能源界的TED：遠景能源技術(shù)創(chuàng )新日 技術(shù)極客講述顛覆式創(chuàng )新

今年歐盟“地平線(xiàn)2020”計劃決定，為遠景能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遠景能源”)主導的超導風(fēng)電研發(fā)項目贊助1億元人民幣。這是中國企業(yè)迄今為止在歐盟獲得的最大研發(fā)資金支持。為什么是遠景能源?

復雜地形低風(fēng)速地區的風(fēng)資源開(kāi)發(fā)曾經(jīng)令人望而卻步，遠景能源率先進(jìn)軍，并成功研發(fā)系列低風(fēng)速風(fēng)機，引領(lǐng)了中國的低風(fēng)速開(kāi)發(fā)風(fēng)潮。在此之前，風(fēng)電行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)卻不敢涉足。為什么是遠景能源?

能源，曾被認為是實(shí)打實(shí)的制造行業(yè)，但遠景能源推出的數字平臺“格林云”，貫通了風(fēng)電物理世界和數字世界，開(kāi)辟了能源互聯(lián)網(wǎng)的新世界，人們第一次認識到，能源+互聯(lián)網(wǎng)，絕非概念。但為什么是遠景能源?

去年，福布斯首次發(fā)布了“2014中美創(chuàng )新人物”獎，遠景能源董事長(cháng)張雷與張小龍、賈躍亭等人成為首屆中國十大創(chuàng )新人物。同樣的問(wèn)題：為什么是遠景能源?

創(chuàng )立之初便定位為科技公司的遠景能源，一直在攀登能源科技的高峰。從低風(fēng)速風(fēng)機、4MW海上智能風(fēng)機，再到3.6MW新概念海上風(fēng)機;從智慧風(fēng)場(chǎng)WindOSTM平臺，到GreenwichTM風(fēng)場(chǎng)設計平臺，再到阿波羅光伏™云平臺，作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，遠景能源一手抓“硬件”，一手抓“軟件”，每隔一段時(shí)間，遠景能源就會(huì )祭出秘密武器顛覆行業(yè)規則。

10月13日，遠景能源CEO張雷率領(lǐng)來(lái)自風(fēng)電解決方案及軟件產(chǎn)品團隊、丹麥全球創(chuàng )新中心、休斯敦全球創(chuàng )新中心的4位頂尖風(fēng)電技術(shù)專(zhuān)家，講述他們是如何將航天、軍事、汽車(chē)、IT等領(lǐng)域的頂尖技術(shù)，引入到風(fēng)電領(lǐng)域，用顛覆性技術(shù)推動(dòng)能源變革。超過(guò)200名技術(shù)極客到場(chǎng)聆聽(tīng)顛覆性創(chuàng )新技術(shù)。

這是中國能源企業(yè)首次以TED演講形式，帶領(lǐng)公眾打開(kāi)風(fēng)電物理世界和數字世界相通的大門(mén)，領(lǐng)略能源科技的魅力所在。

超導風(fēng)機：非線(xiàn)性的未來(lái)

2015年，歐盟決定資助遠景能源1億元人民幣，以推動(dòng)由其主導研發(fā)的EcoSwing超導風(fēng)機項目。這是中國企業(yè)迄今為止在歐盟獲得的最大研發(fā)資金支持。

超導風(fēng)機是風(fēng)電技術(shù)的珠穆朗瑪峰，被認為是通往10MW級別及以上的風(fēng)電機組的唯一路徑。由于超導體的零電阻特性解決了散熱問(wèn)題，提升了功率密度，有志于研發(fā)更高能量利用率、更大單機容量風(fēng)機的風(fēng)電公司，都選擇押注超導技術(shù)。

遠景能源的EcoSwing超導發(fā)電機定子線(xiàn)圈采用傳統方式，而轉子線(xiàn)圈采用獨特的高溫超導材料制成。這些轉子線(xiàn)圈安裝在真空環(huán)境中，使用壓縮氦氣控制在77K臨界轉化溫度以下，實(shí)現轉子超導狀態(tài)。

