一款大風機從概念發(fā)布到批量交付

分幾步？

2023年2月

遠景能源在烏魯木齊重磅發(fā)布Model T平臺全新EN-220/10MW智能風機，專為新疆及三北中高風速區(qū)域和沙戈荒場景設計；

2023年7月

EN-220/10MW樣機下線、吊裝完成，基于遠景獨有的分層測試驗證體系，樣機出廠前已完成了包括傳動鏈、葉片、電氣系統(tǒng)、塔基等在內的超過1500項材料、部件和子系統(tǒng)測試，從設計源頭保證可靠；

2023年7月-2024年10月

長達15個月、共計100多項的樣機測試及傳動鏈、葉片等核心部件掛機測試。超700個傳感器接入測量系統(tǒng)，每天記錄數(shù)據(jù)量超過40G，月度跟蹤分析并網(wǎng)數(shù)據(jù)，高效驗證數(shù)據(jù)管理分析平臺完成了整機系統(tǒng)測試以及關鍵大部件掛機測試驗證，為后續(xù)批量機型伽利略模型健康監(jiān)控奠定基礎；

2020年-至今

事實上，從2020年開始策劃，Model T平臺逐步走過了開發(fā)、測試、驗證、樣機測試、樣機吊裝、小批量吊裝、批量吊裝的全流程，為大風機可靠性趟出一條求真務實之路。基于集成傳動鏈、EN220大葉片的技術突破，和遠景多層級全流程的測試驗證系統(tǒng)，Model T平臺通過標準化、模塊化開發(fā)實現(xiàn)了技術迭代和產(chǎn)品驗證，同平臺不同產(chǎn)品百花齊放，可靠性和競爭力全面提升，成功獲取了Model T平臺內6.X~10MW多款機型的型式認證，適應低、中、高各個風速段，為沙戈荒，源網(wǎng)荷儲及構網(wǎng)型應用場景提供針對性解決方案；

2023年10月

EN-220/8.5在內蒙古四王子旗小批量吊裝；

2024年10月

51臺EN-220/6.25開始在河北滄縣批量交付，預計2025年初吊裝完成。

遠景能源EN-220/10智能風機

這么久，測什么

截至目前，Model T平臺內機型已獲取訂單超6GW，遍布內蒙古、河北、廣西、甘肅、河南等地。市場認可的背后，是設計、制造、質量流程、測試驗證、風場運行智能監(jiān)測和自適應控制風險閉環(huán)五位一體的全方位保障，其中測試驗證的重要性對于大風機來說不言而喻。

以葉片為例，遠景在江陰和欽州投資建設了兩處自有葉片全尺寸測試試驗室，分別支持最長110米、180米大型化葉片的測試驗證，定制化MTS液壓加載系統(tǒng)，集成靜力、疲勞測試的載荷控制與數(shù)據(jù)采集，無論控制穩(wěn)定性還是采集精度都領先行業(yè)機械式設備。所有遠景自研葉片都要在此經(jīng)歷材料-子部件-防雷-全尺寸-樣機-小批量的全流程測試。

在江陰，EN220葉片歷時18個月，逐步驗證了不同運行環(huán)境下材料的性能和穩(wěn)定性；驗證了關鍵子部件的缺陷接受標準；驗證了系統(tǒng)部件及全尺寸葉片的防雷性能；靜力、扭轉、頻率、擺陣、揮舞等標準和非標的全尺寸測試驗證翼型和結構設計有效性；掛機測試和小批量測試則對運輸、吊裝、并網(wǎng)運行階段葉片的結構安全性及功率曲線等性能參數(shù)進行了充分驗證。將測試驗證貫穿到設計、制造、運輸、吊裝、運行全流程，大葉片全生命周期的安全可靠和發(fā)電效率也就有了保障。

