第十一屆道達爾能源中國科學(xué)論壇秦海巖演講視頻，從技術(shù)的本質(zhì)談風(fēng)電的起源、今生和未來。
演講文字實錄：
非常高興參加今年的道達爾中國科學(xué)論壇，因為疫情的原因，雖然我們不能見面，但是還能在網(wǎng)上跟大家做交流。當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)跟其他任何技術(shù)一樣，有利就有弊，個人覺得這種網(wǎng)上交流效果肯定沒有面對面的好。像我今天本來是做了一個很長的、很大的一個橫軸的畫像，像一張《清明上河圖》，想把風(fēng)電的起源、今生和未來發(fā)展，以一張長圖的形式給展現(xiàn)出來，但今天在網(wǎng)上播放，可能這個效果就不是那么好了。
言歸正傳，今天我想談?wù)勶L(fēng)電從最早利用風(fēng)車提水、磨面，到現(xiàn)在發(fā)展出最大的16兆瓦的風(fēng)電機組的過程中，風(fēng)電是怎么一路走過來的，以及未來它將走向何方?
談到風(fēng)電技術(shù)進化和發(fā)展方向。首先要強調(diào)的是，風(fēng)電首先也是一種技術(shù)。我最近在琢磨從什么角度來談風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，突然想到，首先應(yīng)該對技術(shù)的本質(zhì)有一個深刻的認識。
前兩年讀了一本書叫《技術(shù)的本質(zhì)》，我覺得這本書非常好。我想要按照這本書的對技術(shù)的本質(zhì)的定義，來談?wù)勶L(fēng)電的起源、今生和未來的走向。
這本書我真的推薦大家去好好讀一讀，而且我認為所有的做工程師，所有的搞研發(fā)的技術(shù)人員，都應(yīng)該去讀一讀這本書。讀了之后你會有豁然開朗之感，會有很深的體會，我覺得對未來我們的技術(shù)創(chuàng)新工作會有很大的啟發(fā)。
找到這本書之前，很多年我一直很疑惑，百思不得其解，什么是技術(shù)的?它本質(zhì)到底是什么?人類怎么就能發(fā)明了這些技術(shù)?
從最早我們用鉆木取火，這也是一種技術(shù)，從人類能利用火，到現(xiàn)在的原子彈、核電站;從最早的海盜利用帆船的海盜船，到現(xiàn)在美國的阿帕奇直升機，這么先進，人類怎么就能把技術(shù)從一個簡單，逐步發(fā)展到這么復(fù)雜的一個系統(tǒng)?
那么技術(shù)是什么呢?
一個裝置，一臺電視機，一個柴油發(fā)動機它也是個技術(shù);化工的一個過程，煉鋼煉油這種化學(xué)工程也是個技術(shù);甚至一個算法，比如現(xiàn)在我們?nèi)斯ぶ悄芎芏嗨惴?，它也是一種技術(shù)，這都是技術(shù)的表現(xiàn)形式。
技術(shù)肯定是為了實現(xiàn)人的目的的一種手段，技術(shù)到底本質(zhì)上是什么?我覺得這本書上對技術(shù)做了一個非常好的定義。
首先，技術(shù)的本質(zhì)是對自然現(xiàn)象的有目的的編程;第二，任何技術(shù)都是原有技術(shù)的基礎(chǔ)上的組合;然后，為了解決新技術(shù)帶來新問題和新需求，會進一步導(dǎo)致新的更多的技術(shù)的出現(xiàn)。如果一個國家如果想引領(lǐng)先進技術(shù)發(fā)展，需要的不是投資更多的工業(yè)園或者含糊的培養(yǎng)所謂的“創(chuàng)新”，現(xiàn)在我們天天講創(chuàng)新，不講創(chuàng)新都沒法講話，創(chuàng)新無所不在，但其實很多所謂的“創(chuàng)新”都是無本之源，所以作者說要想在技術(shù)上領(lǐng)先，需要建立基礎(chǔ)學(xué)科，而不帶有任何商業(yè)目的。
上面這四段話都來自《技術(shù)的本質(zhì)》這本書，聽起來可能比較抽象，所以我就嘗試按照這本書的邏輯，談?wù)勶L(fēng)電的整個發(fā)展的過程。
最早對風(fēng)能利用的起源，應(yīng)該說是公元前3000年，在埃及壁畫中就出現(xiàn)了最早的帆船，就像《技術(shù)的本質(zhì)》作者布萊恩·阿瑟所定義的，“技術(shù)的起源都是對現(xiàn)象的應(yīng)用，是對現(xiàn)象有目的的編程”。
這是什么意思呢?大家看看，想想我們現(xiàn)在眾所周知的很多技術(shù)，無外乎都是對自然現(xiàn)象的一種應(yīng)用。
舉個例子，比如說汽車，它利用什么現(xiàn)象?