張雷透露，超導技術(shù)成功應用于風(fēng)機行業(yè)后，對風(fēng)電領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，將是一種非線(xiàn)性的顛覆式改變，這一應用將大幅度提高發(fā)電機功率密度和轉矩密度，預計比傳統永磁發(fā)電機提高至少50%，風(fēng)電度電成本有望下降30%。

與永磁直驅相比，超導直驅方案預計將減輕塔頂重量至少30%，對海上風(fēng)電可謂一箭雙雕——在風(fēng)機本體減重的同時(shí)，又極大程度上降低了平臺成本。

“超導風(fēng)機將是未來(lái)徹底壓垮火電的最后一根稻草。到時(shí)候風(fēng)電的度電價(jià)格將會(huì )降到2毛多。”張雷表示。

遠景智能風(fēng)機葉片：靈感來(lái)自V22魚(yú)鷹機翼

遠景能源吸納了全球各個(gè)領(lǐng)域的精英，尤其是航空航天領(lǐng)域的技術(shù)人才，如遠景能源休斯敦全球創(chuàng )新中心葉片翼型專(zhuān)家孫毓平曾是波音公司資深工程師，遠景能源數字模擬與驗證部助理負責人Loic曾服務(wù)于歐洲航天局(ESA)。

相比航空航天領(lǐng)域，風(fēng)機葉片翼型設計還處于剛剛起步階段，譬如在防風(fēng)沙、防腐蝕、防霜凍方面，風(fēng)機葉片與飛機機翼相比，差距較大，因此帶來(lái)的葉片侵蝕、變形，不僅縮短了風(fēng)機壽命，而且損害發(fā)電效率。

遠景能源引用航空技術(shù)，設計防風(fēng)、耐腐蝕、耐臟的翼型，可以保持升力，減少發(fā)電量下降。遠景是國內唯一一家采用此類(lèi)技術(shù)的公司。

這一技術(shù)創(chuàng )新來(lái)自于遠景能源休斯敦全球創(chuàng )新中心葉片翼型專(zhuān)家孫毓平。他此前服務(wù)于波音公司。開(kāi)創(chuàng )性地采用三維設計應用于風(fēng)機葉片，也是受波音公司啟發(fā)。

孫毓平介紹，在V22魚(yú)鷹飛機和波音787之前，飛機研發(fā)并沒(méi)有動(dòng)用3D設計，三維視圖可以更清楚地分析作用于機翼上的升力和阻力，目前全球范圍內葉片的設計仍舊停留在二維水平，但遠景的智能風(fēng)機葉片開(kāi)創(chuàng )性地采用三維設計，依據空氣動(dòng)力學(xué)，對葉片的8個(gè)剖面做了詳盡分析，并成功大幅降低了葉片的疲勞載荷，提升了年發(fā)電量。

本就是機翼專(zhuān)家的孫毓平，十分關(guān)注翼型設計的新動(dòng)向和新技術(shù)，去年FlexSys公司創(chuàng )造了FlexFoil，一種無(wú)襟翼設計機翼，解決了困擾飛機設計師和工程師多年的操縱面間隙問(wèn)題。這一技術(shù)去年才對外宣布，但孫毓平敏銳地察覺(jué)到這一技術(shù)應用于風(fēng)機葉片的可能性。

FlexFoil采用柔性機翼，即無(wú)縫、幾何外形可改變的后緣操縱面，代替標準開(kāi)式連接的襟翼。該設計是讓結構長(cháng)度上的每個(gè)單元都承受變形載荷，使機翼蒙皮一致受力彎曲，形成無(wú)縫的風(fēng)切入幾何機構。

FlexFoil柔性機翼能夠以50度/秒的相應速率從-9度偏轉至+40度，可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)陣風(fēng)載荷減緩的需求。該設備的扭轉形變可以達到1度/ft(0.3m)。此外，該新型結構的額定載荷超過(guò)10000磅，具有2.4倍過(guò)載的安全系數，并已通過(guò)疲勞、溫度和耐化學(xué)測試。

