編者按：2021年7月8日，以“碳中和與未來能源”為主題的“第三屆未來能源大會”在北京召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上，明陽智慧能源集團總裁兼首席技術官張啟應發表了“風電技術進化與環境可持續發展”的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

張啟應：非常高興，也非常榮幸，有這么一個機會跟大家分享我們在環境的可持續發展以及風電技術發展的研究方面做的一些工作。其實我們今天談的很多事情，講碳中和，講零碳等等。還是說人類未來以什么樣的方式去發展，其實之前做了很多環境的可持續發展問題。

《2019年世界人口展望》給出這么一個未來的展望，2019年全球人口是77億，到2030年會達到85億人口，到2050年將達到97億。當我們談中國碳中和的時候，2060的時候，這個人口肯定會超過100億。整個過程中我們面臨的挑戰是養活更多的人口，我們要提供生計，其中就要對氣候變化和環境退化，以及對資源造成的嚴重影響進行預判，給出一個很好的對策。這是在聯合國2030年可持續發展議程中所提出來的。這里面提出了三大核心問題：

第一個，有人的存在首先你要有糧食，你要有很好的生活條件，不僅僅是2020年的脫貧攻堅，我們還有小康狀態。同時，另外一個是能源，由糧食和能源帶來的環境是不是可以承載?

前面各位院士都給出了預判，基本上大家都清楚。2030年，我們全球電力需求預計36萬億千瓦時，較2018年增長約47%。2050年預計達到約61萬億千瓦時，較2018年增長150%。接下來怎么弄呢?剛才是能源。

環境問題有糧食問題、能源問題，最后我們的環境是不是能夠可持續承載，二氧化碳問題太熟悉了，我就不細講了，還有《巴黎協定》等等。

全球有九大表征點來表征氣候變化的啟動時機，現在比較危急的情況是，當時人們認為是5℃，但是現在為止，此時此刻，有一半表征點已經啟動了，當這個表征點啟動人的環境就不可逆了，包括格陵蘭島的冰蓋和南極島的冰蓋等等，所以前面所說的碳中和是如此之必要，我們用一個國家戰略來做這件事情，是一個全球的事情。我們講到我們國家的“3060”，其實全球都提出了自己的目標，很多一般發達國家都是2050年就達到了，他們多少年前就已經碳達峰，有的更提前，到2045年，很多都是以立法的形式存在的。美國是2050年達到碳中和，其中，2035年實現電力行業的全面脫碳，2050年達到碳中和，3月29日，白宮網站發布，計劃在東海岸大力發展海上風電，到2030年美國將部署30GW海上風電裝機容量。也就是說，海上風電是他們達到碳中和有效的或者主要的手段之一。歐盟也是2050年達到碳中和，通過清潔能源、綠色交通、循環經濟、建筑節能、數字工業等等。清潔能源是要建立以能源效率為核心的更加循環的能源系統，大力發展海上風電和氫能，這是他們的碳中和路徑。

2019年哥本哈根海上風電會議上，歐洲風能協會發布一項研究報告，《我們的能源，我們的未來》，它的一個規劃或者愿景是2050年整個歐洲要建成450GW海上風電，現在是20GW。這450GW做了非常詳盡的分析，這個分析從資源到電網，到國家，到消費等等，其中在北海是212GW，波羅的海是83GW，大西洋85GW以及地中海70GW。

2050年風電要占到30%左右。具體來看，如果我們大批量使用風電，風電帶來的具體效益是什么呢?這里舉一個例子，比如2018年在福建三峽興化灣風電廠，一臺5.5兆瓦的海上風機，它的年等效滿發小時數5226小時，年上網電量約2874萬千瓦時，年節約標準煤約3533噸，溫室氣體減排是9185噸，再造森林相當于15307畝每年。

我們再設想一下，在粵港澳大灣區，如果說我們建六個這樣的千萬千瓦級海上風電場，年等效滿發小時數4000小時的話，它的上網電量400億千瓦時每年，按照“十四五”大灣區的規劃，到2025年大灣區所有的用電量是7000億度電，如果是六個的話，如果真能實現的話，20%-30%的占比，是完全現實的。

今天這個主題非常好，未來能源，最核心的是依托于未來的技術發展。我們這里講到風電技術發展，其實整個技術發展也是有它的脈絡和它的規律的，正所謂人的發展有進化論，物競天擇，適者生存。對技術的發展也有一套內在規律，其中美國的Brian Arthur寫過一本書《技術的本質》，技術的本質發展驅動的因素有三個：第一個是需求;第二個是組合;第三個是迭代。他是這么描述的，猶如自然界的生物進化，通過不斷的組合和迭代適應環境，形成新的技術和創新經濟，驅動整個社會不斷地發展。

