能源界的TED远景能源技术创新日技术极客讲述颠覆式创新

能源界的TED：远景能源技术创新日技术极客讲述颠覆式创新今年欧盟“地平线2020”计划决定，为远景能源科技有限公司（以下简称“远景能源”）主导的超导风电研发项目赞助1亿元人民币。这是中国企业迄今为止在欧盟获得的最大研发资金支持。为什么是远景能源？复杂地形低风速地区的风资源开发曾经令人望而却步，远景能源率先进军，并成功研发系列低风速风机，引领了中国的低风速开发风潮。在此之前，风电行业的领军企业却不敢涉足。为什么是远景能源？能源，曾被认为是实打实的制造行业，但远景能源推出的数字平台“格林云”，贯通了风电物理世界和数字世界，开辟了能源互联网的新世界，人们第一次认识到，能源+互联网，绝非概念。但为什么是远景能源？去年，福布斯首次发布了“2014中美创新人物”奖，远景能源董事长张雷与张小龙、贾跃亭等人成为首届中国十大创新人物。同样的问题：为什么是远景能源？创立之初便定位为科技公司的远景能源，一直在攀登能源科技的高峰。从低风速风机、4MW海上智能风机，再到3.6MW新概念海上风机；从智慧风场WindOSTM平台，到GreenwichTM风场设计平台，再到阿波罗光伏™云平台，作为全球能源互联网技术领军企业，远景能源一手抓“硬件”，一手抓“软件”，每隔一段时间，远景能源就会祭出秘密武器颠覆行业规则。10月13日，远景能源CEO张雷率领来自风电解决方案及软件产品团队、丹麦全球创新中心、休斯敦全球创新中心的4位顶尖风电技术专家，讲述他们是如何将航天、军事、汽车、IT等领域的顶尖技术，引入到风电领域，用颠覆性技术推动能源变革。超过200名技术极客到场聆听颠覆性创新技术。这是中国能源企业首次以TED演讲形式，带领公众打开风电物理世界和数字世界相通的大门，领略能源科技的魅力所在。超导风机：非线性的未来2015年，欧盟决定资助远景能源1亿元人民币，以推动由其主导研发的EcoSwing超导风机项目。这是中国企业迄今为止在欧盟获得的最大研发资金支持。超导风机是风电技术的珠穆朗玛峰，被认为是通往10MW级别及以上的风电机组的唯一路径。由于超导体的零电阻特性解决了散热问题，提升了功率密度，有志于研发更高能量利用率、更大单机容量风机的风电公司，都选择押注超导技术。远景能源的EcoSwing超导发电机定子线圈采用传统方式，而转子线圈采用独特的高温超导材料制成。这些转子线圈安装在真空环境中，使用压缩氦气控制在77K临界转化温度以下，实现转子超导状态。张雷透露，超导技术成功应用于风机行业后，对风电领域来说，将是一种非线性的颠覆式改变，这一应用将大幅度提高发电机功率密度和转矩密度，预计比传统永磁发电机提高至少50%，风电度电成本有望下降30%。与永磁直驱相比，超导直驱方案预计将减轻塔顶重量至少30%，对海上风电可谓一箭双雕——在风机本体减重的同时，又极大程度上降低了平台成本。“超导风机将是未来彻底压垮火电的最后一根稻草。到时候风电的度电价格将会降到2毛多。”张雷表示。远景智能风机叶片：灵感来自V22鱼鹰机翼远景能源吸纳了全球各个领域的精英，尤其是航空航天领域的技术人才，如远景能源休斯敦全球创新中心叶片翼型专家孙毓平曾是波音公司资深工程师，远景能源数字模拟与验证部助理负责人Loic曾服务于欧洲航天局（ESA）。相比航空航天领域，风机叶片翼型设计还处于刚刚起步阶段，譬如在防风沙、防腐蚀、防霜冻方面，风机叶片与飞机机翼相比，差距较大，因此带来的叶片侵蚀、变形，不仅缩短了风机寿命，而且损害发电效率。远景能源引用航空技术，设计防风、耐腐蚀、耐脏的翼型，可以保持升力，减少发电量下降。远景是国内唯一一家采用此类技术的公司。这一技术创新来自于远景能源休斯敦全球创新中心叶片翼型专家孙毓平。他此前服务于波音公司。开创性地采用三维设计应用于风机叶片，也是受波音公司启发。