經(jīng)過(guò)測試發(fā)現，這一技術(shù)應用到風(fēng)機葉片同樣可以有效減少風(fēng)阻，提高能量可利用率。柔性機翼通過(guò)產(chǎn)生微小的形變來(lái)減輕氣動(dòng)載荷，在載荷建立起來(lái)之前就將其全部卸掉，而不會(huì )產(chǎn)生嚴重的后果。

除了引進(jìn)航空技術(shù)至風(fēng)機葉片翼型設計，遠景能源還開(kāi)創(chuàng )性地將貓頭鷹的鋸齒狀翼型結構融合到新一代的葉片設計。“貓頭鷹從天上飛下來(lái)的時(shí)候，老鼠是聽(tīng)不到聲音的，我們仔細研究了，發(fā)現他的翅膀是鋸齒形狀的。受此啟發(fā)，我們?yōu)轱L(fēng)機葉片邊緣設計了鋸齒形狀，再加上羽毛的管狀結構，結果發(fā)現鋸齒尾緣可以降低低頻噪聲，羽毛管狀結構可以降低高頻的噪聲。”孫毓平說(shuō)。

引進(jìn)先進(jìn)雷達技術(shù)捕捉風(fēng)的軌跡

所有技術(shù)創(chuàng )新的出發(fā)點(diǎn)，都是為了更好地了解風(fēng)、捕捉風(fēng)、利用風(fēng)。把風(fēng)搞明白是風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)的第一步，也是風(fēng)電場(chǎng)運營(yíng)中的持續挑戰。作為國內低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)拓者，遠景能源敢于挑戰復雜地形低風(fēng)速風(fēng)電項目，底氣來(lái)自于對風(fēng)的認識。

捕捉風(fēng)的軌跡，靠的是技術(shù)。遠景能源引用軍事領(lǐng)域先進(jìn)的激光雷達(LiDAR)技術(shù)，結合先進(jìn)的計算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型，可以將復雜的風(fēng)模擬的一清二楚，進(jìn)而預測湍流到達的時(shí)間、尾流對風(fēng)機的影響等。

相比傳統的雷達技術(shù)，激光雷達(LiDAR)技術(shù)具有極高的角分辨率和距離分辨率、速度分辨率高、測速范圍廣、能獲得目標的多種圖像、抗干擾能力強，但是，激光雷達的技術(shù)難度也很高，成本挑戰較大，目前多用于特種行業(yè)領(lǐng)域。

“沒(méi)有雷達你不知道真相。”遠景能源陸上風(fēng)機產(chǎn)品線(xiàn)負責人王曉宇認為，要想模擬真正的風(fēng)，必須借助激光雷達(LiDAR)技術(shù)，因此，公司投入巨大的精力攻克難關(guān)。

遠景能源選擇了幾個(gè)典型風(fēng)場(chǎng)，在風(fēng)機機艙頂上放置激光雷達，再選擇合適的地方放置3D雷達車(chē)，通過(guò)這些雷達可以獲得密集且準確的點(diǎn)位數據，進(jìn)而將這些數據輸入到遠景能源高精度的CFD模型，模擬風(fēng)電場(chǎng)中各個(gè)地方的風(fēng)況，捕捉到風(fēng)的真正軌跡。

王曉宇介紹，由遠景能源研發(fā)的先進(jìn)激光雷達(LiDAR)技術(shù)和CFD模型，目前已經(jīng)在部分風(fēng)場(chǎng)得到成功應用，預計1-2年后可以實(shí)現完全商業(yè)化。

認識風(fēng)是為了更好地利用風(fēng)、控制風(fēng)，遠景能源依靠對風(fēng)的透徹認識，利用激光雷達(LiDAR)技術(shù)和CFD模型，已經(jīng)大幅減少了因為尾流效應造成的風(fēng)場(chǎng)損失，

