本刊 | 薛辰

受訪嘉賓：劉曙源，遠(yuǎn)景能源產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程副總裁，前美國(guó)福特汽車(chē)全球動(dòng)力傳動(dòng)及整車(chē)技術(shù)群首席總監(jiān)。

從哪里來(lái)到哪里去，又能創(chuàng)造哪些客戶價(jià)值，這兩個(gè)問(wèn)題因?yàn)橹悄茱L(fēng)機(jī)的到來(lái)將成為行業(yè)話題。

《風(fēng)能》：遠(yuǎn)景是最早提出智能風(fēng)機(jī)概念的公司，也因此吸引了一批汽車(chē)和航空領(lǐng)域的國(guó)際頂尖研發(fā)人才。您怎么看汽車(chē)和航空工業(yè)百年積累的工業(yè)技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用以及智能風(fēng)機(jī)未來(lái)的演化？

劉曙源：我們會(huì)問(wèn)，再過(guò)10年、30年，風(fēng)電機(jī)組會(huì)是什么樣子？未來(lái)不好預(yù)測(cè)，但從昨天和今天的汽車(chē)比較中不難發(fā)現(xiàn)，不管從工作原理，還是設(shè)計(jì)的概念結(jié)構(gòu)上，汽車(chē)的本質(zhì)沒(méi)變，但在其智能化水平上，今天的汽車(chē)卻有了質(zhì)的飛躍，它已搭乘了幾十甚至上百個(gè)控制單元，有上千萬(wàn)行的軟件代碼在上面運(yùn)行，這使得今天的汽車(chē)駕駛者不需要像幾十年前的駕駛者那樣，在學(xué)開(kāi)車(chē)的同時(shí)，一定要學(xué)會(huì)修車(chē)。因?yàn)椋裉斓钠?chē)給駕乘者帶來(lái)的安全和舒適體驗(yàn)已和幾十年前的汽車(chē)不可同日而語(yǔ)。

從汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展變化看，當(dāng)前的風(fēng)電工業(yè)水平可能類(lèi)似半個(gè)世紀(jì)前的汽車(chē)工業(yè)，盡管近年來(lái)風(fēng)電機(jī)組在單機(jī)功率和掃風(fēng)面積增大方面發(fā)展迅速，但其智能化水平卻與當(dāng)年600kW－800kW的小型風(fēng)電機(jī)組相當(dāng)，并沒(méi)有顯著提升。所以，要預(yù)言未來(lái)的風(fēng)電機(jī)組演化，我們可以推斷半個(gè)世紀(jì)后其在原理和概念結(jié)構(gòu)上與今天的機(jī)組不會(huì)有本質(zhì)的不同，但其智能化演化則會(huì)呈現(xiàn)無(wú)止境的態(tài)勢(shì)。這一點(diǎn)，是由客戶日益增長(zhǎng)的對(duì)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率要求所決定的。

在一種提升效率的極致追求下，我們看到了行業(yè)不斷放大的風(fēng)輪直徑，115米和121米風(fēng)輪都已在市場(chǎng)出現(xiàn)，但一味單方面放大風(fēng)輪直徑真的能滿足客戶大幅提升風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率的需求嗎？看看汽車(chē)的歷程，當(dāng)駕乘者追求駕駛速度和動(dòng)力性能時(shí)，最直接的方法是增大發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。可是，人人都知道如果用30年前的化油器技術(shù)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和進(jìn)氣，即使提升到4.0的排量，所增加的輸出動(dòng)力也有限，且很不經(jīng)濟(jì)。所以，今天我們看到了智能化的電子噴射技術(shù)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)，排量并不是一味的提升。相反，1.4T的發(fā)動(dòng)機(jī)成為經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)受歡迎的配置。

具體到遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)，我要提到遠(yuǎn)景全球研發(fā)團(tuán)隊(duì)中的孫博士，之前他是波音公司的翼型設(shè)計(jì)專(zhuān)家，他認(rèn)為從高速飛機(jī)到低速飛機(jī)的變化不僅僅是簡(jiǎn)單增大機(jī)翼和機(jī)身的比例，而是主要依靠低速高升力翼型的設(shè)計(jì)，以及空氣動(dòng)力學(xué)和智能控制的集成。低風(fēng)速機(jī)組的設(shè)計(jì)同樣如此，簡(jiǎn)單增大葉輪直徑并非最經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)計(jì)方法，適合低風(fēng)速的高升力翼型設(shè)計(jì)和智能控制的集成才是低風(fēng)速機(jī)組成功的關(guān)鍵。

遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)不僅有先進(jìn)的硬件傳感器，更有大量的軟件傳感器和在航空航天以及汽車(chē)行業(yè)成功應(yīng)用的先進(jìn)控制算法，相比傳統(tǒng)機(jī)組幾萬(wàn)行的控制軟件代碼，遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)搭載的軟件系統(tǒng)代碼超過(guò)200萬(wàn)行。

