每周精选题:我们需要10MW的涡轮机吗？

随着下一代6MW+涡轮机推进海底，该工业期望实现甚至更大涡轮机创造的可能性，与此同时，最新的西门子公司表明它正在考虑一台10MW的涡轮机。

As the next generation of 6MW+ turbines pushes into the seabed, the industry is looking to the possibility of creating even larger machines, with Siemens the latest company to indicate it is considering a 10MW turbine

针对这样一种涡轮机的需要以及其发展的可行性问题，我们访问了西门子首席技术官Henrik Stiesdal，DNV GL轮机工程负责人Tim Camp和英国新能源与可再生能源中心动力传动系统的领导者Hyunjoo Lee。

We spoke to Siemens wind CTO Henrik Stiesdal, DNV GL head of turbine engineering Tim Camp and Hyunjoo Lee, leader of drivetrains at Narec, about the need for such a turbine and the practicalities of its development

问题：对于风能产业来说，一台10兆瓦的涡轮机是一个必要的和可行的目标吗？

Question: Is a 10MW turbine a necessary and practical objective for the wind industry?

Henrik Stiesdal-西门子风力发电首首席技术官

Henrik Stiesdal - CTO Siemens Wind Power

我确信更大涡轮机的发展趋势将至少持续到10MW级。最终，平方立方体法的物理学将限制它大小的增长，但是我们现在还没有。

I am convinced that the trend towards larger turbines will continue at least to the 10MW class. Ultimately the physics of the squarecube law will limit the growth in size, but we are not there yet.

大型涡轮机制造的根本目的是能源成本的减少。对于海上涡轮机来说，基础设施的成本跟涡轮机的大小不会成比例的增加，因此，对于涡轮机本身来说，如果每兆瓦时的具体成本是恒定的，我们将仍然可以看到一个更低的能源总体的成本。

The fundamental motivation of larger turbines is the reduction in the cost of energy. For offshore turbines the infrastructure costs do not increase proportionally to the turbine size, so even if the specific cost per megawatt hour for the turbine itself were to be constant we would still see a lower overall cost of energy.

当今的技术可以制造出10兆瓦的涡轮机，一些子系统确实能够从尺寸增加中获益-大型发电机组比小型发电机组每转矩产生的费用更低，很多控制和支持系统在很小的机器中基本上是相同的，从而减少每兆瓦的成本。
Tenmegawatt turbines can be made with today's technologies, and some of the subsystems actually benefit from the size increase – large generators are cheaper per torque than small ones, and many control and support systems are basically the same as in much smaller machines, thereby reducing in cost per megawatt.

与供应链有关的主要的挑战-当时世界上没有相关尺寸工业设备的连续生产。大型机器已经被制造出来，但是仅仅是每一单元或者小批量生产。但是我们可以从现在正在发展的6兆瓦级的工业中获益-这本身会使供应商准备下一个重大步骤。

The main challenges relate to the supply chain at this time the world has no serial production of any industrial equipment of the relevant sizes. Larger machines are made, but only as single units or small batches. But here we will benefit from the industrialization of the 6MW class ongoing now this will in itself prepare the suppliers for the next big step.

Tim Camp-DNV GL轮机工程负责人

Tim Camp - Head of turbine engineering, DNV GL

我们将最终需要10MW的风力涡轮机。然而，从根本上讲，如果你仅仅保证涡轮机大小一直成比例增加，它们将变得有更少的经济吸引力。能量与线性尺寸的平方成比例增加而成本与尺寸的立方大体上成比例增加。

There will be a need for a 10MW wind turbine, in time. Fundamentally, however, if you simply keep on scaling up the size of turbines then they become less economically attractive. Power is proportional to the linear dimension squared whereas costs are roughly proportional to the dimension cubed.

和O＆M成本一样，什么能够证明我们今天看到的海上的更大的涡轮有着更高的工厂成本的平衡-布线和地基等。简言之，如果你把钱花在建设一个海上电网连接和涡轮支撑结构上的话，你需要用大型涡轮机顶部来证明你的成本是合理的。

What justifies the bigger turbines we see offshore today is the higher balance of plant costs — cabling and foundations and so on   as well as O&M costs. Simply put, if you go to the expense of building an offshore grid connection and turbine support structures, then you need to put large turbines on top to justify the costs.

到目前为止，我们设想的北海项目的工作表明6-8兆瓦级涡轮机在如今是最合适的，这标记着最低的能源成本。在我们能够自信的趋近10兆瓦涡轮机之前，我们需要6-8兆瓦支架的一些真实经验。

Our work looking at envisaged North Sea projects to date finds that turbines with a rating of 6-8MW are optimum today and that the lowest cost of energy is around that mark. We need some real experience in the 6-8MW bracket before we can move towards 10MW turbines with confidence.

