葉凡：風電創(chuàng)新技術助力未來能源發(fā)展

編者按：9月12日，第五屆未來能源大會全球 CTO 論壇在江蘇省常州市武進區(qū)成功舉辦，論壇圍繞清潔能源、儲能技術、能源效率提升、智能電網(wǎng)等方面最新進展，分享探討有助于減少溫室氣體排放、降低能源成本、提高能源供應可靠性的研究成果和實踐經(jīng)驗。會上，明陽智慧能源集團副總裁兼首席營銷官葉凡作了《風電創(chuàng)新技術助力未來能源發(fā)展》的演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

今天我給各位帶來的主題就是“風電創(chuàng)新技術助力未來能源發(fā)展”。本次和各位匯報的有三部分內(nèi)容，第一個就是當前能源結構是什么樣的，第二個整個風電技術創(chuàng)新，第三就是未來能源發(fā)展，這也是結合我們集團在過去三十年來，一直從事新能源的技術研發(fā)，以及對未來預判的一些經(jīng)驗分享。

這個給大家展示的就是到2050年，全球電力增長大約是60%，然而這期間風電作為未來新能源三十年平均的增長力，會達到5.5%，需求量大概是每年147個GW。風電在終端使用占比將達到30%，目前新能源在電力發(fā)電中還不到10%，也就是說有一個概念叫穿透率，或者占有率是非常低的，那么新能源在未來怎樣占據(jù)更多的比例，讓我們這個電力系統(tǒng)里面有更多新興能源，當前的化石能源未來預測會下降，所以中國提出的是3060碳達峰碳中和，基于這個要求，我們在可再生能源在2030年要達到25%，終端怎樣去實現(xiàn)呢?就要通過終端的電氣化，也就是我們?nèi)粘Ｉ钏匦璧幕顒樱姎饣且粋€大趨勢，新能源汽車未來會超過一半以上，當前穿透率已經(jīng)非常高了，如果在十年前我們談新能源汽車，很多人覺得不可思議，當前新能源汽車在全世界范圍內(nèi)，中國不是說一枝獨秀，那一定是獨占鰲頭，同時居民生活耗能目標要實現(xiàn)100%的電氣化。同時碳匯的要求也會越來越高，到2060年的情況下，電力要實現(xiàn)脫碳，工業(yè)，包括碳匯、終端、交通、居民生活，還有傳統(tǒng)的八大行業(yè)，都面臨著去碳、脫碳的需求。

所以在這么大的驅動，去碳化、溫室氣體排放減排的目標要求下，風力發(fā)電的技術究竟怎樣通過創(chuàng)新去實現(xiàn)呢?在過去十年中，全球海上風電創(chuàng)新一直是排在第一位，我們在新能源企業(yè)，全球排名第15，中國五百強是排385位，我們2010年的時候在紐交所上市，2019年在主板上市，去年GDR成功?，F(xiàn)在我們在風力發(fā)電技術上，很重要的一部分，新能源完全不同于傳統(tǒng)能源的一大方面，新能源是技術驅動型的，技術將一些不可能變?yōu)榭赡埽êＩ巷L電的開發(fā)，陸上復雜環(huán)境、嚴酷地形，或者嚴酷的自然條件下，怎樣去充分利用自然稟賦開發(fā)新能源。所以我們在去年我們推出了全球最長的葉片，風能直徑能做到260米，單只葉片的長度超過了126米，這是我們首創(chuàng)的?，F(xiàn)在風機的功率在過去幾年也得到了突飛猛進，現(xiàn)在最大的海上風機是18GW，采用的新技術是半直驅高效傳動技術，在明年會推出來風能直徑達到280米的場景，單只葉片的長度達到140米，這些數(shù)據(jù)聽起來很枯燥，如果是看到了實物就非常得震驚，一只葉片的長度比百米跑道1.5倍長。

