今年歐盟“地平線2020”計劃決定,為遠(yuǎn)景能源科技有限公司(以下簡稱“遠(yuǎn)景能源”)主導(dǎo)的超導(dǎo)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(yuǎn)景能源?
復(fù)雜地形低風(fēng)速地區(qū)的風(fēng)資源開發(fā)曾經(jīng)令人望而卻步,遠(yuǎn)景能源率先進(jìn)軍,并成功研發(fā)系列低風(fēng)速風(fēng)機(jī),引領(lǐng)了中國的低風(fēng)速開發(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(yuǎn)景能源?
能源,曾被認(rèn)為是實打?qū)嵉闹圃煨袠I(yè),但遠(yuǎn)景能源推出的數(shù)字平臺“格林云”,貫通了風(fēng)電物理世界和數(shù)字世界,開辟了能源互聯(lián)網(wǎng)的新世界,人們第一次認(rèn)識到,能源+互聯(lián)網(wǎng),絕非概念。但為什么是遠(yuǎn)景能源?
去年,福布斯首次發(fā)布了“2014中美創(chuàng)新人物”獎,遠(yuǎn)景能源董事長張雷與張小龍、賈躍亭等人成為首屆中國十大創(chuàng)新人物。同樣的問題:為什么是遠(yuǎn)景能源?
創(chuàng)立之初便定位為科技公司的遠(yuǎn)景能源,一直在攀登能源科技的高峰。從低風(fēng)速風(fēng)機(jī)、4MW海上智能風(fēng)機(jī),再到3.6MW新概念海上風(fēng)機(jī);從智慧風(fēng)場WindOSTM平臺,到GreenwichTM風(fēng)場設(shè)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(yuǎn)景能源一手抓“硬件”,一手抓“軟件”,每隔一段時間,遠(yuǎn)景能源就會祭出秘密武器顛覆行業(yè)規(guī)則。
10月13日,遠(yuǎn)景能源CEO張雷率領(lǐng)來自風(fēng)電解決方案及軟件產(chǎn)品團(tuán)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)專家,講述他們是如何將航天、軍事、汽車、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)推動能源變革。超過200名技術(shù)極客到場聆聽顛覆性創(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)公眾打開風(fēng)電物理世界和數(shù)字世界相通的大門,領(lǐng)略能源科技的魅力所在。
超導(dǎo)風(fēng)機(jī):非線性的未來
2015年,歐盟決定資助遠(yuǎn)景能源1億元人民幣,以推動由其主導(dǎo)研發(fā)的EcoSwing超導(dǎo)風(fēng)機(jī)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(dǎo)風(fēng)機(jī)是風(fēng)電技術(shù)的珠穆朗瑪峰,被認(rèn)為是通往10MW級別及以上的風(fēng)電機(jī)組的唯一路徑。由于超導(dǎo)體的零電阻特性解決了散熱問題,提升了功率密度,有志于研發(fā)更高能量利用率、更大單機(jī)容量風(fēng)機(jī)的風(fēng)電公司,都選擇押注超導(dǎo)技術(shù)。
遠(yuǎn)景能源的EcoSwing超導(dǎo)發(fā)電機(jī)定子線圈采用傳統(tǒng)方式,而轉(zhuǎn)子線圈采用獨特的高溫超導(dǎo)材料制成。這些轉(zhuǎn)子線圈安裝在真空環(huán)境中,使用壓縮氦氣控制在77K臨界轉(zhuǎn)化溫度以下,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子超導(dǎo)狀態(tài)。
張雷透露,超導(dǎo)技術(shù)成功應(yīng)用于風(fēng)機(jī)行業(yè)后,對風(fēng)電領(lǐng)域來說,將是一種非線性的顛覆式改變,這一應(yīng)用將大幅度提高發(fā)電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度,預(yù)計比傳統(tǒng)永磁發(fā)電機(jī)提高至少50%,風(fēng)電度電成本有望下降30%。
與永磁直驅(qū)相比,超導(dǎo)直驅(qū)方案預(yù)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(jī)本體減重的同時,又極大程度上降低了平臺成本。
“超導(dǎo)風(fēng)機(jī)將是未來徹底壓垮火電的最后一根稻草。到時候風(fēng)電的度電價格將會降到2毛多。”張雷表示。
遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)葉片:靈感來自V22魚鷹機(jī)翼
