项目名称大型单轴承直驱永磁风电机组关键技术与装备研制

项目名称：大型单轴承直驱永磁风电机组关键技术与装备研制及应用

推荐单位意见：

该项目在国家“973”、“863”、国际科技合作、国家科技支撑和湖南省科技重大专项等项目的资助下，发明了锥形心轴结构和低速单轴承直驱风力发电机组；建立了直驱风力发电机-变流器一体化设计方法；设计了风电全功率双PWM变流系统并首次应用于2MW直驱风电机组；提出了低风速风电叶片族系延长设计技术；发明了大型直驱风电机组密封式防腐蚀结构、舱内热交换系统和安全链实时检测装置。建成了国内首个完善的8MW及以下直驱永磁风力发电机设计、生产和测试体系。研制出具有自主知识产权的国内首台2MW、世界首台5MW直驱永磁风力发电机组，并实现了大规模装机和并网发电。

研究成果获得授权国家发明专利30项，其它知识产权18项，主持制订国家标准2项，出版专著2部，发表论文80多篇，在产业化和推广应用方面取得了显著成效，形成了从理论方法、关键技术研究，到设备自主研发和推广应用的技术体系。自2007年以来，2MW、5MW直驱永磁风力发电机组在全国30多个省份的150多个风场装机运行。近3年，新增销售收入200多亿元，新增利润达15亿元。

综上所述，项目极大推动了我国风电技术科技进步，加速了我国由风电大国到风电强国的重大转变，对保障国家能源安全和节能降耗发挥了巨大作用。经审阅该项目推荐书及附件材料，确认材料真实有效，相关栏目均符合填写要求。我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示无异议。同意推荐该项目申报2017年度国家科学技术进步一等奖。

项目简介：

该项目属于电气工程领域。

大规模开发和利用风能是我国的重要能源战略。直驱风电机组由多极低速发电机和叶轮直接连接，无需齿轮箱，可靠性高，是大型风力发电的发展方向。

大型直驱风力发电机组承载重量大、运行环境恶劣、载荷工况和运行状态极端复杂，涉及电气、控制、力学、机械和材料等多个学科，机组系统设计理论匮乏，设计难度大，亟待突破。项目组在国家“973”、“863”、国际科技合作、国家科技支撑等项目资助下，历经8年攻关，突破了单轴承大型直驱风电机组设计的关键技术，打破了国外技术封锁，在国际上首次实现了5MW等大型直驱永磁风电机组的产业化，取得的主要科技创新有：（1）建立了直驱风力发电机-变流器一体化设计方法，填补了变流器约束下直驱风力发电机优化设计技术空白，发电机效率提高5.7%，齿槽转矩降低65%。

（2）创造性发明了锥形心轴结构和低速单轴承直驱风力发电机组，攻克了超高气动力载荷、惯性载荷及超大重力等多重承载下兆瓦级直驱风电机组单轴承可靠支撑重大难题。

（3）创新设计了风电全功率双PWM变流系统并首次应用于2MW直驱风电机组，攻克了易变风速下大功率风力发电机定子电流控制技术难题，发电机定子电流畸变率≤2%。

（4）发明了低风速风电叶片族系延长设计技术，机组发电量提高5%-12%；创造性发展了“长时等粘度浸渍”和“低渗透预成型体Z向动力浸渍”等液相成型技术，为低成本可靠制备轻量化碳纤维复合材料海上风电叶片奠定了基础。

（5）发明了兆瓦级直驱风电机组密封式防蚀结构、舱内热交换系统和安全链实时检测装置，攻克了海上风电机组抗腐蚀和台风飓风紧急状况下快速停机等重大安全难题。

建立了国内容量最大的8MW直驱风电机组试验平台，制定了直驱风力发电机“技术条件”与“试验方法”等国家标准，成立了“海上风力发电技术与检测国家重点实验室”、“国家电能变换与控制工程技术研究中心”等科研平台。2007年和2010年分别研制出国内首台2MW、世界首台5MW直驱永磁风力发电机组，并实现了兆瓦级直驱风电机组及其叶片、发电机、变流器和主控系统等关键零部件的产业化。

