叶凡：风电创新技术助力未来能源发展

编者按：9月12日，第五届未来能源大会全球 CTO 论坛在江苏省常州市武进区成功举办，论坛围绕清洁能源、储能技术、能源效率提升、智能电网等方面最新进展，分享探讨有助于减少温室气体排放、降低能源成本、提高能源供应可靠性的研究成果和实践经验。会上，明阳智慧能源集团副总裁兼首席营销官叶凡作了《风电创新技术助力未来能源发展》的演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

今天我给各位带来的主题就是“风电创新技术助力未来能源发展”。本次和各位汇报的有三部分内容，第一个就是当前能源结构是什么样的，第二个整个风电技术创新，第三就是未来能源发展，这也是结合我们集团在过去三十年来，一直从事新能源的技术研发，以及对未来预判的一些经验分享。

这个给大家展示的就是到2050年，全球电力增长大约是60%，然而这期间风电作为未来新能源三十年平均的增长力，会达到5.5%，需求量大概是每年147个GW。风电在终端使用占比将达到30%，目前新能源在电力发电中还不到10%，也就是说有一个概念叫穿透率，或者占有率是非常低的，那么新能源在未来怎样占据更多的比例，让我们这个电力系统里面有更多新兴能源，当前的化石能源未来预测会下降，所以中国提出的是3060碳达峰碳中和，基于这个要求，我们在可再生能源在2030年要达到25%，终端怎样去实现呢?就要通过终端的电气化，也就是我们日常生活所必需的活动，电气化是一个大趋势，新能源汽车未来会超过一半以上，当前穿透率已经非常高了，如果在十年前我们谈新能源汽车，很多人觉得不可思议，当前新能源汽车在全世界范围内，中国不是说一枝独秀，那一定是独占鳌头，同时居民生活耗能目标要实现100%的电气化。同时碳汇的要求也会越来越高，到2060年的情况下，电力要实现脱碳，工业，包括碳汇、终端、交通、居民生活，还有传统的八大行业，都面临着去碳、脱碳的需求。

所以在这么大的驱动，去碳化、温室气体排放减排的目标要求下，风力发电的技术究竟怎样通过创新去实现呢?在过去十年中，全球海上风电创新一直是排在第一位，我们在新能源企业，全球排名第15，中国五百强是排385位，我们2010年的时候在纽交所上市，2019年在主板上市，去年GDR成功。现在我们在风力发电技术上，很重要的一部分，新能源完全不同于传统能源的一大方面，新能源是技术驱动型的，技术将一些不可能变为可能，包括海上风电的开发，陆上复杂环境、严酷地形，或者严酷的自然条件下，怎样去充分利用自然禀赋开发新能源。所以我们在去年我们推出了全球最长的叶片，风能直径能做到260米，单只叶片的长度超过了126米，这是我们首创的。现在风机的功率在过去几年也得到了突飞猛进，现在最大的海上风机是18GW，采用的新技术是半直驱高效传动技术，在明年会推出来风能直径达到280米的场景，单只叶片的长度达到140米，这些数据听起来很枯燥，如果是看到了实物就非常得震惊，一只叶片的长度比百米跑道1.5倍长。

在过去这么多年，风机的技术，或者新能源技术一直在突飞猛进，大的趋势是更大、更便宜、更绿色，更大主要是指风能直径、风机的功率、出力会越来越大，而且在电力结构中占比越来越大。更便宜就是原来开发新能源，一直是认为新能源是属于一种奢侈能源，高贵的能源，普通人用不起，但是在我们国家发电成本甚至低于传统的煤电、燃气发电，也就是新能源现在通过技术的创新迭代，使它的发电成本低于了火电。更绿色是在整个发电过程中没有任何碳排放，也不会产生其他的温室气体。在过去这么多年来，我们的陆上风机最大做到单机做到10兆瓦，海上18兆瓦，陆上做到240米的水平，海上做到280米，未来会做到280米的级别。

在这个过程中需要在哪些方面创新呢?讲到技术，因为风机最核心的一个技术就是叶片技术，我们用什么样的材料科学去支撑叶片技术的发展，因为材料技术的不断发展，拓展了风机开发的边界，原来找到风速在7到8米的水平才具备开发价值，随着技术的不断进步，材料科学的不断进步，叶片做的越来越长、越来越轻，开发的风速不断地下探，当前很多地方就在此时此刻，很多风场的风速在4米8、4米9这个水平就有开发价值，也就是说技术的退步推动开发边界的不断下探。