孙毓平介绍，在V22鱼鹰飞机和波音787之前，飞机研发并没有动用3D设计，三维视图可以更清楚地分析作用于机翼上的升力和阻力，目前全球范围内叶片的设计仍旧停留在二维水平，但远景的智能风机叶片开创性地采用三维设计，依据空气动力学，对叶片的8个剖面做了详尽分析，并成功大幅降低了叶片的疲劳载荷，提升了年发电量。本就是机翼专家的孙毓平，十分关注翼型设计的新动向和新技术，去年FlexSys公司创造了FlexFoil，一种无襟翼设计机翼，解决了困扰飞机设计师和工程师多年的操纵面间隙问题。这一技术去年才对外宣布，但孙毓平敏锐地察觉到这一技术应用于风机叶片的可能性。FlexFoil采用柔性机翼，即无缝、几何外形可改变的后缘操纵面，代替标准开式连接的襟翼。该设计是让结构长度上的每个单元都承受变形载荷，使机翼蒙皮一致受力弯曲，形成无缝的风切入几何机构。FlexFoil柔性机翼能够以50度/秒的相应速率从-9度偏转至+40度，可以满足实时阵风载荷减缓的需求。该设备的扭转形变可以达到1度/ft(0.3m)。此外，该新型结构的额定载荷超过10000磅，具有2.4倍过载的安全系数，并已通过疲劳、温度和耐化学测试。经过测试发现，这一技术应用到风机叶片同样可以有效减少风阻，提高能量可利用率。柔性机翼通过产生微小的形变来减轻气动载荷，在载荷建立起来之前就将其全部卸掉，而不会产生严重的后果。除了引进航空技术至风机叶片翼型设计，远景能源还开创性地将猫头鹰的锯齿状翼型结构融合到新一代的叶片设计。“猫头鹰从天上飞下来的时候，老鼠是听不到声音的，我们仔细研究了，发现他的翅膀是锯齿形状的。受此启发，我们为风机叶片边缘设计了锯齿形状，再加上羽毛的管状结构，结果发现锯齿尾缘可以降低低频噪声，羽毛管状结构可以降低高频的噪声。”孙毓平说。引进先进雷达技术捕捉风的轨迹所有技术创新的出发点，都是为了更好地了解风、捕捉风、利用风。把风搞明白是风电场开发的第一步，也是风电场运营中的持续挑战。作为国内低风速风电场的开拓者，远景能源敢于挑战复杂地形低风速风电项目，底气来自于对风的认识。捕捉风的轨迹，靠的是技术。远景能源引用军事领域先进的激光雷达（LiDAR）技术，结合先进的计算流体动力学（CFD）模型，可以将复杂的风模拟的一清二楚，进而预测湍流到达的时间、尾流对风机的影响等。相比传统的雷达技术，激光雷达（LiDAR）技术具有极高的角分辨率和距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强，但是，激光雷达的技术难度也很高，成本挑战较大，目前多用于特种行业领域。“没有雷达你不知道真相。”远景能源陆上风机产品线负责人王晓宇认为，要想模拟真正的风，必须借助激光雷达（LiDAR）技术，因此，公司投入巨大的精力攻克难关。远景能源选择了几个典型风场，在风机机舱顶上放置激光雷达，再选择合适的地方放置3D雷达车，通过这些雷达可以获得密集且准确的点位数据，进而将这些数据输入到远景能源高精度的CFD模型，模拟风电场中各个地方的风况，捕捉到风的真正轨迹。王晓宇介绍，由远景能源研发的先进激光雷达（LiDAR）技术和CFD模型，目前已经在部分风场得到成功应用，预计1-2年后可以实现完全商业化。认识风是为了更好地利用风、控制风，远景能源依靠对风的透彻认识，利用激光雷达（LiDAR）技术和CFD模型，已经大幅减少了因为尾流效应造成的风场损失，“我们对整个风场的风可以做到三维的实时监测，能看清楚前面风机的尾流怎么挡到后排的风机，导致后排风机发电量小了，然后就可以做相应的调整，把这个避开，最大化整个风场的发电量。”王晓宇自豪地表示，远景能源率先成功做到尾流控制，来自实践风场的数据显示，同样的风机，在有的风电场，有尾流控制比没有尾流控制，年发电量可以提高15%。。远景能源率先实现尾流控制，得益于公司长期重视大数据能力的积累。在全球超级计算中，中国国家超级计算广州中心的“天河二号”已经第五次登顶运算速度榜首，浮点运算速度最快可以达到每秒33.86千万亿次，而远景能源的格林云平台正是采用的“天河二号”来提供计算服务。高精度的格林云平台打造智慧风场重视互联网、大数据的力量，使远景能源与国内绝大多数风电制造企业区别开来。