在整個風機進化過程中，荷蘭風車大家都比較了解，到90年，風機是借助于汽車行業很多的經驗，研發出我們現代的一些風機，現在我們大力發展海上風電，海上風電對可靠性要求非常高，現在除了海上風電之外，數字技術的發展，海上風電對可靠性要求高的話我們可以找到相應的一些場景，比如它對航空器，也是類似的應用場景。所以說，現在的海上風電類似于航空器為本質的裝備。大數據和智能時代要像類人一樣思考。

海上風電進化的整個過程，其中有一個趨勢很明顯，從80年代到今天，我們的風機不斷大型化，它的口號是更大、更便宜、更綠色。大到什么程度呢?1983年才十幾千瓦的海上風電，風輪直徑也就十幾米，到現在全球最大的海上風電發布的是15兆瓦，風輪直徑達到236米。我進入風電行業不久大家就問，這個風電到底能有多大，其實當時德國專家預測說，它這個是動態發展的過程，回答不了你這樣的問題。基于我的歷史預測，每十年風輪直徑是要增加50米的，這個規律大概十幾年過去了，將近二十年過去，完美契合了。到今天為止達到將近222米，我相信過了十年之后它會達到將近300米，單機容量現在也達到15兆瓦，我們也會很快發布類似于15兆瓦以上的風電平臺。所以大型化將讓它的成本不斷降低。

我們在去年發布了11兆瓦203，它是全國最大的，也是全亞洲最大的海上風電機組。除了大型化，我們的一艘船裝一支葉片，風機葉片越來越長越輕越好，發電量也得到越來越大的提升。

在風輪捕風系統凈化過程，Brian Arthur講到，技術凈化過程其中一個方法就是組合，我們要把汽車行業、航空、軍事各方面先進技術用在風電上面，F1賽車從1948年到2020年發生了很多變化，其中在空氣動力學方面的一些進步我們都可以用在風機上面。右下角是最新的NASA機智號，這個機智號是在地球以外的星體上第一個飛起來的航空器。在火星它的空氣密度是地球的1/100，它的氣壓是地球的1/150，在如此稀薄的空氣下它居然能飛起來。這些在材料技術和空氣動力學技術的發展都會被應用在我們的風電上，這是我們的飛機葉片，時間會越來越長，在氣動方面，夜間，10度，翼型，我們都會得到越來越好地發展，我相信很快葉片會達到100米以上。

除了葉片長度發生變化以外，在風機變化過程中，它還是在不斷發展的，早期大家很少看到，其實有單葉片風機，只有一支葉片，我們也有兩葉片風機，現在更多看到的是三葉片風機，單葉片和雙葉片也有它的優勢。右邊是多輪風機，最多有4個，這也是未來的一個可能趨勢。

除了前面的這些結構進步，材料的發展對風力發展做出了非常大的貢獻，這里以葉片材料為例子，葉片材料都用玻璃纖維，后來叫高膜量玻璃纖維，也就是十幾年前，膜量從E6的40G帕，到現在我們用到E9的55G帕，我們后來用碳纖維，但碳纖維又太貴，我們把碳纖維和玻璃纖維進行混編，這樣的話讓我們的葉片越來越長，越來越輕，我們的發電量越來越多，從而有效降低度電成本。

前面講了補風系統，風機是一個動力系統，現代風機是怎么發明的呢?完全符合Brian Arthur講的那個規律，有點像可口可樂的發明，完全用船用齒輪箱加上船用的發電機，組合在一起，就成了一個現代風機。在這個過程中，一開始是高速傳動，高速傳動過程中發現齒輪箱容易壞。是不是可以把直驅優勢和高速優勢混合在一起，我們稱為半直驅，這樣一個方案有很多好處，第一是高可靠性，它的齒輪箱和航空器所用的齒輪箱從基因上是一樣的，航空領域對可靠性要求非常高，同時，它的效率也非常高。技術可靠性，最重要的是基因的可靠性，技術本身的可靠性，所以傳動量進化的越來越可靠。