第一，它利用現(xiàn)象就是說汽油、柴油這種化學(xué)物質(zhì)，它燃燒可以產(chǎn)生熱，可以產(chǎn)生能量，可以驅(qū)動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)。所以這個是化學(xué)物質(zhì)燃燒可以帶來能量，這是一個自然現(xiàn)象。人們利用這個現(xiàn)象發(fā)明了發(fā)動機、柴油機、汽油機作為動力。
第二，汽車還利用什么現(xiàn)象?就是輪子。這種圓形的輪子，它滾動起來的摩擦力比較小，利用這個現(xiàn)象發(fā)明了輪子。在輪子的基礎(chǔ)上結(jié)合發(fā)動機，我們就有了汽車。
還有很多技術(shù)，比如說在醫(yī)學(xué)方面，其實更明顯。很多技術(shù)也是源于現(xiàn)象。比如人類感染細菌之后就會危及生命的危險，后來為什么我們不怕感染了，就因為發(fā)現(xiàn)了青霉素。青霉素是怎么發(fā)現(xiàn)的呢?就是因為弗萊明在1928年，他發(fā)現(xiàn)在青霉素菌周圍的培養(yǎng)皿旁邊沒有葡萄球菌的生長，它形成了一個無菌圈，所以他發(fā)現(xiàn)青霉素菌是可以消滅葡萄球菌這樣的細菌的，所以發(fā)明了青霉素，挽救了成千上億的人的生命。還有 X光機， 是因為倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線具有穿透性的現(xiàn)象，X光機發(fā)明之后可用于醫(yī)學(xué)的檢查，人們骨折都拍X光片，所有的技術(shù)它的起源都是對現(xiàn)象的利用。
風(fēng)電行業(yè)也是一樣。風(fēng)電起源就是因為風(fēng)可以有力量，有能量，吹在物體上可以產(chǎn)生力。最早的人類利用風(fēng)，就是帆船，帆船沿著它的技術(shù)路徑在不斷的發(fā)展，帆船也越來越復(fù)雜，原來可能單帆，后來風(fēng)帆的數(shù)量越來越多，還可以控制航向，可以提高速度。
古巴比倫、中國和希臘早期就出現(xiàn)了風(fēng)車，利用風(fēng)的力量，實現(xiàn)磨面、提水，主要在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用，這是最早的人類對“風(fēng)可以產(chǎn)生力”這樣的自然現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象發(fā)明了帆船、風(fēng)車。
但一直到了1888年，美國的查爾斯·布魯斯，才發(fā)明了第一臺用風(fēng)力的發(fā)電機。這臺風(fēng)力發(fā)電機組的功率只有12千瓦，但是它的葉輪直徑卻有17米長，葉片是由144個松木制作成，這還是一種阻力性風(fēng)機，然后風(fēng)吹到上就旋轉(zhuǎn)，然后產(chǎn)生電能。這臺風(fēng)機運行了20年?，F(xiàn)在大家都知道風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計壽命都是20年，其實這20年我認為不是科學(xué)計算出來，說20年最有經(jīng)濟性，可能真是由于當(dāng)時第一臺風(fēng)機運行了20年，所以從那以后我們設(shè)計風(fēng)機的時候，現(xiàn)在都假定設(shè)計壽命按20年設(shè)計，它疲勞壽命以二十年來。這個故事就像過去的鐵軌的尺寸為什么這么寬?是因為當(dāng)時火車是用馬來拉的，正好是兩個馬的屁股之間的寬度，就是鐵軌的寬度，所以我懷疑風(fēng)電的20年壽命可能也是因為這樣來的，所以這是最早世界上第一臺真正的風(fēng)力發(fā)電機組。
從公元前1000年人類發(fā)明風(fēng)車進行磨面、提水輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，到1888年我們才發(fā)明了現(xiàn)代意義上的風(fēng)力發(fā)電機組，用了3000年的時間。
為什么從磨面、農(nóng)業(yè)的提水到風(fēng)力發(fā)電機組，我們用了3000年的時間，這是什么原因?