遠(yuǎn)景能源吸納了全球各個領(lǐng)域的精英,尤其是航空航天領(lǐng)域的技術(shù)人才,如遠(yuǎn)景能源休斯敦全球創(chuàng)新中心葉片翼型專家孫毓平曾是波音公司資深工程師,遠(yuǎn)景能源數(shù)字模擬與驗證部助理負(fù)責(zé)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(jī)葉片翼型設(shè)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(jī)葉片與飛機(jī)機(jī)翼相比,差距較大,因此帶來的葉片侵蝕、變形,不僅縮短了風(fēng)機(jī)壽命,而且損害發(fā)電效率。
遠(yuǎn)景能源引用航空技術(shù),設(shè)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(yuǎn)景是國內(nèi)唯一一家采用此類技術(shù)的公司。
這一技術(shù)創(chuàng)新來自于遠(yuǎn)景能源休斯敦全球創(chuàng)新中心葉片翼型專家孫毓平。他此前服務(wù)于波音公司。開創(chuàng)性地采用三維設(shè)計應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片,也是受波音公司啟發(fā)。
孫毓平介紹,在V22魚鷹飛機(jī)和波音787之前,飛機(jī)研發(fā)并沒有動用3D設(shè)計,三維視圖可以更清楚地分析作用于機(jī)翼上的升力和阻力,目前全球范圍內(nèi)葉片的設(shè)計仍舊停留在二維水平,但遠(yuǎn)景的智能風(fēng)機(jī)葉片開創(chuàng)性地采用三維設(shè)計,依據(jù)空氣動力學(xué),對葉片的8個剖面做了詳盡分析,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(jī)翼專家的孫毓平,十分關(guān)注翼型設(shè)計的新動向和新技術(shù),去年FlexSys公司創(chuàng)造了FlexFoil,一種無襟翼設(shè)計機(jī)翼,解決了困擾飛機(jī)設(shè)計師和工程師多年的操縱面間隙問題。這一技術(shù)去年才對外宣布,但孫毓平敏銳地察覺到這一技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片的可能性。
FlexFoil采用柔性機(jī)翼,即無縫、幾何外形可改變的后緣操縱面,代替標(biāo)準(zhǔn)開式連接的襟翼。該設(shè)計是讓結(jié)構(gòu)長度上的每個單元都承受變形載荷,使機(jī)翼蒙皮一致受力彎曲,形成無縫的風(fēng)切入幾何機(jī)構(gòu)。
FlexFoil柔性機(jī)翼能夠以50度/秒的相應(yīng)速率從-9度偏轉(zhuǎn)至+40度,可以滿足實時陣風(fēng)載荷減緩的需求。該設(shè)備的扭轉(zhuǎn)形變可以達(dá)到1度/ft(0.3m)。此外,該新型結(jié)構(gòu)的額定載荷超過10000磅,具有2.4倍過載的安全系數(shù),并已通過疲勞、溫度和耐化學(xué)測試。
經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),這一技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)機(jī)葉片同樣可以有效減少風(fēng)阻,提高能量可利用率。柔性機(jī)翼通過產(chǎn)生微小的形變來減輕氣動載荷,在載荷建立起來之前就將其全部卸掉,而不會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。
除了引進(jìn)航空技術(shù)至風(fēng)機(jī)葉片翼型設(shè)計,遠(yuǎn)景能源還開創(chuàng)性地將貓頭鷹的鋸齒狀翼型結(jié)構(gòu)融合到新一代的葉片設(shè)計。“貓頭鷹從天上飛下來的時候,老鼠是聽不到聲音的,我們仔細(xì)研究了,發(fā)現(xiàn)他的翅膀是鋸齒形狀的。受此啟發(fā),我們?yōu)轱L(fēng)機(jī)葉片邊緣設(shè)計了鋸齒形狀,再加上羽毛的管狀結(jié)構(gòu),結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋸齒尾緣可以降低低頻噪聲,羽毛管狀結(jié)構(gòu)可以降低高頻的噪聲。”孫毓平說。
引進(jìn)先進(jìn)雷達(dá)技術(shù)捕捉風(fēng)的軌跡
所有技術(shù)創(chuàng)新的出發(fā)點,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)電場開發(fā)的第一步,也是風(fēng)電場運營中的持續(xù)挑戰(zhàn)。作為國內(nèi)低風(fēng)速風(fēng)電場的開拓者,遠(yuǎn)景能源敢于挑戰(zhàn)復(fù)雜地形低風(fēng)速風(fēng)電項目,底氣來自于對風(fēng)的認(rèn)識。
捕捉風(fēng)的軌跡,靠的是技術(shù)。遠(yuǎn)景能源引用軍事領(lǐng)域先進(jìn)的激光雷達(dá)(LiDAR)技術(shù),結(jié)合先進(jìn)的計算流體動力學(xué)(CFD)模型,可以將復(fù)雜的風(fēng)模擬的一清二楚,進(jìn)而預(yù)測湍流到達(dá)的時間、尾流對風(fēng)機(jī)的影響等。