除了傳動量，不得不講到智能控制，智能控制的進化過程，早期是簡單的PI控制，給你設定好了你怎么控制就怎么做，你想怎么做就怎么做，但是后來由于風電是在復雜的外界環境當中，我們有更先進的控制，稱為自適應控制。在技術發展之后，特別是數字計算機技術的發展以及技術能力的快速發展，我們進入到基于模型的控制，其實現在很多講數字卵生技術，后面也會講到一點，都是依賴于我們計算的速度和儲存量大數據的發展。基于模型控制有一個非常好的設計，可以預測未來，預測你的下一步要做什么。大家講到智能，大數據智能控制發展，讓現在的風機也更加聰明，前面講一臺風機，現在是好多臺風機，風機和風機之間也要交互，它們相互溝通，相互進行影響。

這里講到數字卵生技術，這里最大的一個好處是什么?隨著技術的發展，最大的好處是可以預測未來，這個未來可以是短時期的，也可以是中時期和長時期的。我們一直講智能，各種智能，進入智能時代，或者有人講智慧時代，智能也智慧，大家的解釋也不一樣，或者說不同的角度看問題。我從一個角度看，最重要的是你要能夠預知未來，預判未來，歷史上比較智慧的人是諸葛亮，因為他能預判到明天早上起霧，因此他能夠制定出草船借箭。所以智能時代，我們利用人治觀念技術，可以預判未來，未來的能源一定是智慧能源，我們知道明天的消耗，明天的生產等等各種場景，數字卵生技術時間原因不細說了。

整個風場就會變得非常智慧。

前面我講了風機大型化生長過程，補風系統材料的進步，空氣動力學的進步，傳動鏈是從高速到直驅，又螺旋回到中速的過程，以及智慧化的過程。另外一個進化，就是海上風電，它的裝機。海上風電比較早出現是一個裝機，隨著水深，單樁不行了，存在多樁基礎，在多樁基礎過程中，不同海域它的經濟性是不是最好呢?也不一定，所以導管架就出現了，它適用的水域大概是40米、50米，甚至可能的話能到60米，但它是不是更經濟呢?這和場景有關系。但是我們想，如果說當水深超過50米之后怎么辦呢?所以現在其實是比較多的，很容易想象，我們要把油氣方面的技術和經驗運用到風電行業里面來，其中一項技術是漂浮式風機，它非常美好，它一下覆蓋我們地球70%面積的海洋，所有的能源都成為我們開發的對象，而不僅局限于海床的深度和質量等等。

這是我們明陽和一家德國公司合作的在日本的一臺3兆瓦的海上風機，使用兩葉片技術，抗臺風的，使用船型的，右邊是我們在國內合作伙伴合作的全國第一個漂浮式風機，同時，漂浮式風機有一個非常大的好處，使海上工程的問題變成我們岸上制造的問題，在未來我預期會使海上風電成本大幅下降。

最后我們想，上部是海上風電發電，我們還把波浪能、潮流能，下部海洋牧場，整個一體化融合起來，這里起到很多作用，第一是解決我們的清潔綠色能源的問題，波浪現在是不具備經濟性的，洋流能也不太具備經濟性，但如果把它們融合起來呢，因地制宜，是不是這個問題在一定程度上能夠解決呢?如果我們再把它和海洋牧場融合起來，我們和廣東省領導溝通的時候，說我們廣東省陸地面積20萬平方公里，海洋面積40萬平方公里，這40萬平方公里是你的嗎?從疆土上是你的，但也可以說它可能不屬于你，為什么呢?你有沒有技術去，海一直在那里，你有沒有去開采，有沒有去利用，但我們發展風電技術過程中，海工技術大幅發展，這40萬平方公里海域就成為你的后院，你有空就可以去捕捕魚，養養魚，真正成為你的海洋強省海洋強國的一部分。海上風電還可以跟制氫結合在一起，通過風電技術發展，我們不斷攻克臺風問題、低風速問題、水文地質問題、漂浮式的問題，通過這種需求的存在，推動技術不斷發展。

技術驅動經濟發展，經濟反哺技術，未來能源這么一個要求，對新能源的要求，對未來的各種技術提出了要求，再使得各種能源技術才可能得到發展，否則的話你沒有機會，新能源一開始總是貴的，跟煤電沒辦法競爭，跟化石能源，但有這么一個機會，我們推動了技術發展，通過海工裝備、電力電子、新材料等等，我們由產生新的經濟，經濟最后又反哺技術，這樣推動社會往前高質量發展。

我們希望未來用清潔綠色能源部，智慧能源普惠全球，將來我們經濟綠色能源不但是綠色可持續發展的，而且是更便宜的，這樣的話造福我們人類，整個地球能夠得到可持續發展。