增加涡轮的大小约是你一年失去的能量。任何的公司都可以通过增加额定风速来增加涡轮机的额定功率，但是区域的转子所允许的能量的获取是更重要的。

Increasing the size of turbines is about the amount of energy you are going to get out of it in a year. Any company could increase a turbine's rated power by increasing the rated wind speed, but it is the energy capture that the area of the rotor allows that is more important.

这就产生了挑战。现有的涡轮机已经比得上最大的航空器甚至比最大的航空器还要大。先前涡轮机大小的增加已经依赖于其他行业的技术解决方案；那不是10兆瓦涡轮机的情况。生产制造商必须探索原始的解决方案。这是主要轴承和铸件的独特的情况，这很难从其他行业来源获取，导致了供应链出现问题。

And this offers challenges. Existing turbines are already comparable to or bigger than the largest aircraft. Previous increases in turbine size have relied on technical solutions from other industries; that's not the case with the 10MW turbines. Manufacturers have to find original solutions. This is particularly the case with main bearings and castings, which it would be hard to source from other industries, resulting in supply chain issues.

如今海上风力发电机从陆上风轮机中不断改进，变化是不大的。它们有更高的叶尖速度和最大化功能，但是它们仍然通常为三个叶片、逆风风向和俯仰控制的涡轮机。这就很容易发现为什么在高投资的项目中没有人想要去发表过于激进的任何的东西。然而，海上是一个十分不同的设计空间，或许我们应该寻求更多激进的观念变化去促进海上更大机器的发展。

Current offshore wind turbines have evolved from their onshore cousins, and changes have been modest. There are higher tip speeds and marinisation features, but they are still generally three-bladed, upwind, pitch-controlled turbines. It is easy to see why — in high-investment projects no one wants to come out with anything that's too radical. However, offshore is quite a different design space and perhaps we should be looking for more radical concept changes to facilitate bigger machines offshore.

Hyunjoo Lee-国家可再生能源中心，海上可再生能源弹射器动力传动系统的领导者。

Hyunjoo Lee ， Leader of drivetrains at Offshore Renewable Energy Catapult, National Renewable Energy Centre.

在10兆瓦范围，不仅美国超导公司约在三年前宣布了它设计的完成，中国石化公司在去年十月份也宣布了它完成了10兆瓦涡轮机的设计，因此这种设计的可能性实际上已接近现实。

In the 10MW range, not only has AMSC announced the completion of its design around three years ago, but also Sinovel announced it completed the 10MW design last October  hence the possibility is actually nearing reality.

在更多具体的技术中，10兆瓦风力发电机所要求的转子直径约为160-200米，它将超过当前最长的为三星集团7兆瓦涡轮机所制造的叶片。另外，对于安装10兆瓦风力发电机所要求的海上起重机的大小必须很好地被现有的巨型起重机所包括，它的吊重能力能够超过1500-1800公吨。测试设备为大型叶片，动力传动系统也已经被构建，它将能够允许叶片长度达到100米，发动机额定功率达到15MW.

In more technical detail, the required rotor diameter for a 10MW wind turbine is about 160-200 metres, which will exceed the current longest blade developed for Samsung's 7MW turbine. In addition the offshore crane size required for the installation of a 10MW wind turbine is well covered by existing giant cranes, with a lifting capability well over 1,500-8,000 tonnes. The testing facilities for large blades and drivetrains have also been constructed and are ready to accept blades up to 100 metres in length and turbines rated up to 15MW.

一些人可能会指出更多具体的障碍，例如对于更大主轴承的材料的限制，大尺寸发电机中狭窄的气隙或者高比率的齿轮箱，但是我们必须知道这些问题不是新的问题，在我们发展和制造3兆瓦和5兆瓦额定功率的发动机的时候这些问题就已经出现了。

Some people might point out more specific barriers, such as material limits for large main bearings, narrow air gap in big size generators or high ratio gearboxes, but we must remember these issues are not new and were raised when we started to develop and manufacture the 3MW and 5MW-rated turbines.

因此，随着供应链已经被促进增加以及随着越来越多的研究和发展，推进该工业到下一个水平，我们相信这是可能的。

So, with a supply chain already geared up, and with more and more research and development taking place to take the industry to the next level we believe it is a possibility.

然而，考虑到该行业需要花费十年以上的时间才能够让5-7兆瓦的发动机在市场上可以买到，一台10兆瓦风力发电机的发展仍然处于初级阶段。

However, considering that it took more than ten years for industry to make turbines of 5-7MW commercially available, the development of a 10MW wind turbine is still in the early stages.