格林云平台，是全球首创的基于智能传感网，大数据，高性能计算，物联网和云服务的智慧风场云平台。远景的格林云平台集合了Greenwich,WindOS及其高级应用，大幅提高了软件模块的数据精度，囊括了开发商需要的任一功能。远景能源基于智能传感网，大数据，高性能计算，物联网和云服务等技术，打造服务于整个行业的风电和光伏的格林云平台，拥有精度达到100米×100米的全球四维风能资源图谱以及其他各项风电投资相关的全球数据库，可以实现高精度的产业宏观规划、项目宏观选址与测风方案设计、微观选址优化。基于格林威治的高精度的风场数值模型，WindOS可以实施以能量可利用率为核心的资产评价体系，让资产的拥有者可以清晰地量化任何对风电场发电量有影响的因素，基于此有可能针对性地实施资产的理性维护，提升资产的能效。历史上正是由于我们依赖于不足以揭示问题本质的时间可利用率指标，导致目前整个中国风电能效水平低于国际先进水平10%以上。基于格林云的天气预报模式与高精度风场数值模型，格林云提供全球第一个完全物理过程仿真的风功率与发电计划预报功能。预期可以大大提升风功率预报精度，提升可再生能源在未来电网调度中的可计划性。远景能源解决方案及软件产品管理负责人李恒认为，如何理性利用风能和太阳能是人类文明成长的必修课。打造服务于整个行业的风电和光伏的数字云平台，不仅仅是一群人，一些企业的责任，而是每个文明一份子的责任。为联合尽可能多的力量共同做大清洁能源市场，推动人类文明向前发展，远景能源的格林云平台选择免费对外开放，并组建格林联盟、格林名家，服务中小开发商。双V法则风机设计周期大大缩短重视大数据、以数字世界来指导物理世界，不仅体现在风电项目设计规划和运营上，还体现在远景能源的风机产品设计上。远景能源数字模拟与验证部助理负责人Loic介绍，远景的风机设计可以做到零缺点、一次性成功，依赖的正是多柔体动力学、基于知识的软件工程、虚拟测试、大数据分析等多种数字模拟技术。传统的风机设计周期约为7年时间，但远景能源依靠这些虚拟软件打造的数字世界，可以将设计周期大大缩短。软件定义一切的时代，风电行业并没有真正跟上步伐。远景能源引进汽车和航天领域的先进设计理念，打造了全新的双V法则，即双馈系统工程产品开发体系。传统型的风机设计流程遵循工业设计的V法则，从V的左边开始，依次是整个风机的概念设计、系统细节设计、子系统细节设计、零部件设计，接下来进入到V的右半部分，风机概念测试、系统测试、子系统测试、整个风机的测试。Loic表示，这一开发体系偏重物理世界，周期长、成本高，很多细节设计不能在一开始的时候就全方位考虑进去，因此是一个不断试错的过程。在IT技术如此发达的今天，理应有更合理的开发体系，远景能源的双V法则开发体系，加入了数字化模拟。“第一个V就是数字化的V。从概念设计到最后零部件都在数字世界里首先模拟仿真一遍，然后再制造物理样机。所有的设计都有全方位的考量，虚拟验证中发现的问题可以迅速得到解决。因为这个数字化的世界存在，我们的物理样机才能做到一次成功，零缺陷。”Loic说。Loic所说的零缺陷，并不仅仅是风机质量的零缺陷。双V体系的建立，使得远景能源设计风机时，除了考虑最好的风机质量，还可以兼顾最低度电成本、全周期最低管理成本等优化目标，做到风机全生命周期零缺陷。“依靠双V法则，我们的风机比行业至少能够增加10%以上的发电性能，我们的成本至少能够降低20%的完全生命周期的成本，风机设计周期大大缩短。”Loic表示。关于远景：远景能源是全球领先的能源互联网技术服务提供商，在丹麦、美国、英国、日本、中国等地设立了全球研发与创新中心。远景目前是中国前三大风机供应商，2014年中国最大的海上风机供应商。远景智慧风场WindOS平台、阿波罗光伏云平台管理着包括北美、欧洲、中国等在内的超过2000万千瓦的全球新能源资产。远景能源被《福布斯》评选为“中国科技先锋封面企业”；全球最权威的商业杂志《哈佛商业评论》英文版就“下一代人才管理革命”为主题专题报道