项目名称大型单轴承直驱永磁风电机组关键技术及产业化推荐单位

项目名称：大型单轴承直驱永磁风力发电机组关键技术与产业化推荐机构的意见：该项目面向我国风力发电技术和装备发展的重大需求，针对百千瓦级增速型风力发电机组风力利用率低、运输成本高、效率低、故障率高等问题，在国家和省级科技项目的资助下，由湖南大学、湘电风力有限公司、 形成了由国防科技大学等部门组成的强大联盟、军民融合、优势互补的“大型直驱风力发电机组关键技术与装备开发”产学研研队伍。团队经历了10多年的科技难关，建立了直流驱动永磁风力发电机组的设计体系，克服了大型单轴承直流驱动风力发电机组的设计与结构优化等关键技术，突破了防寒、防潮、台风防治等环境适应性的重大难题，开发了自主知识产权的国内首台2MW、世界首台5MW直流驱动永磁风力发电机组该项目形成了从理论方法研究、关键技术突破到设备自主开发和推广的大型直驱风力发电产学研系统，打破了长期依赖进口的局面，产品出口到美国、法国、德国、荷兰等国家。 近三年营业额近200亿元，利润达15亿元。项目成果经国家发明专利批准30馀项，经院士专家鉴定，整体技术达到国际先进水平，阶段性和部分成果获湖南省科技进步一等奖3项，全国商联科技进步特等奖1项。 该项目促进湖南风电产业发展，形成风电产业集群，同时推进我国风电技术科技进步，加快我国制造大国向制造强国、风电大国向风电强国的重大转变，对国家能源安全和节能降低发挥了重大作用。确认资料实际有效，符合建议要求。 本部门和项目完成部门公布了项目推荐情况。同意推荐2017年度国家科学技术进步一等奖。项目概述：这个项目属于电气工程领域。 风力能源的大规模开发和利用是我国的重要能源战略。 项目成立之初，兆瓦级机组依赖进口，国内自主开发的主要是百千瓦级增速风力发电机组，单体容量小，故障率高，严重影响了风能的大规模开发利用。 直驱风力发电机组由低速发电机和叶轮直接连接，机组效率高、可靠性高，但机组承载重量大、运行状况复杂、环境适应性高、机组设计理论和结构优化等关键技术亟待突破。 项目组在国家“973”规划、“863”规划、科技支持规划等项目支持下，突破十多年难关，取得理论、技术与装备一体化系列成果。 主要创新包括：(1)建立了直驱风力发电机系统的设计体系。 建立了兆瓦级双PWM直流驱动永磁风力发电系统的机电能量转换模型，发明了多工况总体效率优化设计方法，解决了风速、功率范围变化下风力发电机组设计难题，提出了复杂机电系统参数匹配与优化设计、定子谐波电流抑制等关键技术(2)突破直驱风力发电机组传动链结构优化关键技术。 发明了锥心轴和单轴承结构的大型直驱风力发电机组，发明了将锥心轴的长度、厚度、锥度等进行力学计算和优化，可调整最大应力减少35%、变形变量减少10%的游隙的三列圆柱滚子主轴承结构，实现了传动系统和运输通道的一体化设计，紧凑方便运输。 (3)克服了机组环境适应性的重大课题。 发明了大型风力发电机组翼族系统延长技术，解决了超低风速风下捕获效率低的问题，发明了机组发电量提高了7%-12%的机内正压气密阀、啮合气密槽等防腐隔离技术，解决了盐雾、沙尘、湿气条件下机组易腐蚀问题，实时检测了机组防台风链(4)自主开发了系列化的直驱永磁风力发电设备，制定了国家技术标准。 克服了大型直驱风力发电机组的重要生产技术，独立开发了2MW-5MW系列直驱永磁风力发电设备，建立了国内最大的8MW直驱风力发电实验平台，制定了风力发电机组低速永磁同步发电机“技术条件”“试验方法”的国家标准。2007年开发了国内首个2MW直驱永磁风力发电机组，2010年开发了世界首个5MW直驱永磁风力发电机组。 同年，中央电视台新闻联播报道称“中国首台领先世界的5毫瓦直驱永磁海上风力发电机在湖南下线”，2013年中央电视台大国重器栏专题报道了该项目。 院士专家组成的鉴定委员会认为，项目总体技术达到国际先进水平，在一体化设计、可靠性等方面处于国际领先地位。项目成果批准国家发明专利30件，主持制定国家标准2件，发表论文80馀件，出版专题2份。 项目组开发生产的2MW直驱永磁模型国内市场占有率超过80%的5MW直驱永磁单元成功应用于福建平湾海上风电场，是目前国内单体容量最大的商用直驱海上风电单元。 