先和你說個消費電子領域的例子：有些玩家通過將CPU進行超頻“免費”獲得了計算能力升級，這偷著樂的事情令其中的玩家顧不上超頻可能導致的惡果了。 　　
　　無獨有偶，眼下的風電領域也有類似聲音：不花錢就可以將風電機組的額定功率升級，從而獲得更多的發(fā)電量。但請你要想想這樣“免費的午餐”是不是真的靠譜？
　　
　　眾所周知，CPU的超頻能力和CPU自身的硬件底子有很大關系，底子比較差的CPU根本就不適合超頻運行，即便可以將CPU超頻運行，其代價是CPU功耗增加、發(fā)熱嚴重、電遷移、信號變差、抗干擾能力變弱乃至硬件損毀等后果，不一而足。 　　
　　那么回到風電領域，從額定功率超發(fā)究竟對風電機組意味著什么呢？回答這個問題，要從風電機組的設計和優(yōu)化談起。
　　
　　先來看風電機組的核心部件——發(fā)電機。在額定功率、體積、重量、經濟性等各個指標的綜合約束下，如何提高發(fā)電機性能和效率一向是機組設計需要重點突破的區(qū)域。
　　
　　必須提及的是，提到發(fā)電機效率，就不得不考慮電機損耗這個關鍵概念。風電機組發(fā)電機的損耗主要來源于銅耗、鐵耗、機械損耗和雜散損耗等，而其中最為關鍵的是銅耗和鐵耗這兩大類。
　　
　　銅耗，是電機使用的銅導體帶來的損耗，與其通過的電流直接相關。當使用的銅導體導電性能越高、電阻越低，在相同的電流下的損耗就越小（見下式）。
　　
　　P _Cu = I² x R
　　
　　一個有趣的事實值得注意：那就是，相同額定功率下不同額定扭矩的發(fā)電機其銅耗大不相同，對于較低扭矩的高速異步發(fā)電機而言，其額定效率下的銅耗相對較小，而對于低轉速高扭矩的低速永磁同步發(fā)電機，其在額定效率下的銅耗會非常高。這是為什么呢？其實原因很簡單，因為P _Cu = I² x R，銅耗和電流的平方成正比，而扭矩越高，在既定的磁場強度情況下，所需要切割磁力線的等效電流就越大，因此銅耗就會以平方的關系上升。所以，這就不難理解為什么任何直驅形式的機組其最優(yōu)效率點都遠低于額定功率，而是在1/2甚至1/3的額定功率工作點才能達到最優(yōu)效率，其根本原因是，在諸多制約條件（體積、重量、經濟性等）下，難以為低速直驅電機如此之高的額定扭矩（如此之高的額定電流）提供需要的如此之低的繞組電阻。
　　
　　實際上，如果為2MW級的低速同步永磁電機額定功率提升1%的效率，需要增加成噸的銅來降低繞組的電阻才可以達成，但是這又受到重量、成本、體積等多方面的制約，這使得大扭矩的直驅電機在電流更大的更高功率工作點上其效率快速下降。而對于低扭矩低電流的高速異步發(fā)電機而言，在保證經濟性的前提下，將發(fā)電機額定效率提升至97%或更高并非難事。說到這里，你可能會理解超導技術對于低轉速、大扭矩發(fā)電機技術革命性的意義了吧？ 　　
　　必須注意的是，發(fā)電機損耗的主要來源除了銅耗，就是鐵耗，什么叫鐵耗呢？眾所周知，發(fā)電機工作的基本原理是導體切割磁力線產生電流，而磁場是靠一層層疊在一起的硅鋼片傳導磁力線來傳導的，如下圖所示。 　　 　　
　　疊在一起的硅鋼片越薄，其傳導磁場的效率就越高。鐵耗就是指磁場在傳導的過程中產生的磁滯損耗和渦流損耗。
　　
　　舉一個理解鐵耗的例子——電磁爐就是利用磁場傳遞中產生的渦流發(fā)熱來加熱食物，見下圖。 　　
　　鐵耗和功率的關系是近似線性的，其斜率和疊在一起的硅鋼片的導磁效果相關。一般而言，與電磁爐需要產生大量熱量的工作原理相反，電機需要在保證磁場密度的同時，抑制發(fā)熱量以降低損耗。結構緊湊的高速低額定扭矩的電機可以將硅鋼片做的更薄，硅鋼片用量及所需建立的磁場強度遠低于同樣功率等級的低速直驅電機，且能夠有效抑制鐵耗。而體積龐大的低速永磁電機往往受經濟性等條件制約，不選擇更薄的硅鋼片，使其鐵耗始終位于較高水平。 　　
　　所以，說到這里，你可能注意到，大扭矩的直驅發(fā)電機，由于其大電流和強磁場所導致的大量損耗是不可避免的，實際上對于發(fā)電機，特別是大扭矩發(fā)電機的散熱設計是體現(xiàn)發(fā)電機設計理念的關鍵技術環(huán)節(jié)，這部分內容留到下篇再講。
　　
　　到此，再看超發(fā)這點事，你對超發(fā)的認識應該比較清楚了。
　　
　　實際上，如果要實現(xiàn)功率超發(fā)，在并網(wǎng)電壓不變的情況下，提升扭矩勢必要更高電流，銅耗在超發(fā)時是按照平方的倍數(shù)增加，帶來更大的發(fā)熱量。與此同時，隨著發(fā)熱量和工作溫度的提高，銅導體的電阻率會進一步上升。特別是對于直驅形式的大扭矩發(fā)電機，本來額定工作點上的損耗已經處于高位，進一步的超過額定功率運行，其損耗會按照非線性比率增加，發(fā)熱量會尤其嚴重。
　　
　　問題就來了，溫升的提高會直接大幅縮減絕緣材料的壽命，那么絕緣系統(tǒng)失效的風險大大增加。而對于風電機組而言，電機絕緣系統(tǒng)失效通常不能在機艙內修復，意味著高昂的更換費用，以及長時間停機帶來的發(fā)電量損失。
　　
　　但從理論上說，并不是沒有辦法控制超發(fā)所帶來的溫升提高，一方面，可以通過控制系統(tǒng)結合環(huán)境溫度，在環(huán)境溫度低的時候進行動態(tài)超發(fā)；另一個方面，可以通過加大散熱系統(tǒng)來實現(xiàn)溫升的控制。但必須提及的是，如果把超發(fā)常態(tài)化，難道真的就是免費的午餐嗎？
　　
　　其實，通過對超發(fā)這個問題的本質探討，你不難發(fā)現(xiàn)，對于購買低速高扭矩電機的客戶而言，購買的其實不是所謂的發(fā)電機額定功率，而是發(fā)電機的效率，因為低速高扭矩電機可以通過加強散熱系統(tǒng)功率來控制由于大幅度犧牲效率導致的溫升,實現(xiàn)輸出功率提升。因此,理論上講，不是不可能通過超發(fā)常態(tài)化來提升直驅發(fā)電機的額定功率，但問題是如果要保持電機效率不降低的前提下來提升額定功率，你要算算需要增加多少銅來降低發(fā)電機繞組的電阻。
　　
　　你看，這正如天下沒有免費的午餐，不對機組進行實際升級改造基礎上的“免費”超發(fā)在技術上是非常危險的；而通過加強散熱系統(tǒng)達到的額定功率的提升則是以非線性增加的效率損失為代價的，最終這都是由用戶來為之買單，就不好了吧？