2018年10月17日-19日，2018北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2018）在北京新國展隆重召開。本次大會由中國可再生能源學會風能專業委員會、中國循環經濟協會可再生能源專業委員會、全球風能理事會、中國農業機械工業協會風力機械分會、國家可再生能源中心和中國電子信息產業發展研究院（賽迪集團）六大權威機構聯合主辦。

　　

　　大唐可再生能源試驗研究院有限公司副總工程師高偉在“風電機組大型化技術論壇”中發表主旨演講。

　　

　　他在演講中判斷未來風電4個發展方向，大型化、智能化、海工化、儲能化，并判斷在高塔或大葉片，將來肯定就像飛機一樣肯定以摔一批機組為代價的，而這就涉及到國內整機商的方法論問題，他表示目前整機商的方法論是一致的，基本上到邊了，理論不是無限放大的，可能支持兩兆瓦，三兆瓦，5兆瓦設計，未必能夠支持10兆瓦、15兆瓦的設計。

　　他同時表示，在海上風電發展過程中，真正往深海走的話要有新的設計方法論，就是飄浮式的方法論。

　　

　　

　　高偉：各位嘉賓，各位朋友，我先刷一個小廣告，我們大唐集團是今年成立的，我們知道現在是搞比較大的改革，我們是由原來的研究院是負責我們大唐這一塊，現在目前為止包括風電、光伏、光熱包括其他的一些研究。

　　

　　我的報告分成兩部分，一部分是理論研究，一部分是驗證。我簡單介紹一下我個人，我原來是學校的老師，2013年的時候到了華創，從研發工程師最后做到總工，我自己本人從2兆瓦到10兆瓦直驅和半直驅，今天這個時點比較敏感，今天玩一點紙上談兵的事情。

　　

　　我個人判斷未來風電4個方向，大型化、智能化、海工化、儲能化。今年實際上是全世界第一個實驗性的是2009年的時候，挪威的，今天已經做了一個商業化的項目，5兆瓦的飄浮機組成的，當時我們都是做科技組織的，現在每個千瓦應該是47000，還有一些說在未來三年之內有望可以把成本降低75%，假設風電發電好一點的話，將來真的是具備很具有發展前景，因為我們知道第一個是從全球來看，畢竟全世界水比陸地多第二個中國資源稟賦決定了發電是在遙遠的西部，用電負荷在東部，為了滿足這個必須采用遠距離輸送，如果在東部采用就可以緩解遠側和用戶側相互之間壁壘的問題。

　　

　　其實海上風機是風險非常非常高的，特別是整機制造企業，為什么西門子是分5個階段，我們中國市場發展比較快，我知道華創直接是下海的，所以說問題就很多。然后工程設計流程整機是整機的，設計院是設計院的，這樣的話問題就很多。

　　

　　所以后來（英文）提出了一體化設計思維，把環境作為一個矩陣放到模型，實際上相當于把基礎和其他的基礎放在一起作為一體化設計，這就是傳統的設計。實際上本質是解決這樣一個方程，再下面現在目前為止近海的應該是30米以上采取的設計思路，但是實際上飄浮式這套方法論就行不通了，大概世界上你要真正往深海走的話要有新的設計方法論，就是飄浮式的方法論，全世界第一個提出飄浮式風機是麻省大學的，他1972年論文提出來的，當時提了很多種。論文我看過4、5種，比較有代表性是前面這兩個，等著到1993年的時候，英國實際上是一個能源匱乏的國家，組織了一個海上飄浮式風電機，基本上擺脫紙上談兵的（英文），這是（英文）文章，大家可以看一下，那個實際上包括意大利的學者他們也做了研究，其實真正開始做的就是下面這幾個，2007年、2009年，大概整個從理論到商用這么一個過程。

　　

　　我個人把這個問題分成三個部分，一個是結構耦合，一個是水動力耦合，還有一個流耦合，說白了要解下面這個方程，這個是根本解不開的，我們當時做了一些條件，考慮時間關系我不細說了。

　　

　　其中第一部分就是氣動，翼型氣動是邊界層耦合算數，所有的研究都用這個方程，實際上到目前為止翼型氣動研究以后還沒有用到CFD五計算方法，咱們現在做翼形也就是這個水平上。雖然我們搞風機很久，但是現在用這套軟件就用（英文）動態入流，搞直升機的知道，實際上是（英文）修正以后，實際上是一個華人，1983年的時候做了一篇論文，后來是一個日本人寫了一個程序，還有一些理論，包括我們現在南航的王通光（音）老師做了一個，博士論文提出了一個，實際上海上風力機有一個問題，它一直會晃，實際上這個條件基礎不滿足，后梁麻省有幾個研究者就把這個理論和美國（英文）模型結出了很好的結果，基本上可以解決這種東西。

　　

　　另外一個CFD，我現在發現整機廠不景氣就把CFD開掉，整機設計載荷6000到一萬個工礦，要是滿足相應的條件，我正常情況下我要把風機看成至少是一個飛行特性捕捉出來，我用邊界層耦合理論，6到7層網隔，現在目前為止不用做的特別大，5兆瓦的模型，這個過程中你引入一些哪怕是現在超算都做不到，用CFD解這個方程，甚至是歐拉方程都是不大現實的，我們可能做一些關鍵的，比如說做一些驗證還是有辦法的。幾乎所有的模型主要是動態入流理論這個方法，它現在想用一些這樣的理論。