2010年10月中央电视台《新闻联播》对项目进行了报道“我国第一台具有世界领先水平的5MW直驱永磁海上风力发电机在湖南下线”；2013年11月中央电视台《大国重器》栏目对项目进行了专题报道“全球仅有的两台5MW直驱永磁风力发电机组，一台远渡重洋安装在荷兰，另一台矗立在中国东南沿海的大型风力发电厂”。项目成果经鉴定，认为机组“整体技术达到国际先进水平，一体化设计技术居国际领先”、“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”。

2007年以来，2MW、5MW直驱风电机组在全国30个省份的150多个风场装机运行，2MW直驱永磁机型国内市场占有率超过90%，5MW直驱永磁机型国内市场占有率达到100%，产品出口美国、法国、德国、荷兰等国。近3年，新增销售额200多亿元、利润15亿元。项目成果获国家授权发明专利30项，其它知识产权18项，主持制订国家标准2项，发表论文80多篇，出版专著2部；获湖南省科技进步一等奖3项，全国商业科技进步特等奖1项，中国电力科技技术发明二等奖1项。项目极大推动了我国风电技术科技进步，加速了我国由风电大国到风电强国的重大转变，对保障国家能源安全和节能降耗发挥了巨大作用。

客观评价：

项目成果获得国家发明专利30项，其它知识产18项，制订国家标准2项，出版专著2部，发表论文80多篇。

相关成果“2兆瓦风力发电机组和关键零部件及产业化”获得2010年度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、制备和试验技术”获得2012年度湖南省科技进步一等奖、“兆瓦级直驱型风力发电机组与关键零部件研制及产业化”获得2013年度湖南省科技进步一等奖、“大型直驱风力发电系统结构与能量转换优化技术”获得2016年全国商业科技进步特等奖、“兆瓦级直驱风电系统能量高效转换关键技术及应用”获得2016年度中国电力科技技术发明二等奖。

成果鉴定和项目验收报告

（1）2009 年10 月，湖南省经济委员会组织专家对“2MW直驱永磁同步风力发电机”进行了新产品鉴定，认为：“该产品在设计制造、运行性能、可靠性等方面达到同类产品的国际先进水平，整体技术居国内领先”。

（2）2013年9月，教育部组织专家组对“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，认为：“该项成果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居国际领先”。

（3）2013年9月，湖南省科技厅组织专家对“5MW直驱永磁海上风力发电机组研制”进行了科学技术成果鉴定，认为：“该项目整体技术达到国际先进水平，一致同意通过鉴定”。

（4）2009年11月，国家科技部组织专家对国家高技术研究发展计划（863计划）课题“兆瓦级（2MW）直驱型风力发电机组及其关键部件的设计和制造技术（2006AA05Z 401）”进行了验收。认为：“完成了课题任务合同书规定的主要研究内容，达到了考核指标，同意课题通过验收”。

（5）2009年，湖南省科技厅组织专家组对湖南省重大专项“2兆瓦及以上风力发电机组和关键部件的研制及产业化（2006GK1002）”进行了验收。认为：“项目掌握了兆瓦级永磁风力发电机设计、制造的关键技术，攻克了IGBT并联均流技术等多项关键技术瓶颈，实现了大功率PWM整流和逆变”。

（6）2011年12月，国家科技部组织专家对国家“十一五”国家科技支撑计划项目“直驱式风电机组永磁单轴承发电机的研制（2006BAA01A16）”进行了验收。认为：“完成了课题任务书规定的考核目标和主要技术经济指标，同意课题通过验收”。

（7）2011年10月12日，科技部高技术中心组织对国家863计划项目“大尺寸复合材料风电叶片RTMAVIP就地制造技术”课题进行了验收。认为：“项目取得了一批应用技术和基础理论成果，成果得到产业化应用。通过产学研合作建立了大尺寸复合材料风电叶片高水平研发平台”。

（8）2012年，国家自然科学基金项目“电网故障下永磁直驱式风力发电机运行与控制（50907020）”通过验收结题，结题报告认为“项目首次从电网与永磁直驱式风电机组相互作用角度，完整地研究了电网故障下的穿越运行控制，其控制技术在原理、方法、技术上均具原始创新意义，对增强风电机组运行能力、适应电网日益提高的并网运行要求有重要作用。”