产品出口到美国、法国、德国、荷兰等国家。 近三年来，新增销售额超过200亿元，利润达到15亿元。 分阶段和部分成果获湖南省科技进步一等奖三项，全国商业科技进步特等奖一项。 项目实施加快了我国风力发电大国向风力发电强国的重大转变，推动了我国风力发电技术科技进步。客观评估：项目成果制定国家发明专利30件，其他知识产权18件，国家标准2件，出版专题2件，发表论文80件以上。阶段性和部分成果：“2兆瓦风力发电机组与关键部件及产业化”获得2010年湖南省科技进步一等奖，“大型风力发电机复合材料叶片设计、制造与试验技术”获得2012年湖南省科技进步一等奖， “兆瓦级直驱风力发电机组与关键部件的开发与产业化”获得2013年湖南省科技进步一等奖，“大型直驱风力发电系统结构与能源转换优化技术”获得2016年全国商业科技进步特等奖。检查报告书(1)2009年，湖南省科技厅组织专家对湖南省重要专家“2兆瓦以上风电机组和重要部件的开发与产业化(2006GK1002 )”进行了检测。 “项目掌握了兆瓦级永磁风力发电机的设计、制造关键技术，基于RTMAVIP技术的兆瓦级掌握了材料风力发电机的制造技术。(2)2009年11月，国家科技组织专家对国家高新技术研究发展计划(863计划)的课题“兆瓦级(2MW )直驱型风力发电机组及其主要部件的设计与制造技术(2006AA05Z401 )”进行了检测。 “完成了2MW直驱风力发电机组整体研究，实现了规模产业化的应用”。(3)2011年12月，国家科技部组织专家对国家“十一五”国家科技支持计划项目“直驱式风力发电机永磁单轴承发电机的开发与产业化(2006BAA01A16 )”进行了检测。 该项目认为“风力发电设备完全依赖进口的状况发生了改变”。(4)2016年1月，湖南省经信委员会专家对“海上直驱永磁型风力发电机组”进行了5MW检测，认为该项目“有效提高了安全性和可靠性”。成果鉴定(5)2009年10月，湖南省经济委员会专家就“2MW直驱永磁同步风力发电机”进行了新产品鉴定。 该项目认为，掌握了大功率永磁同步风力发电机的核心技术，在设计制造、运行性能、可靠性等方面达到了同类产品的国际先进水平，整体技术在国内领先。(6)2013年9月，教育部组织专家就“直驱永磁风力发电技术及其应用”项目进行了科技成果鉴定。 该项目实现风力发电机在宽转速范围内的高效运行，整体技术达到国际先进水平，直驱永磁风力发电机组一体化设计技术在国际上处于领先地位。七、7)2013年9月，湖南省科技厅组织专家就“开发5MW海上直驱永磁风力发电机”进行了科技成果鉴定。 该项目认为，提高防腐能力，解决智能防潮、防雨能力，整体技术达到国际先进水平。检查报告书(8)项目成果为直接驱动永磁风力发电机组制定了国家标准。 “风力发电机组低速永磁同步发电机第1部分：技术条件”(GBT25389.1-2010 )和“风力发电机组低速永磁同步发电机第2部分：试验方法”(GBT25389.2-2010 )。(9)2011年项目组开发的2MW直驱永磁风力发电机组通过了国家电网中国电力科学院的低电压穿越现场试验，结论“各项数据均符合国家电网公司对企业标准风电场接入电网技术规定低电压穿越能力的要求”。(10)2012年9月，XE82-20002MW直驱式风力发电机组通过了中国船级社的设计评估。用户报告(11 )湖南南山风场：位于丘陵、高寒、湿气、低风速地区，对发电机冰雪运行、低风速的切入和运行提出了极高的要求。 2010年以来，共计50套，安装容量100MW。 根据应用机构的运行，直驱风力发电机结构紧凑、效率高、进气风速低、可靠性高、功率质量高等优点，适应湖南高寒、低风速风场建设的要求。(12 )福建平湾海上风场：位于海上，暴雨、台风天气、盐雾高，对发电机的可靠性和防腐防潮提出了极高的要求。 2015年以来，共搭载了10套5MW机型。 根据应用机构的运行，该5MW直驱永磁风力发电机组结构紧凑，运输性能优良，效率高，能够满足近海发电严格的环境要求。(13 )内蒙古卓资风场：位于卓资县，风力资源丰富，气候干燥，风沙天气多。 对风力发电机的防护性、运行可靠性提出了极高的要求。 2007年以来共72套，安装容量144MW。 