“我們對整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)可以做到三維的實(shí)時(shí)監測，能看清楚前面風(fēng)機的尾流怎么擋到后排的風(fēng)機，導致后排風(fēng)機發(fā)電量小了，然后就可以做相應的調整，把這個(gè)避開(kāi)，最大化整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的發(fā)電量。”王曉宇自豪地表示，遠景能源率先成功做到尾流控制，來(lái)自實(shí)踐風(fēng)場(chǎng)的數據顯示，同樣的風(fēng)機，在有的風(fēng)電場(chǎng)，有尾流控制比沒(méi)有尾流控制，年發(fā)電量可以提高15%。。

遠景能源率先實(shí)現尾流控制，得益于公司長(cháng)期重視大數據能力的積累。在全球超級計算中，中國國家超級計算廣州中心的“天河二號”已經(jīng)第五次登頂運算速度榜首，浮點(diǎn)運算速度最快可以達到每秒33.86千萬(wàn)億次，而遠景能源的格林云平臺正是采用的“天河二號”來(lái)提供計算服務(wù)。

高精度的格林云平臺打造智慧風(fēng)場(chǎng)

重視互聯(lián)網(wǎng)、大數據的力量，使遠景能源與國內絕大多數風(fēng)電制造企業(yè)區別開(kāi)來(lái)。格林云平臺，是全球首創(chuàng )的基于智能傳感網(wǎng)，大數據，高性能計算，物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的智慧風(fēng)場(chǎng)云平臺。

遠景的格林云平臺集合了Greenwich,WindOS及其高級應用，大幅提高了軟件模塊的數據精度，囊括了開(kāi)發(fā)商需要的任一功能。

遠景能源基于智能傳感網(wǎng)，大數據，高性能計算，物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)等技術(shù)，打造服務(wù)于整個(gè)行業(yè)的風(fēng)電和光伏的格林云平臺，擁有精度達到100米×100米的全球四維風(fēng)能資源圖譜以及其他各項風(fēng)電投資相關(guān)的全球數據庫，可以實(shí)現高精度的產(chǎn)業(yè)宏觀(guān)規劃、項目宏觀(guān)選址與測風(fēng)方案設計、微觀(guān)選址優(yōu)化。

基于格林威治的高精度的風(fēng)場(chǎng)數值模型，WindOS可以實(shí)施以能量可利用率為核心的資產(chǎn)評價(jià)體系，讓資產(chǎn)的擁有者可以清晰地量化任何對風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量有影響的因素，基于此有可能針對性地實(shí)施資產(chǎn)的理性維護，提升資產(chǎn)的能效。歷史上正是由于我們依賴(lài)于不足以揭示問(wèn)題本質(zhì)的時(shí)間可利用率指標，導致目前整個(gè)中國風(fēng)電能效水平低于國際先進(jìn)水平10%以上。

基于格林云的天氣預報模式與高精度風(fēng)場(chǎng)數值模型，格林云提供全球第一個(gè)完全物理過(guò)程仿真的風(fēng)功率與發(fā)電計劃預報功能。預期可以大大提升風(fēng)功率預報精度，提升可再生能源在未來(lái)電網(wǎng)調度中的可計劃性。

遠景能源解決方案及軟件產(chǎn)品管理負責人李恒認為，如何理性利用風(fēng)能和太陽(yáng)能是人類(lèi)文明成長(cháng)的必修課。打造服務(wù)于整個(gè)行業(yè)的風(fēng)電和光伏的數字云平臺，不僅僅是一群人，一些企業(yè)的責任，而是每個(gè)文明一份子的責任。為聯(lián)合盡可能多的力量共同做大清潔能源市場(chǎng)，推動(dòng)人類(lèi)文明向前發(fā)展，遠景能源的格林云平臺選擇免費對外開(kāi)放，并組建格林聯(lián)盟、格林名家，服務(wù)中小開(kāi)發(fā)商。

