鄭 心 張雅慧

“天地一沙鷗，悠悠萬里憑乘風。”自古以來，風就意味著自由和力量，它能將沙鷗送上長空，也能驅(qū)動帆船遠航。而今，在風能專家、西安理工大學(xué)博士生導(dǎo)師穆安樂的眼中，風不僅是一種自然現(xiàn)象，更是一股清潔而充滿無限可能的綠色能量來源。

風，一直是自然之力中最讓人難以駕馭的一種。它可以輕柔地拂面，也可以狂暴地摧枯拉朽。面對風的多變，古人多抱有敬畏和忌諱之心，而穆安樂選擇了破除這層迷障，面對狂風，親身體會風的本質(zhì)。幾十年來，他視風為友，圍繞風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學(xué)分析和控制開展研究，畢生追求將風力轉(zhuǎn)化為造福人類的清潔動能。

“我的興趣是跟隨國家戰(zhàn)略需求而變化的?？萍紕?chuàng)新要面向國計民生，解決實際問題?！边@是穆安樂一直以來秉持的科學(xué)信念，正是這樣的信念讓“風”有了能量，有了希望。

起點：一份熱愛

1984年，穆安樂考入西安電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院。那時的他幾乎所有的時間都是在圖書館和實驗室度過的?！拔耶敃r對機械振動特別感興趣，我的本科生導(dǎo)師劉慶云、仇原鷹教授就讓我參與了一個機載繪圖儀結(jié)構(gòu)的隨機振動試驗項目。我負責隨機振動信號的測量和動態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)處理與建模分析。”這次實踐讓他走進振動力學(xué)的研究領(lǐng)域，并深深喜歡上了機械動力學(xué)與振動控制方面的研究。大學(xué)畢業(yè)后，穆安樂進入原航天部第四研究院從事電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計工作。在對航天工程技術(shù)有了更立體和全面的認識后，他意識到僅僅依靠大學(xué)期間簡單的知識是遠遠不夠的，要想在航空航天領(lǐng)域取得更高的成就，就必須系統(tǒng)地學(xué)習機械動力學(xué)、現(xiàn)代控制理論、系統(tǒng)優(yōu)化理論等前沿專業(yè)知識，于是他報考了西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院的碩士研究生，師從國內(nèi)著名的機械動力學(xué)專家曹龍華教授。1993年，穆安樂獲取碩士學(xué)位后，選擇留校任教，開始了漫長的學(xué)術(shù)研究生涯。

穆安樂在2003年讀博期間獲得日本政府獎學(xué)金資助，前往日本北九州的工業(yè)大學(xué)進行留學(xué)交流和學(xué)習。在日本期間，他除了在大學(xué)實驗室進行學(xué)術(shù)研究外，還參觀了許多日本知名大公司，如日產(chǎn)、日本鋼鐵、安川電機、三菱化工和三菱重工等，與他們進行了深入的交流。這段經(jīng)歷讓穆安樂深刻感受到當時中國科技水平與日本之間的差距。特別是在參觀三菱重工時，當看到他們在長崎的公司總部可以通過遠程遙控控制數(shù)百公里外的海岸風電場，這讓穆安樂對風電技術(shù)的神奇有了更為深刻的感受，同時也意識到了我國在這方面的差距，因此下定決心開展風力機動力學(xué)與控制的研究。那時，國內(nèi)因為受到環(huán)境污染和能源短缺的雙重壓力，對風能技術(shù)十分渴望，但卻受限于國內(nèi)的技術(shù)水平，風力發(fā)電技術(shù)十分落后，要想攻克這樣的風電技術(shù)難題必須下苦功。穆安樂深知科研并沒有捷徑可走，只能腳踏實地。經(jīng)過大量的調(diào)研和深入研究，最終他提出了一個全新的機電混合驅(qū)動變速恒頻與最大功率點追蹤的控制方法，發(fā)表了多篇有國際影響力的論文，申請了多項發(fā)明專利。這些成果引起了國內(nèi)著名風電企業(yè)的興趣和重視，后續(xù)到實驗室與穆安樂團隊進一步開展交流和探討合作。

穆安樂在辦公室

2010年，穆安樂獲得美國懷俄明大學(xué)電子與計算機工程系主任、美國風電控制界先驅(qū)——馬克·J.巴拉斯（Mark J.Balas）教授的青睞和資助，在這所大學(xué)開始了風力機流動控制方面的博士后研究。學(xué)成回國后他成為西安理工大學(xué)的教授和博士生導(dǎo)師，繼續(xù)帶領(lǐng)學(xué)生開展與風電有關(guān)的動力學(xué)與控制研究。

突破：對風的執(zhí)著

幾十年來，穆安樂一直將目光聚焦在可再生能源領(lǐng)域，研究工作主要是集中在海上漂浮式風電發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學(xué)分析和控制研究方面。與外界所想的不同，這項研究本身就具有極大的難度和跨度。

海上漂浮式風力發(fā)電機是一個復(fù)雜的跨學(xué)科系統(tǒng)，需要綜合運用機械、航空航天、自動控制、電氣、材料等多個領(lǐng)域的知識。只有不同領(lǐng)域的專業(yè)知識互相補充，才能形成更加系統(tǒng)和優(yōu)化的設(shè)計方案。多學(xué)科專業(yè)知識的融合既推動了穆安樂所在團隊技術(shù)和理論上的創(chuàng)新，也幫助他們提升了綜合能力，開闊了視野。例如，在進行風力機低風速啟動控制的研究時，穆安樂和團隊嘗試了各種風力機槳葉的氣動設(shè)計，但傳統(tǒng)槳葉的風能轉(zhuǎn)換效率仍然很難有實質(zhì)性的提高。尷尬的局面迫使他們另辟蹊徑，創(chuàng)造性地提出了采用基于“馬格努斯效應(yīng)”的混合驅(qū)動方案，顯著提高了低風速下的啟動性能。這項成果在優(yōu)化迭代后，成了團隊攻關(guān)的標志性成果，獲得了包括國家自然科學(xué)基金在內(nèi)的多項基金支持，發(fā)表了多篇有國際影響力的論文，并申請了多項發(fā)明專利。

