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刘永前:注重基础研究与自主开发 增强风电“软实力”

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来源:
风能专委会CWEA
2022/12/05 16:35
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【摘要】:

我国是风电大国,但专业软件等目前仍依赖国外。华北电力大学新能源学院教授刘永前表示,可借鉴欧美经验,加强基础研究与自主开发,长期积累,不断完善,逐步增强行业“软实力”。

受访人:华北电力大学新能源学院、新能源发电国家工程研究中心教授 刘永前

Q :在风电产业发展过程中,智能化会起到哪些作用? 能够产生哪些效益?

A :智能化已经成为风电产业发展的主要趋势之一。在风功率预测方面,应用各种智能算法,可以显著提高天气预报和风功率预测精度。在海上风电场,智能算法应用于设备状态诊断、运维决策,显著减少了运维工作量与运维成本,成为降低海上风电度电成本,提高海上风电场经济效益的必由之路。

近几年,中国风电企业对风电装备智能化方面的投入很大,技术进步很快,多数发电集团都有风电场智能化技术应用案例,并产生了效益:应用智能运维技术,风电场运维正在朝着少人值守,甚至是无人值守的方向发展,大幅减少了现场巡检工作量和劳动强度,降低了运维成本。目前,正在研发的风电场智能控制算法减少了尾流损失,工程应用后有望提高风电场发电量。

Q :在智能化的发展道路上,风电企业有哪些迫切需求?存在哪些技术难题?

A :智能化是一个过程,永远在路上。我认为,由于各种智能化技术总是在不断迭代中,没有终点,需要长时间不懈努力。我看到的风电场智能化有两大难题:一是如何构建一个稳定的智能风电场架构体系。智能风电的基础是信息与通信技术(ICT),而这些技术的发展非常快,因此,很难保证这个架构体系能够满足风电场20~25 年寿命的性能要求。稳定的系统架构和标准体系,是提高数据和软硬件的兼容性和生命周期的关键。二是如何构建有效的算法模型,基于各种数据对系统及其部件的运行和健康状态给出精确诊断,是智能风电场系统的核心技术。

Q :我国是风电制造大国,但专业软件等面临着自主化程度不高的困境,其背后有哪些原因?国外软件公司有哪些可以借鉴之处?

A :风电专业软件主要指风电机组和风电场的设计、运行维护相关的软件系统,是风电的核心技术,也就是风电科技“所以然”的集合。过去十几年,中国风电科技进步非常快,支撑了中国风电产业国际竞争力的提升。国内许多单位研发了风电专业软件,但应用推广的很少。原因之一是这些软件的开发单位不够独立,难以得到全行业的推广应用,及时获得应用效果并不断迭代改进。为了推动我国风电产业进一步提高发展质量,亟需发展自主高水平风电专业软件。

目前,市场主流风电软件几乎都来自欧美企业。这些企业有三个值得我们借鉴的成功之处:一是基于大量工程或实验测试数据建立的工程模型,保证了模型的可靠性;二是专业软件公司相对独立,服务全行业,也得到了行业的支持;三是专业软件公司持续改进,长期积累,不断完善。

Q :风电技术进步涉及哪些基础性、前瞻性研究?

A :应用基础研究是工程技术创新的源头,需要长期持续的努力。与传统发电技术相比,风电技术还远没有达到完善的程度,有许多没有探明的基础性问题。比如,超大型风电机组设计理论,关键部件失效机理与健康状态诊断模型,大型风电场(群)流场的高效高精度模拟方法,风电场智能运行控制方法,风电设备智能传感技术,风电检修机器人技术等。世界主要风电技术强国不断加大对风电研究的投入,预计未来10 年风电科技进步的步伐会更快。如果我国也继续注重风电基础研究的投入,不断提高技术创新水平,相信中国会为世界贡献更多的风电科学和创新技术。

Q :未来,人工智能在风电领域将出现哪些应用场景?

A :未来的事很难准确预测,不过我们可以确定的趋势是,人工智能必将给风电产业全链条带来巨大的技术进步。设计软件的智能化,将显著提高风能资源评估、风电场选址、机组选型、技术经济分析等设计环节的自动化水平,提高设计质量和效率;施工和安装装备的智能化将保证风电场工程质量,在提高工程建设进度的同时减轻人员劳动强度;风电场智能运行控制系统将提高发电量;风电设备效能与健康智能诊断、智能运维机器人等智能运维技术进步,将降低风电全生命周期成本。

Q :请您介绍一下我国在风电专业人才培养方面取得的成绩,还需要得到哪些支持?

A :自2006 年可再生能源法施行以来,得益于政府的重视和全行业的共同努力,我国建成了国际上规模最大的风电专业人才培养体系,涵盖高职、本科、硕士、博士等学历层次,为我国风电产业快速与高质量发展提供了重要支撑。2006 年,经国家能源局和中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA)推荐,教育部批准华北电力大学创办了“风能与动力工程”专业,这是国际上首个风电本科专业。2010 年,教育部将风电、太阳能、生物能源等专业方向合并设立了首批“新能源科学与工程”专业,目前全国145 所高校设有该专业的本科。在硕士研究生、博士研究生培养方面,许多高校在电气、动力、机械、控制、力学等学科中开设了风电研究方向。多所高职院校也建立了风电专业,培养风电专业技术型人才。中国高等学校每年都培育出成千上万的各类风电专业毕业生,成为风电行业的生力军。

关于风电专业人才培养方面需要的支持,我认为,首要的是解决研究生教育学科专业目录问题。在中国研究生教育学科专业目录中,目前还没有新能源学科。新能源是实现双碳目标与国家能源转型战略的关键领域,没有专门的学科已经成为风电、太阳能、生物质能等可再生能源科学技术创新、研究生培养的瓶颈。期待“新能源科学与工程”早日被列入中国研究生教育学科专业目录,推动我国可再生能源技术进步和高层次人才培养,为国家能源转型战略提供科技和人才支撑。

 

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