雙V法則風(fēng)機設計周期大大縮短

重視大數據、以數字世界來(lái)指導物理世界，不僅體現在風(fēng)電項目設計規劃和運營(yíng)上，還體現在遠景能源的風(fēng)機產(chǎn)品設計上。

遠景能源數字模擬與驗證部助理負責人Loic介紹，遠景的風(fēng)機設計可以做到零缺點(diǎn)、一次性成功，依賴(lài)的正是多柔體動(dòng)力學(xué)、基于知識的軟件工程、虛擬測試、大數據分析等多種數字模擬技術(shù)。

傳統的風(fēng)機設計周期約為7年時(shí)間，但遠景能源依靠這些虛擬軟件打造的數字世界，可以將設計周期大大縮短。

軟件定義一切的時(shí)代，風(fēng)電行業(yè)并沒(méi)有真正跟上步伐。遠景能源引進(jìn)汽車(chē)和航天領(lǐng)域的先進(jìn)設計理念，打造了全新的雙V法則，即雙饋系統工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系。

傳統型的風(fēng)機設計流程遵循工業(yè)設計的V法則，從V的左邊開(kāi)始，依次是整個(gè)風(fēng)機的概念設計、系統細節設計、子系統細節設計、零部件設計，接下來(lái)進(jìn)入到V的右半部分，風(fēng)機概念測試、系統測試、子系統測試、整個(gè)風(fēng)機的測試。

Loic表示，這一開(kāi)發(fā)體系偏重物理世界，周期長(cháng)、成本高，很多細節設計不能在一開(kāi)始的時(shí)候就全方位考慮進(jìn)去，因此是一個(gè)不斷試錯的過(guò)程。

在IT技術(shù)如此發(fā)達的今天，理應有更合理的開(kāi)發(fā)體系，遠景能源的雙V法則開(kāi)發(fā)體系，加入了數字化模擬。“第一個(gè)V就是數字化的V。從概念設計到最后零部件都在數字世界里首先模擬仿真一遍，然后再制造物理樣機。所有的設計都有全方位的考量，虛擬驗證中發(fā)現的問(wèn)題可以迅速得到解決。因為這個(gè)數字化的世界存在，我們的物理樣機才能做到一次成功，零缺陷。”Loic說(shuō)。

Loic所說(shuō)的零缺陷，并不僅僅是風(fēng)機質(zhì)量的零缺陷。雙V體系的建立，使得遠景能源設計風(fēng)機時(shí)，除了考慮最好的風(fēng)機質(zhì)量，還可以兼顧最低度電成本、全周期最低管理成本等優(yōu)化目標，做到風(fēng)機全生命周期零缺陷。

“依靠雙V法則，我們的風(fēng)機比行業(yè)至少能夠增加10%以上的發(fā)電性能，我們的成本至少能夠降低20%的完全生命周期的成本，風(fēng)機設計周期大大縮短。”Loic表示。

關(guān)于遠景：遠景能源是全球領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)提供商，在丹麥、美國、英國、日本、中國等地設立了全球研發(fā)與創(chuàng )新中心。遠景目前是中國前三大風(fēng)機供應商，2014年中國最大的海上風(fēng)機供應商。遠景智慧風(fēng)場(chǎng)WindOS平臺、阿波羅光伏云平臺管理著(zhù)包括北美、歐洲、中國等在內的超過(guò)2000萬(wàn)千瓦的全球新能源資產(chǎn)。遠景能源被《福布斯》評選為“中國科技先鋒封面企業(yè)”;全球最權威的商業(yè)雜志《哈佛商業(yè)評論》英文版就“下一代人才管理革命”為主題專(zhuān)題報道遠景獨特的以解決挑戰為導向的人才發(fā)展模式;張雷被《福布斯》雜志評為2014年中美年度創(chuàng )新十人等。近期，遠景在習近平總書(shū)記和新西蘭總理約翰•基的見(jiàn)證下，與新西蘭第二大城市基督城簽署了“智慧城市”管理平臺戰略合作框架協(xié)議。