這要回到剛才談到的《技術(shù)的本質(zhì)》里面布萊恩·阿瑟說的是：技術(shù)都是由原有技術(shù)基礎(chǔ)上組合產(chǎn)生的。沒有新的需求和新的技術(shù)加以組合，技術(shù)就無法進化。
我再舉個例子，你比如說我們的戰(zhàn)斗機要飛行，參與空戰(zhàn)并奪取制空權(quán)，但是戰(zhàn)斗機它由什么構(gòu)成?大家可以想想：有發(fā)動機，有傳控系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子系統(tǒng)，還有飛行員的生命支持等系統(tǒng)。每個系統(tǒng)中，比如發(fā)動機里面，它又有很多部件，它有供油的，有燃料的，然后有燃燒的，有噴氣的，有各種的渦輪的這樣的次級的部件，所以我們說，所有的技術(shù)都是在原有基礎(chǔ)上組合而成的。
我們說為什么過了3000年風(fēng)的利用才從提水磨面走到了發(fā)電?是因為我們要研發(fā)出風(fēng)力發(fā)電機組，除了利用風(fēng)的技術(shù)，我們已經(jīng)有了，我們靠葉輪可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的動力，在磨面、提水的時候就可以做到了，但是我們要研發(fā)出風(fēng)力發(fā)電機組，必須得有電力的技術(shù)，沒有電和發(fā)電的技術(shù)，我們也不可能組合出風(fēng)力發(fā)電機組。
那大家看看我們發(fā)明了電又是什么時候?直到1752年，富蘭克林放風(fēng)箏把電引下來，才發(fā)現(xiàn)了電是具有能量的。到了1866年，西門子發(fā)明了第一臺發(fā)電機，到1879年，愛迪生發(fā)明了電燈。另外，愛迪生跟特斯拉關(guān)于交直流打架的故事，大家可以去看看《光電帝國》這本書，還有電影。
到了1752年到1879年才發(fā)現(xiàn)了電，那電這項技術(shù)是怎樣發(fā)明的?也是因為人類發(fā)現(xiàn)了切割磁力線可以產(chǎn)生電這樣的現(xiàn)象，從摩擦生電的現(xiàn)象逐步發(fā)展出發(fā)電機，電燈等，構(gòu)建起我們整個電力系統(tǒng)。所以說這是為什么說到了1888年我們才有了風(fēng)力發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電機它也是在原有技術(shù)基礎(chǔ)上組合而成的，這也符合布萊恩·阿瑟的對技術(shù)定義——技術(shù)都是組合而成的觀點。
這臺風(fēng)力發(fā)電機組它組合了葉輪，風(fēng)電的葉輪它可以風(fēng)的情況下產(chǎn)生力;然后它組合了發(fā)電機，發(fā)電機又是利用了切割磁力線會產(chǎn)生電這樣的現(xiàn)象，葉輪是因為風(fēng)吹到葉輪上會產(chǎn)生力推動它旋轉(zhuǎn)這樣的現(xiàn)象。兩個現(xiàn)象然后發(fā)明了葉輪技術(shù)和發(fā)電機的技術(shù)組合到一塊，產(chǎn)生了風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)，所以說“原有技術(shù)組合產(chǎn)生了新的技術(shù)。”
到了1901年后，雖然我們在1888年就發(fā)明了風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)，出現(xiàn)了第一臺風(fēng)力發(fā)電機組，但是整個二十世紀(jì)前五六十年，基本上風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展還是非常緩慢，為什么呢?因為在這個時期，人類發(fā)現(xiàn)了石油，然后還有特斯拉的交流發(fā)電系統(tǒng)，可以集中供電，用煤和燃油發(fā)電可能功率更大，效率更高、經(jīng)濟性更好和更便宜，導(dǎo)致對風(fēng)力發(fā)電這種技術(shù)就沒有需求。