根据应用机构的运行，该风力发电机组具有结构紧凑、可靠、网友好等优点，能够满足风沙天气的运行要求。科学研究基地(十四)科技部批准湘潭电机股份有限公司于2010年12月成立“海上风力发电技术与国家重点实验室”。(15 )科技部批准2013年4月在湖南大学设立“国家电力转换与控制工程技术研究中心”。(十六)国家能源局批准湘潭电机株式会社于2010年7月成立“国家能源风力发电机研发(实验)中心”。(十七)国家发改委批准2011年11月株洲时代新材料科技有限公司成立“大型交流设备复合材料国家地方联合工程研究中心”。媒体评估(18)2010年10月21日，中央电视台新闻联播报道了项目成果。 “我国首台领先世界的5兆瓦永磁直驱海上风力发电机在湖南湘潭下线，表明我国已具备在海上设置大功率海上风力发电机的能力。(19 )中央电视台大国重器介绍了项目成果。 “世界上唯一两台5毫瓦直驱永磁风力发电机，一台远渡重洋设在荷兰，另一台位于中国东南沿岸的大型风力发电站”。普及情况：1 .应用情况项目于2007年开发出国内首台2MW、2010年世界首台5MW拥有自主知识产权的直驱永磁风力发电机组，迄今产品复盖全国各省市自治区150多个风力发电场，广泛应用于各类环境和风区，打破地理因素的制约，打破资源风况的制约。 2MW总安装容量约1000万千瓦，市场占有率达到80%，5MW直驱永磁机组是目前国内单体容量最大的商用直驱海上风力发电机组，出口美国、法国、德国荷兰等地。二.近三年的经济效益2014-2016年，销售了4000多台2 MW、5MW系列直驱永磁风力发电机组，增加销售额200亿元，利润15亿元。3 .社会利益一)该项目突破了大型单轴承直流驱动永磁风力发电机组关键技术和装备的研制与应用，建立了国内首个完善的兆瓦级直流驱动永磁风力发电机组设计、生产和测试系统，实现了风力发电机组关键部件的产业化，实现了2MW、 开发了5MW直流驱动永磁风力发电机组，打破了国际技术垄断，大力推进了我国风力行业的发展和直流驱动永磁风力发电技术领域的技术进步。2 )项目负责部门建设了“海上发电技术和检测国家重点实验室”、“国家能源风力发电机研发(实验)中心”、“国家电力转换和控制工程技术研究中心”和“大型交流设备复合材料国家和地方共同工程研究中心”等国家级科研基地，为技术的深入研究和开发提供保障。3)2MW直驱永磁风力发电机组年平均满功率发电量按2000小时计算，各组每年产生约400万千瓦时的功率，目前该项目开发的2MW直驱永磁风力发电机组同时运行4000台， 年发电量达到160亿千瓦时间，节约经济效益约96亿元的标准煤约520万吨，减少温室气体排放量约1400万吨。4 )通过该项目的产业化，推动了当地风力发电机整体、叶材、电机等零部件制造等产业的发展，在湖南省内形成风力发电产业集群，新增就业岗位10000多人。5 )依托该项目培养风力发电技术和装备领域博士100多名，工程技术人员60多名，促进了我国风力发电领域人才的培养和集聚。主要知识产权目录：知识产权类别知识产权的具体名称国家许可证编号批准日期权利人发明者专利有效状态发明专利永磁风力发电机中国ZL3.42012年五月三十日湘电风力有限公司陈习坤、尹耀安、贺建湘、龙辛、曾毅有效专利发明专利三相电压源型PWM变换器预测直接功率控制方法中国ZL3.42015年十一月初四湖南大学黄守道、叶虹志、高剑等有效专利发明专利风力发电机的主轴中国ZL5.72011年肆月拾参日湘电风力有限公司陈习坤、尹耀安、贺建湘、曾毅、龙辛等有效专利发明专利抑制风力发电机网侧变流器交错并联环流的控制方法中国ZL0.X2016年11月30日湖南大学黄守道、高剑等有效专利发明专利永磁直驱风力发电系统变流器开路故障诊断方法中国ZL5.52016年七月二十五日湖南大学黄科元、刘静佳、黄守道等有效专利发明专利风机安全链运行可靠性检测方法中国ZL1.X2012年七月初四湘电风力有限公司黄建鹏、龙辛、熊弦等有效专利发明专利海上风力发电场的拓扑、并网系统及其控制方法中国ZL8.02016年捌月贰拾肆日湖南大学荣飞、朱斌、黄守道等有效专利发明专利风力发电机组最佳叶尖变速比跟踪控制方法中国ZL1.32015年贰月拾捌日国电南瑞科