　　

　　我個人認為，因為現在美國和歐洲都投了很多錢，研究新的氣動模型，因為我們知道氣動以現在的做不動了，我個人覺得加速度式，我們叫攝動方法，中國這方面是有基礎的，我簡單把氣動說一下。

　　

　　它是一個坐標，把這個方程解開，細節不說了，當時我做的，怎么把它做出來。

　　

　　然后再就是水動，現在就是用莫爾斯方程，非常簡單的方程，考慮了黏性系數和慣性系數，這個系數不同有不同的理解，看猜哪個好用，把數套上去，還要考慮浮力的問題，這就是水動力學的公式，再大了做就要復雜一點，比如說線性波理論，現在是用到一階，你也可以考慮二階，我做過驗證，大概就是用一階波的理論，這個是我在學校做的，當時（英文）找我麻煩，做的結果有一個對比，區域上基本上是吻合的，數量是相當的，基本上現在一階波可以滿足，水動力學的問題，為什么不用更好的東西，為什么還用莫爾斯方程，因為它比較保守，我把水動力算小，算大肯定沒有問題，但是你風機做的特別大型化，你這個之后一堆錢出來了，還得往更深的地方去做。

　　

　　然后就是耦合，原來都有動畫效應，什么是結合，前面的方程是三塊東西拼在一起，怎么解下來了，從那個理論來講是在一個空間，想到高中的物理知識，我只是在不同的空間里，然后給出不太容易產生跳變的地方把它展開，其實就是把這個定義在空間系統東西解出來，說的太復雜了，這就是解耦，這個是氣動這邊是結構，現在目前這個理論不那么好支持的原因，我們在有些是硬生生的砍開，你現在不知道發生大的變形，發生大的傾斜角，這樣的情況下才能解開。

　　

　　然后（英文）就是用的氣動結構的耦合，（英文）是水動力學模型，因為我看過的代碼大概是這么一個方程，驗證一下，按照它給定的模型，當時做了一個，一個做了輔助，一個做了（英文），這個實際上可以動畫。

　　

　　前面的工作我簡單把整個理論做了匯報，就是把氣動、結構、水動力學在一定的條件下，通過解耦方法然后把它解開，這里面有兩個東西支持，第一個東西這么做準不準，對不對。第二個問題你不能靠人，基本上靠編程，我為什么把這個仿真軟件與實驗驗證跟大家做一個專門的匯報，因為國內這一塊特別弱。

　　

　　仿真軟件，我看老外做程序，現在做風力機最早的程序就是（英文），是人不斷地去改，修，一直到2000年以后，后面還在不停地改，（英文）當時就是五分之一是注釋，實際用了很簡單的幾個模型，大概有個30幾號的程序，然后再加上一個7號的程序大概是這樣子的。

　　

　　把它的聲音、阻力做完，這是其中最核心的，下面還有一個部分，核心代碼就這么一點，但是后來做到很大，做到后來大的軟件，做軟件的東西，特別是工業軟件特別弱的原因，能不能一直盯著認真不斷改進，傳遞下去做好，我估計我們現在目前為止整機廠因為方法論是一致的，基本上到邊了，我個人判斷在高塔或者是大葉片，將來肯定就像飛機一樣，在飛機肯定以摔一批機組為代價的。你要知道你的理論不是無限放大的，可能支持兩兆瓦，三兆瓦，5兆瓦設計，未必能夠支持10兆瓦、15兆瓦的設計。大概現在是兩個流派，一個是美國派，另外一個是歐洲的，歐洲是和另外一個結合。整個算法大概就是這么多，時間關系就不細講了。

　　

　　另外一個問題特別不重視的問題就是實驗，我知道其實你在做整個風機風動實驗最關鍵的參數是林兆樞（音），就是你的速度乘你特征的半徑除以難度，我把風機尺度放小，現在體積縮小十倍，速度就要放大十倍，不滿足另外一個馬赫準則，就進入了一個壓縮狀態，到目前為止在風動里面，把特性完全展現出來，現在目前工程是不滿足的，這是全世界最大的實驗，一個是歐洲的（英文），是三葉片的做了一個PIV的測試，另外一個是美國的，這是在風場測試的，這個我參加過，盲比數據可以隨時要，看你的模型準不準，在準的情況下不同的模型大概差能差到15%到100%，150%到250%都很正常，現在目前為止我們掌握的氣動工具應該說搞飛機的差不多，你想掌握理論知識實際還不能準確算出載荷，我這里做一個宣傳，到目前為止我看了這么多的文獻，不到三千篇，中國人可以寫進名字是兩個人，一個就是做杜兆輝，還有王濤光（音）老師，我用他的風動做的。

　　

　　右邊這個角是全世界第一個做的，其實發現我們水平差不多，大概一百多名，沒有什么進步。這個是翼形做的，用PIV，這個就是快速照相，兩幀以后發出的認為是速度，各種場景都捕捉到。為什么把這個說出來，其實現在是非常大的挑戰，我把風動實驗數據和我理論計算數據擺在一起差太厲害了，根本對不上，博士論文沒有辦法畢業了，基本上吻合，只能說趨勢吻合，到目前為止我們知道我們用的理論工具遠遠沒有達到支持我們行業發展，技術員還需要進一步努力，另外對于飄浮式風機是需要這樣那樣的實驗，具體的就匯報這么多，謝謝。