在過去這么多年，風機的技術，或者新能源技術一直在突飛猛進，大的趨勢是更大、更便宜、更綠色，更大主要是指風能直徑、風機的功率、出力會越來越大，而且在電力結構中占比越來越大。更便宜就是原來開發(fā)新能源，一直是認為新能源是屬于一種奢侈能源，高貴的能源，普通人用不起，但是在我們國家發(fā)電成本甚至低于傳統(tǒng)的煤電、燃氣發(fā)電，也就是新能源現(xiàn)在通過技術的創(chuàng)新迭代，使它的發(fā)電成本低于了火電。更綠色是在整個發(fā)電過程中沒有任何碳排放，也不會產(chǎn)生其他的溫室氣體。在過去這么多年來，我們的陸上風機最大做到單機做到10兆瓦，海上18兆瓦，陸上做到240米的水平，海上做到280米，未來會做到280米的級別。

在這個過程中需要在哪些方面創(chuàng)新呢?講到技術，因為風機最核心的一個技術就是葉片技術，我們用什么樣的材料科學去支撐葉片技術的發(fā)展，因為材料技術的不斷發(fā)展，拓展了風機開發(fā)的邊界，原來找到風速在7到8米的水平才具備開發(fā)價值，隨著技術的不斷進步，材料科學的不斷進步，葉片做的越來越長、越來越輕，開發(fā)的風速不斷地下探，當前很多地方就在此時此刻，很多風場的風速在4米8、4米9這個水平就有開發(fā)價值，也就是說技術的退步推動開發(fā)邊界的不斷下探。

同時我們在開發(fā)葉型的時候，也會通過先進的仿真技術，讓葉片捕獲風能的能力得到提升，提升它的效率，使我的葉片在相同的資源情況下，具備更強的發(fā)電能力，也是解決低風速的挑戰(zhàn)，這也是與當前的高質量發(fā)展是相匹配的，原來在粗放的時候，風速比較好，7、8米的風速下，我的葉片設計的比較粗糙，但隨著風速下探到5米左右的水平，因為能量就變得更加珍貴了，所以在這個過程中將我的葉型設計的更加精巧高效，就會使我的發(fā)電性能得到很大的提升。包括在葉片研發(fā)的過程中，我們會對葉片進行振動、顫振分析，還有阻尼的驗證，以及流固耦合的分析，因為葉片做的更長，它就變得越柔，在柔性的條件下，怎樣保證在發(fā)電過程中不失穩(wěn)，這是我們的核心技術。同時因為這個葉片在不斷加長的過程中，我們面臨的挑戰(zhàn)越來越大，因為它的重量上去了，同時保證葉片要輕量化，太沉的話載荷也會上升，我怎樣把我的葉片輕量化，而且使它的實度下降，要改善它的伸阻比，就要對氣彈裁減、氣動套件的使用，我們就在材料體系上進行了重大的革新，原來用玻纖，后面將會全面進入碳纖維時代，也就是我的葉片會使用碳纖維這種比較高性能的材料。這邊可以看到我們現(xiàn)在大量使用碳纖維板，使我們的葉片更加輕巧，強度更加得提升，讓葉片做的更長、更輕，發(fā)電效率更高。

另外一方面隨著科技的發(fā)展，我們也很關注先進的控制技術和風機的結合，原來最開始我們用的PI控制機器，最傳統(tǒng)的，一個輸入，一個輸出，后續(xù)隨著技術的不斷發(fā)展，特別是電子電氣技術，再加上人工智能的不斷引入，我們的風機就變得更加智能化，一臺風機大概有一千個傳感器，這個傳感器就像我們戴的手環(huán)一樣，會監(jiān)測風機各種內(nèi)部和外部的信息，包括外部的溫度、風速，內(nèi)部可以監(jiān)測到風機的溫度、電壓電流、諧波，正是因為這么多信息的采集，可以讓我的風機更加得智慧。所以我們現(xiàn)在基于MBC這個控制技術的基礎上，我們推出了大數(shù)據(jù)和AI技術，通過雷達、遙感，通過風機的振動數(shù)據(jù)，還有姿態(tài)的遙控，通過風機過去運行的歷史數(shù)據(jù)結合，讓風機更好地去感知環(huán)境，和環(huán)境融合，讓它在自己所處的環(huán)境下去完美的出力發(fā)電。