葉片全尺寸結構測試臺

而針對風機傳動鏈大型化、集成化的發(fā)展趨勢，以及客戶對高性能、高可靠的需求，遠景建立了傳動鏈從零件、部件、子系統(tǒng)到系統(tǒng)級的測試驗證體系，具備了滑軸多功能、高速集成單電機Demo、IDT高低溫、動態(tài)彎扭耦合、多自由度、波動載荷、極限沖擊、全工況動態(tài)魯棒性等非常規(guī)性測試驗證能力。特別是Run To Failure測試驗證，通過施加各類組合的特殊工況和長時間加速疲勞測試，識別系統(tǒng)中的薄弱點，探索產(chǎn)品使用耐力邊界和設計邊界，為產(chǎn)品優(yōu)化、技術發(fā)展、突破現(xiàn)有邊界提供實證支撐。

據(jù)研發(fā)人員介紹，EN-220/10樣機集成傳動鏈的廠內測試從2022年底開始，2023年7月完成，現(xiàn)場掛機測試則從2023年7月一直持續(xù)到2024年7月。EN-220/10樣機的集成傳動鏈系統(tǒng)使用超過400+高精度傳感器，在測試驗證時間和強度上也數(shù)倍于行業(yè)標準，實現(xiàn)對傳動鏈從外至內包括溫度、壓力、應變、振動、載荷、系統(tǒng)形變等的全場感知，不斷提升產(chǎn)品性能和突破產(chǎn)品耐力邊界。

中國最大26MW彎扭耦合傳動鏈系統(tǒng)測試臺

接下來，如何用科學證據(jù)表明，工藝過程能夠在產(chǎn)品的全生命周期里持續(xù)提供符合預期規(guī)格和質量標準的產(chǎn)品？在機組大型化快速迭代的場景下，整機工藝經(jīng)樣機驗證→小批量驗證→批量持續(xù)確認的充分驗證是風電機組批量可靠運行的堅實基礎。

首先，整機工藝驗證覆蓋遠景車間裝配、出廠后海陸運輸、過程存儲、現(xiàn)場吊裝、調試并網(wǎng)、維護檢修、部件更換，以及非典型的“三長”場景（長途運輸、長期存儲、長期斷電）。通過全鏈路的工藝設計評估，保證工藝過程、設備、操作技能、原材料、環(huán)境壓力全部符合產(chǎn)品生產(chǎn)的需求。其次，在樣機/樣件規(guī)劃上，以不遺留測試驗證項和不遺漏問題至批量為終極目標，規(guī)劃涵蓋商業(yè)規(guī)模所涉及的所有單元樣機/樣件測試驗證。遠景深知，樣機驗證僅可證明單次工藝過程是否符合預定要求，但可執(zhí)行性不等于可靠性。因此，在正式大批量投入前，小批量工藝穩(wěn)定性的驗證尤為關鍵。至此，整機工藝驗證還剩下“最后一公里”——整機工藝批量持續(xù)確認，即機組全生命周期下的過程質量監(jiān)控和持續(xù)改善，以防止隨著時間的延長，工藝出現(xiàn)“漂移”等不穩(wěn)定情況，讓工藝交付在整個生產(chǎn)周期內持續(xù)保持完成驗證的狀態(tài)，確保全生命周期品質如一。

小批量驗證完成后，如何進一步保證機組批量安裝在平原、山地、戈壁等多種場景的運行可靠？依托新一代遠景伽利略超感知平臺和先進數(shù)字孿生模型，遠景在樣機驗證過程中結合數(shù)字孿生的規(guī)模化驗證，極大豐富了測試驗證在風況、工況上的廣度深度。安裝在樣機的超過700個傳感器對模型進行了高精度的標定，為數(shù)字孿生模型提供了準確的實時數(shù)據(jù)。而遠景能源已有的數(shù)字孿生模型能夠實時計算超過4000種物理量，其高性能的運算能力為規(guī)模化驗證提供了大量的數(shù)據(jù)支持。