所以說需求是推動創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展的最主要推動力，因為技術(shù)是實現(xiàn)人類目的這種手段，風(fēng)力發(fā)電雖然能滿足人類對電力的需求，但是因為我們有石油，有煤炭這樣的發(fā)電技術(shù)，比風(fēng)電更經(jīng)濟，更可靠，更容易獲得，所以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)就沒有發(fā)展起來。
但是到了第二次世界大戰(zhàn)，1942年，丹麥發(fā)明了現(xiàn)代意義上叫“丹麥?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)”的風(fēng)力發(fā)電機組，就是一個塔筒，三個葉輪，然后驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，就是我這個圖上的第一臺現(xiàn)代風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)的雛形，從1942年這樣的結(jié)構(gòu)形式發(fā)明之后，就已經(jīng)演化成現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機的主流形式，即三個葉輪、高塔筒、水平軸，這個形式也是最經(jīng)濟、最有發(fā)展優(yōu)勢的。
1942年發(fā)明之后，它發(fā)展得還是比較緩慢，為什么沒發(fā)展起來?還是因為需求。
到了1973年，發(fā)生了第一次全球的能源危機，這時候為了擺脫能源危機，實現(xiàn)能源安全，美國能源部和NASA太空署合作，開始研究更先進的風(fēng)力發(fā)電機組，這時候他們把航空航天的技術(shù)又組合進來了。剛才也說了，技術(shù)任何技術(shù)都原有技術(shù)組合，這時候NASA把它的航空領(lǐng)域的氣動翼型的設(shè)計引入了風(fēng)電葉片的設(shè)計中?，F(xiàn)在，我們所有的葉片的供應(yīng)商都有擁有自研的氣動翼型的專利設(shè)計，因為氣動設(shè)計原來是阻力性，現(xiàn)在變成了升力性，因為它有翼型，它的效率就更高，同樣風(fēng)速下產(chǎn)生的能量就更大，風(fēng)電就可更經(jīng)濟。風(fēng)力發(fā)電機組在1981年取得了一個巨大的進步，就是因為我們把航空航天技術(shù)組合進來，利用了航空航天技術(shù)的翼型的優(yōu)勢和先進性。
到了上個世紀(jì)80年代，90年代到21世紀(jì)初，這個階段是什么?是IT技術(shù)的飛快的發(fā)展， CAD/CAE這種工程仿真、模擬分析的技術(shù)，這些技術(shù)原來也是用在航天航空領(lǐng)域，只有航空航天領(lǐng)域才用得起這種先進的技術(shù)。但是因為IT技術(shù)的進步，IT計算能力的提高，尤其是計算機成本的大幅的下降，使我們有了經(jīng)濟性，有能力把這種CAD/CAE技術(shù)也用在風(fēng)電行業(yè)，到后來開發(fā)了更先進的多體動力學(xué)分析的軟件，使我們的風(fēng)力發(fā)電機組現(xiàn)在設(shè)計到了一個數(shù)值仿真的階段，也就是說我們能通過這個理論的分析，使我們的翼型設(shè)計更準(zhǔn)確，使我們的設(shè)備的設(shè)計更精細化，而且使我們設(shè)計的風(fēng)電機組更高效，極大地降低了成本。