當(dāng)客戶在追求風(fēng)輪直徑增大來(lái)提升風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率時(shí)，因風(fēng)輪增大而急劇增加的機(jī)組安全性風(fēng)險(xiǎn)被顯著放大。目前，葉片安裝導(dǎo)致的槳距角對(duì)零誤差還停留在過(guò)去的水平上，正負(fù)1到2度的誤差在目前的制造和安裝工藝中不可避免，這對(duì)于100米以下風(fēng)輪直徑的機(jī)組問(wèn)題不大，但對(duì)直徑超過(guò)105米的風(fēng)輪，葉片不對(duì)稱所產(chǎn)生的疲勞載荷會(huì)急劇增加，遠(yuǎn)景在110米風(fēng)輪機(jī)組上做過(guò)載荷測(cè)量，1度以上的槳距角對(duì)零誤差導(dǎo)致的疲勞載荷增加已顯著超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)其長(zhǎng)期安全性運(yùn)行帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。這不難理解遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)控制軟件中僅槳距角誤差補(bǔ)償算法的軟件代碼量就超過(guò)1萬(wàn)行。

《風(fēng)能》：業(yè)內(nèi)提及遠(yuǎn)景大多與低風(fēng)速技術(shù)有關(guān)，但對(duì)遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)也只是個(gè)概念。在您看來(lái)，遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)有何優(yōu)勢(shì)？

劉曙源：在我看來(lái)，與其說(shuō)低風(fēng)速技術(shù)，不如說(shuō)智能風(fēng)機(jī)有更高的能量可利用率更合適。低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)風(fēng)能量小，遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)領(lǐng)先行業(yè)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率成為業(yè)主在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)得以盈利的決定性因素。對(duì)于低風(fēng)速風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，行業(yè)內(nèi)還存在一些誤解：面對(duì)年風(fēng)頻分布圖分析低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)低于6米/秒風(fēng)速的時(shí)間超過(guò)50%，不足4米/秒風(fēng)速的時(shí)間超過(guò)30%，從而認(rèn)為低風(fēng)速技術(shù)一定要降低機(jī)組的切入風(fēng)速，提高500kW以下功率段的功率曲線效率。其實(shí)，這混淆了風(fēng)速和風(fēng)能的概念，風(fēng)能不等同于風(fēng)速，而是和風(fēng)速成三次方的關(guān)系。如果從風(fēng)能的角度來(lái)看年風(fēng)頻分布圖，你會(huì)看到年風(fēng)頻分布會(huì)整體右移，而這時(shí)你也發(fā)現(xiàn)，雖然6米/秒以下風(fēng)速占全年時(shí)間的50%以上，但這部分風(fēng)速所蘊(yùn)含的風(fēng)能還不足全年的15%，3米/秒以下風(fēng)速的風(fēng)能占全年風(fēng)能的比例還不足千分之幾。因此，將切入風(fēng)速降低到2米/秒，本質(zhì)上沒(méi)有意義，只是徒然增加了自耗電和器件損耗。

從低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能分布來(lái)看，風(fēng)速在8米/秒到12米/秒段的風(fēng)能，盡管其僅占全年時(shí)間的30%，但所蘊(yùn)含的風(fēng)能則超過(guò)全年的70%以上。不幸的是，恰恰這個(gè)風(fēng)速區(qū)間的風(fēng)能是最難以捕獲的，這也是實(shí)際風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和理論風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率偏差發(fā)生最大的風(fēng)速區(qū)間。原因很簡(jiǎn)單，風(fēng)電機(jī)組在這個(gè)風(fēng)速區(qū)間正是風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速上下的范圍，這個(gè)時(shí)候的機(jī)組控制面臨著一個(gè)尷尬的境地，理想情況是，當(dāng)超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，機(jī)組的控制目標(biāo)是將風(fēng)能卸掉，但不能多也不能少，正好夠滿發(fā)；而當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，機(jī)組的控制目標(biāo)是盡量捕獲最多的能量，但現(xiàn)實(shí)情況是，風(fēng)速在瞬態(tài)會(huì)時(shí)而高于額定風(fēng)速，時(shí)而低于額定風(fēng)速，如果不采用激光雷達(dá)技術(shù)，我們很難預(yù)見(jiàn)下一時(shí)刻的風(fēng)速，機(jī)組可能在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)過(guò)度變槳而卸掉了更多的風(fēng)能，導(dǎo)致不能滿發(fā)。相反，當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，機(jī)組也可能還處于上一時(shí)刻卸掉風(fēng)能的變槳狀態(tài)，導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步降低，而大風(fēng)輪慣量的增加，也加劇了這種低能量轉(zhuǎn)化在傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的常態(tài)化。這就是為什么有些使用了大風(fēng)輪傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的業(yè)主抱怨機(jī)組過(guò)度偏離理論發(fā)電性能的原因。

說(shuō)到智能風(fēng)機(jī)針對(duì)低風(fēng)速的技術(shù)特點(diǎn)，遠(yuǎn)景智能控制技術(shù)中有一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型，這個(gè)有數(shù)十萬(wàn)行代碼的在線運(yùn)行軟件模型能夠不斷通過(guò)歷史樣本訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速模式的識(shí)別，這在很大程度上避免遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)在低能量轉(zhuǎn)化工況下運(yùn)行的幾率。其實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以通過(guò)歷史的過(guò)程，識(shí)別出駕駛者的駕駛習(xí)慣，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的控制性能。風(fēng)電場(chǎng)也是一樣，盡管下一時(shí)刻的風(fēng)速難以預(yù)測(cè)，但只要風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速特點(diǎn)有所不同，遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)就能識(shí)別，這也是遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速風(fēng)能蘊(yùn)含量最大的風(fēng)速區(qū)間風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率行業(yè)領(lǐng)先的重要原因。