相比傳統(tǒng)的雷達(dá)技術(shù),激光雷達(dá)(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(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強(qiáng),但是,激光雷達(dá)的技術(shù)難度也很高,成本挑戰(zhàn)較大,目前多用于特種行業(yè)領(lǐng)域。
“沒有雷達(dá)你不知道真相。”遠(yuǎn)景能源陸上風(fēng)機(jī)產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人王曉宇認(rèn)為,要想模擬真正的風(fēng),必須借助激光雷達(dá)(LiDAR)技術(shù),因此,公司投入巨大的精力攻克難關(guān)。
遠(yuǎn)景能源選擇了幾個典型風(fēng)場,在風(fēng)機(jī)機(jī)艙頂上放置激光雷達(dá),再選擇合適的地方放置3D雷達(dá)車,通過這些雷達(dá)可以獲得密集且準(zhǔn)確的點位數(shù)據(jù),進(jìn)而將這些數(shù)據(jù)輸入到遠(yuǎn)景能源高精度的CFD模型,模擬風(fēng)電場中各個地方的風(fēng)況,捕捉到風(fēng)的真正軌跡。
王曉宇介紹,由遠(yuǎn)景能源研發(fā)的先進(jìn)激光雷達(dá)(LiDAR)技術(shù)和CFD模型,目前已經(jīng)在部分風(fēng)場得到成功應(yīng)用,預(yù)計1-2年后可以實現(xiàn)完全商業(yè)化。
認(rèn)識風(fēng)是為了更好地利用風(fēng)、控制風(fēng),遠(yuǎn)景能源依靠對風(fēng)的透徹認(rèn)識,利用激光雷達(dá)(LiDAR)技術(shù)和CFD模型,已經(jīng)大幅減少了因為尾流效應(yīng)造成的風(fēng)場損失,
“我們對整個風(fēng)場的風(fēng)可以做到三維的實時監(jiān)測,能看清楚前面風(fēng)機(jī)的尾流怎么擋到后排的風(fēng)機(jī),導(dǎo)致后排風(fēng)機(jī)發(fā)電量小了,然后就可以做相應(yīng)的調(diào)整,把這個避開,最大化整個風(fēng)場的發(fā)電量。”王曉宇自豪地表示,遠(yuǎn)景能源率先成功做到尾流控制,來自實踐風(fēng)場的數(shù)據(jù)顯示,同樣的風(fēng)機(jī),在有的風(fēng)電場,有尾流控制比沒有尾流控制,年發(fā)電量可以提高15%。。
遠(yuǎn)景能源率先實現(xiàn)尾流控制,得益于公司長期重視大數(shù)據(jù)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,浮點運算速度最快可以達(dá)到每秒33.86千萬億次,而遠(yuǎn)景能源的格林云平臺正是采用的“天河二號”來提供計算服務(wù)。
高精度的格林云平臺打造智慧風(fēng)場
重視互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的力量,使遠(yuǎn)景能源與國內(nèi)絕大多數(shù)風(fēng)電制造企業(yè)區(qū)別開來。格林云平臺,是全球首創(chuàng)的基于智能傳感網(wǎng),大數(shù)據(jù),高性能計算,物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的智慧風(fēng)場云平臺。
遠(yuǎn)景的格林云平臺集合了Greenwich,WindOS及其高級應(yīng)用,大幅提高了軟件模塊的數(shù)據(jù)精度,囊括了開發(fā)商需要的任一功能。
遠(yuǎn)景能源基于智能傳感網(wǎng),大數(shù)據(jù),高性能計算,物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)等技術(shù),打造服務(wù)于整個行業(yè)的風(fēng)電和光伏的格林云平臺,擁有精度達(dá)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(shù)據(jù)庫,可以實現(xiàn)高精度的產(chǎn)業(yè)宏觀規(guī)劃、項目宏觀選址與測風(fēng)方案設(shè)計、微觀選址優(yōu)化。
基于格林威治的高精度的風(fēng)場數(shù)值模型,WindOS可以實施以能量可利用率為核心的資產(chǎn)評價體系,讓資產(chǎn)的擁有者可以清晰地量化任何對風(fēng)電場發(fā)電量有影響的因素,基于此有可能針對性地實施資產(chǎn)的理性維護(hù),提升資產(chǎn)的能效。歷史上正是由于我們依賴于不足以揭示問題本質(zhì)的時間可利用率指標(biāo),導(dǎo)致目前整個中國風(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(yù)報模式與高精度風(fēng)場數(shù)值模型,格林云提供全球第一個完全物理過程仿真的風(fēng)功率與發(fā)電計劃預(yù)報功能。預(yù)期可以大大提升風(fēng)功率預(yù)報精度,提升可再生能源在未來電網(wǎng)調(diào)度中的可計劃性。
