华中科技大学国家脉冲强磁场创造了一个令世界惊叹的奇迹:他们成功实现了全球最大功率风力发电机转子的整体充磁,打破了传统的制造工艺,提高了风力发电机的性能和效率,为风电绿色制造和再生能源发展开辟了新的道路。
风力发电是一种利用风能转化为电能的清洁能源,它具有无污染、可再生、成本低等优点,是应对气候变化和实现碳中和的重要途径。
然而,风力发电也面临着一些技术难题,其中之一就是如何制造出高效、稳定、可靠的风力发电机。
风力发电机的核心部件是转子,它由多个磁极组成,其作用是将风能转换为机械能。
目前,市场上主流的风力发电机是永磁风力发电机,它使用永久磁铁作为磁极,具有结构简单、体积小、重量轻、效率高等优点。
但是,永磁风力发电机也存在一个制造难题:如何给磁极充磁。
充磁是指给永久磁铁施加一个强大的外部磁场,使其获得持久的磁性。
传统的制造工艺是先给每个磁铁单独充磁,然后再将它们组装在转子上。
这种方法有很多缺点:首先,由于每个磁铁都带有强大的磁性,它们之间会产生巨大的排斥力,导致组装难度大、危险高、效率低;其次,由于每个磁铁的充磁程度不一致,导致转子的整体性能难以控制;最后,由于充磁过程需要消耗大量的能源和材料,导致成本高、环境污染。
为了解决这些问题,华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心工程技术团队历经十多年的努力,在国际上首次提出了一种全新的制造方法:无磁装配-整体充磁。
这种方法是先将没有充磁的磁铁组装在转子上,然后再给整个转子施加一个强大的脉冲磁场,使其一次性完成充磁。
这种方法有很多优点:首先,由于没有充磁的磁铁之间没有排斥力,可以实现快速、安全、精确的装配;其次,由于整个转子同时充磁,可以实现均匀、高效、稳定的性能;最后,由于充磁过程只需要几秒钟,可以节省大量的能源和材料,降低成本和环境影响。
这种方法不仅适用于直驱式永磁风力发电机(即转子直接连接叶轮),也适用于半直驱式永磁风力发电机(即转子通过齿轮箱连接叶轮)。
今年6月,该团队成功实现了2.5兆瓦直驱式永磁风力发电机转子的整体充磁,创造了国内首例。
9月29日,该团队又成功实现了20兆瓦半直驱式永磁风力发电机转子的整体充磁,创造了全球首例。
这两种风力发电机都是目前市场上最大功率的单机型号,它们的转子直径分别达到了5米和8米,重量分别达到了10吨和30吨。
这些成果标志着我国在风力发电机整体充磁技术上实现了全球领先,成为全球唯一能对兆瓦级永磁风力发电机全系列机型整体充退磁的技术团队。
这些成果不仅对风力发电行业的可持续高质量发展具有重要意义,也对其他领域的应用有广阔的前景。
例如,该技术可以用于高铁驱动电机、电动汽车、磁悬浮列车、舰船驱动电机、航空航天高速电机等领域。
此外,该技术还具备低能耗快速退磁能力,在退役永磁风电机组的绿色再制造方面也有巨大的潜力。
这些成果是华中科技大学与湘潭电机有限公司、中车永济电机有限公司等多家企业的产学研合作的典范,也是国家脉冲强磁场实验装置的重要支撑。
国家脉冲强磁场实验装置是我国自主建设的国家重大科技基础设施,它可以产生世界上最强大的脉冲磁场,为多个学科领域提供了先进的实验平台。
该装置已经支撑了包括发现第三种规律新型量子振荡等在内的一大批原创成果,有力推动了我国凝聚态物理、材料和生命科学等前沿基础学科研究发展。
华中科技大学国家脉冲强磁场实现全球最大功率风力发电机整体充磁,展示了我国在新能源领域的创新能力和领导地位,为应对气候变化和实现碳中和贡献了中国智慧和中国方案。
这是一个值得我们自豪和骄傲的成就,也是一个激励我们继续探索和创造的动力。