同时我们在开发叶型的时候，也会通过先进的仿真技术，让叶片捕获风能的能力得到提升，提升它的效率，使我的叶片在相同的资源情况下，具备更强的发电能力，也是解决低风速的挑战，这也是与当前的高质量发展是相匹配的，原来在粗放的时候，风速比较好，7、8米的风速下，我的叶片设计的比较粗糙，但随着风速下探到5米左右的水平，因为能量就变得更加珍贵了，所以在这个过程中将我的叶型设计的更加精巧高效，就会使我的发电性能得到很大的提升。包括在叶片研发的过程中，我们会对叶片进行振动、颤振分析，还有阻尼的验证，以及流固耦合的分析，因为叶片做的更长，它就变得越柔，在柔性的条件下，怎样保证在发电过程中不失稳，这是我们的核心技术。同时因为这个叶片在不断加长的过程中，我们面临的挑战越来越大，因为它的重量上去了，同时保证叶片要轻量化，太沉的话载荷也会上升，我怎样把我的叶片轻量化，而且使它的实度下降，要改善它的伸阻比，就要对气弹裁减、气动套件的使用，我们就在材料体系上进行了重大的革新，原来用玻纤，后面将会全面进入碳纤维时代，也就是我的叶片会使用碳纤维这种比较高性能的材料。这边可以看到我们现在大量使用碳纤维板，使我们的叶片更加轻巧，强度更加得提升，让叶片做的更长、更轻，发电效率更高。

另外一方面随着科技的发展，我们也很关注先进的控制技术和风机的结合，原来最开始我们用的PI控制机器，最传统的，一个输入，一个输出，后续随着技术的不断发展，特别是电子电气技术，再加上人工智能的不断引入，我们的风机就变得更加智能化，一台风机大概有一千个传感器，这个传感器就像我们戴的手环一样，会监测风机各种内部和外部的信息，包括外部的温度、风速，内部可以监测到风机的温度、电压电流、谐波，正是因为这么多信息的采集，可以让我的风机更加得智慧。所以我们现在基于MBC这个控制技术的基础上，我们推出了大数据和AI技术，通过雷达、遥感，通过风机的振动数据，还有姿态的遥控，通过风机过去运行的历史数据结合，让风机更好地去感知环境，和环境融合，让它在自己所处的环境下去完美的出力发电。

这是展示的我们这个风机现在完全已经进入了数字化、智能化时代，也就是说这个风机通过这一套系统的应用，结合大数据的应用，我的风机可以进行全生命周期的资产管理，通过智慧的感知，通过自身的学习和思考，甚至可以决策，然后结合外部数字模型的映射，在风电场可以做到少人值守、无人值守。

这是过去风机经历的变化，对于未来的能源发展我们又做了什么研究呢?现在单纯的讲风机只是一方面，我们未来更加关注的是城市的发展，怎样实现一个城市、一个市、一个社区，甚至一个工业园的零碳变化。这里做了一个城市用电负荷，也就是说怎么实现一个城市，首先让它的电力碳达峰。也是把我们整个新能源技术和城市资源禀赋进行结合，所以我们在城市里面做到了千村万乡的驭风行动，使农村能源革命，让每一个家庭、每一个农户都可以用上绿色、清洁、低价的电力。这是我们在河南省信阳市做的一个示范项目。同时我们在沿海城市，怎样通过海上立体的融合开发，这是目前我们跟中海油合作的，中海油在海南文昌是有一个深远海的油田，它的油田需要供电，我们就给中海油提供了一个海上风电，给它的采油平台的供电方案，这个方案已经在执行了，这是一台漂浮式风机，因为海洋是非常深的，离岸距离大概100公里，水深是130米，在这种情况下我们就需要用漂浮式风机，漂浮式风机发的电为采油平台供电，也就实现了用新能源助力传统能源开采，这个目前国内媒体报道了很多。

同时我们自己在漂浮式风电上怎样做到更加得便宜、更加得绿色，因为漂浮式造价还是非常好，未来怎样通过一些技术的进步，降低发电成本，让它更加平民化，用智慧能源为人类社会，这就是一个双转子的漂浮风机，是一个实体上有两台风机，这个风机可以让水深50米以上的地方就具备风机开发的可能性，原来说成本降不下来，只能开发深远海的漂浮式，现在可以把水深降到50米的水平，这种可开发的项目体量就会大得多，这种漂浮式技术具备高可靠性，效率高，而且它是模块化建设，很快在码头组建完，然后直接拖到栖泊点，无论是在施工、安装、拆除都有很大的成本优势。

另外还是利用当前的海上风电去开发更多的应用和场景，就是海洋立体融合开发，我们的未来在海洋，海洋不仅仅会为我们提供绿电，后面还会给我们提供绿氢，以及优质的蛋白，所以我们利用当前海上的风电项目，和海洋牧场相结合，进行养鱼，这是我们目前做的漂浮式海洋牧场，上面这几张图是漂浮式的，去年已经出了两季鱼。右下角是我们利用当前海洋比较深的导管架的形式，这两种方式下因为边际成本比较低，可以改善整个项目的投资回报率，同时也会为我们提供优质的蛋白质。

未来在海上，不仅仅会有海上风电，还会有海上光伏，甚至海上大数据中心、超算中心，助力实现海水淡化、海水制氢、储水蓄能，参与电力调峰，构建整个海洋能源岛形式。所以海上这种立体融合开发不仅可以为我们将来提供淡水、绿氢、绿电、优质蛋白，另外这是未来沿海城市碳达峰、碳中和的重要路径，这也是我们当前在新能源里面研发的几个重要方向。

技术的发展，未来可期，技术是推动我们未来走向更深远海，可以让我们的发展更加绿色，更加平民化，谢谢各位。