這是展示的我們這個風機現(xiàn)在完全已經(jīng)進入了數(shù)字化、智能化時代，也就是說這個風機通過這一套系統(tǒng)的應用，結合大數(shù)據(jù)的應用，我的風機可以進行全生命周期的資產(chǎn)管理，通過智慧的感知，通過自身的學習和思考，甚至可以決策，然后結合外部數(shù)字模型的映射，在風電場可以做到少人值守、無人值守。

這是過去風機經(jīng)歷的變化，對于未來的能源發(fā)展我們又做了什么研究呢?現(xiàn)在單純的講風機只是一方面，我們未來更加關注的是城市的發(fā)展，怎樣實現(xiàn)一個城市、一個市、一個社區(qū)，甚至一個工業(yè)園的零碳變化。這里做了一個城市用電負荷，也就是說怎么實現(xiàn)一個城市，首先讓它的電力碳達峰。也是把我們整個新能源技術和城市資源稟賦進行結合，所以我們在城市里面做到了千村萬鄉(xiāng)的馭風行動，使農(nóng)村能源革命，讓每一個家庭、每一個農(nóng)戶都可以用上綠色、清潔、低價的電力。這是我們在河南省信陽市做的一個示范項目。同時我們在沿海城市，怎樣通過海上立體的融合開發(fā)，這是目前我們跟中海油合作的，中海油在海南文昌是有一個深遠海的油田，它的油田需要供電，我們就給中海油提供了一個海上風電，給它的采油平臺的供電方案，這個方案已經(jīng)在執(zhí)行了，這是一臺漂浮式風機，因為海洋是非常深的，離岸距離大概100公里，水深是130米，在這種情況下我們就需要用漂浮式風機，漂浮式風機發(fā)的電為采油平臺供電，也就實現(xiàn)了用新能源助力傳統(tǒng)能源開采，這個目前國內(nèi)媒體報道了很多。

同時我們自己在漂浮式風電上怎樣做到更加得便宜、更加得綠色，因為漂浮式造價還是非常好，未來怎樣通過一些技術的進步，降低發(fā)電成本，讓它更加平民化，用智慧能源為人類社會，這就是一個雙轉子的漂浮風機，是一個實體上有兩臺風機，這個風機可以讓水深50米以上的地方就具備風機開發(fā)的可能性，原來說成本降不下來，只能開發(fā)深遠海的漂浮式，現(xiàn)在可以把水深降到50米的水平，這種可開發(fā)的項目體量就會大得多，這種漂浮式技術具備高可靠性，效率高，而且它是模塊化建設，很快在碼頭組建完，然后直接拖到棲泊點，無論是在施工、安裝、拆除都有很大的成本優(yōu)勢。

另外還是利用當前的海上風電去開發(fā)更多的應用和場景，就是海洋立體融合開發(fā)，我們的未來在海洋，海洋不僅僅會為我們提供綠電，后面還會給我們提供綠氫，以及優(yōu)質的蛋白，所以我們利用當前海上的風電項目，和海洋牧場相結合，進行養(yǎng)魚，這是我們目前做的漂浮式海洋牧場，上面這幾張圖是漂浮式的，去年已經(jīng)出了兩季魚。右下角是我們利用當前海洋比較深的導管架的形式，這兩種方式下因為邊際成本比較低，可以改善整個項目的投資回報率，同時也會為我們提供優(yōu)質的蛋白質。

未來在海上，不僅僅會有海上風電，還會有海上光伏，甚至海上大數(shù)據(jù)中心、超算中心，助力實現(xiàn)海水淡化、海水制氫、儲水蓄能，參與電力調(diào)峰，構建整個海洋能源島形式。所以海上這種立體融合開發(fā)不僅可以為我們將來提供淡水、綠氫、綠電、優(yōu)質蛋白，另外這是未來沿海城市碳達峰、碳中和的重要路徑，這也是我們當前在新能源里面研發(fā)的幾個重要方向。

技術的發(fā)展，未來可期，技術是推動我們未來走向更深遠海，可以讓我們的發(fā)展更加綠色，更加平民化，謝謝各位。