遠(yuǎn)景能源解決方案及軟件產(chǎn)品管理負(fù)責(zé)人李恒認(rèn)為,如何理性利用風(fēng)能和太陽能是人類文明成長的必修課。打造服務(wù)于整個行業(yè)的風(fēng)電和光伏的數(shù)字云平臺,不僅僅是一群人,一些企業(yè)的責(zé)任,而是每個文明一份子的責(zé)任。為聯(lián)合盡可能多的力量共同做大清潔能源市場,推動人類文明向前發(fā)展,遠(yuǎn)景能源的格林云平臺選擇免費對外開放,并組建格林聯(lián)盟、格林名家,服務(wù)中小開發(fā)商。
雙V法則風(fēng)機(jī)設(shè)計周期大大縮短
重視大數(shù)據(jù)、以數(shù)字世界來指導(dǎo)物理世界,不僅體現(xiàn)在風(fēng)電項目設(shè)計規(guī)劃和運營上,還體現(xiàn)在遠(yuǎn)景能源的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計上。
遠(yuǎn)景能源數(shù)字模擬與驗證部助理負(fù)責(zé)人Loic介紹,遠(yuǎn)景的風(fēng)機(jī)設(shè)計可以做到零缺點、一次性成功,依賴的正是多柔體動力學(xué)、基于知識的軟件工程、虛擬測試、大數(shù)據(jù)分析等多種數(shù)字模擬技術(shù)。
傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計周期約為7年時間,但遠(yuǎn)景能源依靠這些虛擬軟件打造的數(shù)字世界,可以將設(shè)計周期大大縮短。
軟件定義一切的時代,風(fēng)電行業(yè)并沒有真正跟上步伐。遠(yuǎn)景能源引進(jìn)汽車和航天領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)計理念,打造了全新的雙V法則,即雙饋系統(tǒng)工程產(chǎn)品開發(fā)體系。
傳統(tǒng)型的風(fēng)機(jī)設(shè)計流程遵循工業(yè)設(shè)計的V法則,從V的左邊開始,依次是整個風(fēng)機(jī)的概念設(shè)計、系統(tǒng)細(xì)節(jié)設(shè)計、子系統(tǒng)細(xì)節(jié)設(shè)計、零部件設(shè)計,接下來進(jìn)入到V的右半部分,風(fēng)機(jī)概念測試、系統(tǒng)測試、子系統(tǒng)測試、整個風(fēng)機(jī)的測試。
Loic表示,這一開發(fā)體系偏重物理世界,周期長、成本高,很多細(xì)節(jié)設(shè)計不能在一開始的時候就全方位考慮進(jìn)去,因此是一個不斷試錯的過程。
在IT技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天,理應(yīng)有更合理的開發(fā)體系,遠(yuǎn)景能源的雙V法則開發(fā)體系,加入了數(shù)字化模擬。“第一個V就是數(shù)字化的V。從概念設(shè)計到最后零部件都在數(shù)字世界里首先模擬仿真一遍,然后再制造物理樣機(jī)。所有的設(shè)計都有全方位的考量,虛擬驗證中發(fā)現(xiàn)的問題可以迅速得到解決。因為這個數(shù)字化的世界存在,我們的物理樣機(jī)才能做到一次成功,零缺陷。”Loic說。
Loic所說的零缺陷,并不僅僅是風(fēng)機(jī)質(zhì)量的零缺陷。雙V體系的建立,使得遠(yuǎn)景能源設(shè)計風(fēng)機(jī)時,除了考慮最好的風(fēng)機(jī)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(biāo),做到風(fēng)機(jī)全生命周期零缺陷。
“依靠雙V法則,我們的風(fēng)機(jī)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(jī)設(shè)計周期大大縮短。”Loic表示。
關(guān)于遠(yuǎn)景:遠(yuǎn)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(shè)立了全球研發(fā)與創(chuàng)新中心。遠(yuǎn)景目前是中國前三大風(fēng)機(jī)供應(yīng)商,2014年中國最大的海上風(fēng)機(jī)供應(yīng)商。遠(yuǎn)景智慧風(fēng)場WindOS平臺、阿波羅光伏云平臺管理著包括北美、歐洲、中國等在內(nèi)的超過2000萬千瓦的全球新能源資產(chǎn)。遠(yuǎn)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(quán)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”為主題專題報道遠(yuǎn)景獨特的以解決挑戰(zhàn)為導(dǎo)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(yuǎn)景在習(xí)近平總書記和新西蘭總理約翰•基的見證下,與新西蘭第二大城市基督城簽署了“智慧城市”管理平臺戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。
責(zé)任編輯: 李穎