在研究風力機高風速控制時，建模成為擺在穆安樂面前的棘手難題。最初，團隊因使用過于簡化的數(shù)學(xué)模型而無法準確描述機翼的氣動彈性特征。為攻克難關(guān)，他們邀請航空學(xué)院的專家進行指導(dǎo)，更換使用一種更嚴謹?shù)?、考慮動態(tài)失速模型的氣固耦合模型。新的模型考慮了風力機槳葉的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，大大提高了計算精度。團隊最終設(shè)計出有效的主動流動控制策略，確保在強風環(huán)境下風機的動力學(xué)穩(wěn)定性。

多學(xué)科的交叉融合帶來了新的碰撞和成果。近年來，穆安樂團隊開始了海上風電的研究項目。與陸上風電場相比，海上風電場的優(yōu)點主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風速更高，風能資源更豐富，但海上風電面臨更多未知的技術(shù)問題。在項目實施初期，團隊在設(shè)計中考慮了風力機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)的穩(wěn)定性，卻忽略了不同海上波浪等對浮體之間的相對運動對錨鏈的影響。當時，團隊中有力學(xué)背景的學(xué)生認為設(shè)計沒有考慮到浮體運動間的耦合效應(yīng)，而控制專業(yè)的學(xué)生則堅持認為實時控制系統(tǒng)需要增加自適應(yīng)調(diào)節(jié)機制。面對分歧，經(jīng)過激烈的討論，作為導(dǎo)師的穆安樂確定采用主動擴展調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（ETAMD）魯棒自適應(yīng)控制的深吃水立柱式平臺（SPAR）結(jié)構(gòu),開發(fā)出了一個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、控制魯棒的三浮體串聯(lián)式海上風電平臺。這個設(shè)計充分考慮了浮體運動學(xué)特性，實現(xiàn)了平臺的自適應(yīng)控制。這一成果為我國海上風力發(fā)電提供了新的設(shè)計方案。

在技術(shù)推廣與產(chǎn)業(yè)化方面，穆安樂提出了風電與電機混合驅(qū)動實現(xiàn)油井智能抽油的設(shè)想，在關(guān)鍵技術(shù)方面還研發(fā)出了智能化混合驅(qū)動控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)風電機組與電機的輸出，保證抽油桿的穩(wěn)定運動，優(yōu)化了抽油效率。目前，這項技術(shù)已經(jīng)在陜西省長慶油田進行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，與傳統(tǒng)抽油方式相比，提高了約15%的抽油效率。

未來：新的承諾

“研發(fā)自主的風電裝備，實現(xiàn)技術(shù)自主，這是我們這一代科研工作者應(yīng)盡的歷史責任。”謹記使命任務(wù)，多年來，穆安樂主持并參與了包括國家重大專項基金和國家自然科學(xué)基金在內(nèi)的16項科研課題，在風力發(fā)電機領(lǐng)域進行了系統(tǒng)而原創(chuàng)的研究工作，在風電技術(shù)上取得了一系列創(chuàng)新成果。在葉片優(yōu)化設(shè)計方面，他首次采用精細的三維數(shù)值計算方法，考慮到葉片的復(fù)雜空氣動力效應(yīng)，實現(xiàn)了葉片的輕量化設(shè)計和風能的高效利用；在風電機組控制方面，穆安樂和團隊還開發(fā)出了一種基于自適應(yīng)流體力學(xué)的葉片主動控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境風速變化，實時調(diào)整葉片形狀，最大限度捕捉風能，顯著地提升發(fā)電量。這項技術(shù)也填補了國內(nèi)相關(guān)方面的空白。除了在風力發(fā)電機研究方面取得豐碩成果外，穆安樂在推動機械工程學(xué)科的發(fā)展、大規(guī)模儲能技術(shù)研究方面和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在民生及醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用方面都作出了卓越探索與貢獻。

作為教師，穆安樂始終肩負傳播知識和啟迪思想的社會責任，努力培養(yǎng)優(yōu)秀的人才；而作為科研人員，他秉持著科技創(chuàng)新要面向國計民生，解決實際問題的宗旨去完成每個項目。

關(guān)于未來，穆安樂也有明確的規(guī)劃。他和團隊正在進行風電機組氣動力學(xué)建模、海上漂浮式風力機動力學(xué)與控制、面向風電的大規(guī)模液流電池儲能及醫(yī)用機器人控制優(yōu)化等研究項目?！霸谖磥淼?～5年，我打算繼續(xù)圍繞風電設(shè)備、大規(guī)模儲能及醫(yī)用機器人領(lǐng)域開展前沿技術(shù)研究，發(fā)表高水平論文；爭取承擔更多國家級科研項目，以保證我們的研究在相關(guān)領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平。同時，我們團隊還會繼續(xù)推動科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，加強產(chǎn)學(xué)研合作，促進技術(shù)成果面向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化；也會積極申報和建設(shè)省部級重點學(xué)科，努力將團隊建設(shè)成為相關(guān)領(lǐng)域高水平科研團隊，為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀的工程技術(shù)人才。”天不言而四時行，地不語而百物生。時間是最好的證明，這是穆安樂對未來的期待，更是一份真心的承諾。