別是遇到突發路況。
例如，拿電網適應性測試舉例。電網的電壓就像“車道寬度”，頻率就像“車速”。在高速上，車道寬度和限速并非固定不變，電網適應性測試就是檢驗風電機組這臺“車”在“不規整車道”上，也就是在電網電壓幅值波動變化時，是否可以安全運行?；蚴窃陔娋W頻率變化時，能否調整自己的頻率“車速”，來應對“限速”。
還有一場極端的“抗壓考試”。就像高速公路上的突發事故一樣，電網也可能會因為某種原因出現短路、斷路等故障，導致電網電壓突然下降或者上升。故障電壓穿越能力測試可以給風機提前組織一場突發狀況下的“抗壓考試”，可用于分析機組在遇到“意外狀況”時，能否持續運行，以及“意外狀況”消失后能否快速恢復正常工作狀態。
真實的測試遠不止這些。曾志杰說，電網適應性測試、故障電壓穿越能力測試、寬頻阻抗測試……這些都是為了驗證并網風機足夠“堅強”。
產業鏈的深度融合
海上風力發電產業鏈上游為海上風電裝備制造，主要包括風電葉片、齒輪箱等零部件的設計制造和整機裝配等；中游為海上風電裝備試驗、運輸及施工建設；下游為海上風電運維、并網消納以及風電應用。
《全球海上風電產業鏈發展報告》數據顯示，我國風電機組產能占全球市場的60%，葉片產能占全球市場的64%，齒輪箱產能占全球市場的80%，發電機產能占全球市場的73%。
對于正處于蓬勃發展中的海上風電產業而言，海上風電試驗基地的開工建設，不僅能為相關領域關鍵核心技術的科技攻關創造良好條件，更將為海上風電產業鏈創新鏈的深入融合提供寶貴機遇。
“基地可以為海上風電裝備制造企業、科研機構、運營單位等產業鏈上下游提供科研攻關、試驗驗證、交流共享等全方位服務。這將推動形成完整的產業生態，加速產品研發升級，提升產業鏈供應鏈韌性和安全水平。”國網福建電力科技部主任方日升說。
當前，福建依托優越的海上風力資源，加快發展海上風電產業，三峽海上風電國際產業園引進金風科技、東方電氣等多家知名海上風電裝備產業鏈企業，形成風機以及主要零配件的全產業鏈生產格局，全省海上風電裝備產業集群年產值100億元。
“今后基地將依托強大的東南能源大數據中心，促使海上風電從規劃、設計、制造到運行的每一個環節都緊密相連，編織成一條完整的海上風電產業鏈。”方日升說。
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