在驗證過程中，數(shù)字孿生模型能夠在各種極端情況下捕捉到異常工況，確保模型對所有工況的適應性，預防潛在風險。值得注意的是，驗證不限于單一條件，而是覆蓋了風況、電網(wǎng)、溫度等各種情況，確保模型在各種情況下都能達到最優(yōu)性能。通過分析和利用存量大數(shù)據(jù)，訓練AI模型，進一步提升數(shù)字孿生模型的預測準確性和運行效率。事實上，遠景數(shù)字孿生模型已經(jīng)在多個典型案例中展現(xiàn)了其強大的能力，包括變槳軸承和渦激監(jiān)測、葉根螺栓斷裂預警、軸承跑圈的自適應降載、變槳軸承的接觸應力監(jiān)測、變槳電氣的運行工況驗證、動力電纜的溫度預測等。

在測試中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，優(yōu)化產(chǎn)品設計，不僅能夠進一步提升產(chǎn)品可靠性，還可以通過整機關鍵載荷測試與仿真模型對比，驗證數(shù)字模型和物理模型的一致性，為后續(xù)批量機型伽利略模型健康監(jiān)控奠定基礎。15個月以來，EN-220/10MW樣機平均故障間隔時間（MTBT）1296小時，遠高于風電行業(yè)試運行驗收標準要求的240小時；對應的時間可利用率（TBA）約為99.03%，風機運行表現(xiàn)極為穩(wěn)定。

三管齊下

優(yōu)化測試驗證的范圍、時間、標準

當前，中國風電已踏入技術“無人區(qū)”，不再有行業(yè)經(jīng)驗和標準可以借鑒參考，需要自己探索、拓寬風電技術邊界。“風機是復雜的、涉及多學科領域的系統(tǒng)，在機組容量不斷增大、葉片不斷變長的過程中，很多技術不僅需要理論驗證，更需要實際測試，在不同環(huán)境狀況下充分驗證。測試驗證完成后還要反饋到源頭，建立起更嚴苛、更符合實際工況、更適合大兆瓦風電機組安全邊界的設計標準。”近日，遠景能源高級副總裁、風機產(chǎn)品線總裁婁益民在受訪時建議，大風機在測試驗證的范圍、時間、標準三個方面，還有進一步優(yōu)化提升的空間。

早在2015年，遠景能源就規(guī)劃建設了智慧風電測試驗證中心，并率先打造全球領先的多層級、全流程、全工況測試驗證體系，持續(xù)引領風電新技術研發(fā)和可持續(xù)健康發(fā)展。隨著大型化對可靠性提出越來越高的要求，測試驗證中心在測試驗證范圍、時間、標準三個維度進一步優(yōu)化，為風機持續(xù)進化注入高可靠基因。

目前測試驗證中心在運100余套測量系統(tǒng)設備和超過15套大型測試臺架，包括材料分析實驗室、葉片全尺寸結構測試臺、多自由度整機加載測試臺、26MW彎扭耦合傳動鏈系統(tǒng)測試臺、主軸承工藝測試臺、高低溫實驗室、電氣傳動鏈測試臺、滑動軸承測試臺、低速連接測試臺等，完美實現(xiàn)從材料、部件、系統(tǒng)、整機到批量的全鏈條測試。基于遠景伽利略超感知系統(tǒng)數(shù)字孿生技術帶來的試驗加載工況設計能力和測試驗證閉環(huán)能力，更是遠景智慧風電測試驗證中心全面升級的重中之重。耕耘近十年，遠景智慧風電測試驗證從標準“驗證者”變成“沉淀者”，獲得中國合格評定國家認可委員會（CNAS）頒發(fā)的實驗室認可證書。

據(jù)婁益民透露，遠景每款新機型的機械傳動鏈、葉片、電氣傳動鏈等在測試中心的測試驗證過程要持續(xù)3-8個月，安裝到樣機風場之后再測試一年，以驗證設計可靠性。目前，包括EN-220/10在內的Model T平臺樣機已經(jīng)通過了中國首個多自由度整機加載測試臺、中國最大26MW彎扭耦合傳動鏈系統(tǒng)測試臺、葉片全尺寸結構測試臺等設備的嚴苛考驗，進行了葉片極限破壞測試、主軸承加速疲勞破壞測試、集成傳動鏈彎扭耦合和超載測試等眾多非標測試驗證，并完成了多次Run to Failure測試，開始在全國各地批量交付。