到了2000年左右，CFD這種流體分析技術(shù)也產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，各種商業(yè)化的CFD軟件也得到了普遍的應(yīng)用。這個軟件使我們在開發(fā)風(fēng)電場過程中，尤其是考慮到風(fēng)電場尾流的影響，而且不同的地形對風(fēng)力發(fā)電機組的微觀選址有很大的影響。有人講過在起伏的這種復(fù)雜地形的時候，風(fēng)電機組的微觀選址,就是機組放在什么位置，可能差100米它的發(fā)電小時數(shù)能差100~200小時，所以CFD的分析技術(shù)的在我們風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用，使我們在微觀選址方面也得到極大提高，使我們的風(fēng)電場的開發(fā)更有效，效率更好，發(fā)電量更高。
早在上世紀(jì)30年代，環(huán)氧樹脂和玻璃纖維開始大規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用，當(dāng)然，這些玻璃纖維和環(huán)氧樹脂首先也是在其他行業(yè)得到應(yīng)用的，這得益于化工技術(shù)不斷的發(fā)展。但直到1980年，第一批樹脂、玻璃纖維增強材料的葉片才開始生產(chǎn)，也就是說化工技術(shù)又開始組合進來，使現(xiàn)在我們?nèi)~片可以達到最長的107米。前兩天我們在陽江的國家海上風(fēng)電質(zhì)量檢驗檢測中心，剛對東方風(fēng)電的一支103米的葉片進行了實驗。如果沒有化工技術(shù)，沒有環(huán)氧樹脂，沒有玻璃纖維增強材料等技術(shù)的引入到風(fēng)電行業(yè)，我們不可能做出這么大的葉片，風(fēng)電的單機容量不可能增長，成本也不可能急劇的下降。
剛才我們講到了化工技術(shù)被組合到風(fēng)電行業(yè)，計算機IT技術(shù)它的仿真模擬被組合到風(fēng)電行業(yè)，然后航空航天領(lǐng)域的翼型和設(shè)計技術(shù)組合進來。實際，我們在精密制造領(lǐng)域，比如大型的軸承，支撐我們充電可以越做越大，還有電氣和工控設(shè)備，使我們的風(fēng)電越來越智能化，可以實現(xiàn)自動控制，摩擦學(xué)與潤滑技術(shù)在我們的風(fēng)電齒輪箱中得到廣泛的應(yīng)用，包括還有一些管理技術(shù)，如ISO9000、ISO14000這種質(zhì)量管理技術(shù)加入到我們風(fēng)電行業(yè)。
總之方方面面眾多技術(shù)組合成就了今日風(fēng)電的行業(yè)。
按這條路徑思考，未來我們風(fēng)電還有哪些方面發(fā)展呢?
最關(guān)鍵的是未來的風(fēng)電肯定是要大型化，是我們主力的方向。剛才我講了，現(xiàn)在國內(nèi)海上風(fēng)電10~11兆瓦的風(fēng)電機組已經(jīng)批量生產(chǎn)，13兆瓦的樣機已下線，明年將有16兆瓦，后年可能有18兆瓦，就是20兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機組還會下線。葉片肯定會在兩三年之內(nèi)可達到120米，這種大型化趨勢就需要我們更多的技術(shù)組合進來。
比如說葉片，我們希望就是說碳纖維的成本能大幅下降，我也知道現(xiàn)在很多的企業(yè)在進行大絲數(shù)低模量碳纖維的擴產(chǎn)，當(dāng)碳纖維成本降到100~80塊錢每公斤的時候，碳纖維就可以在葉片得到廣泛應(yīng)用，葉片就可以做得更長、更大、更輕。還有一些熱塑性材料，高分子材聚合物這些材料科學(xué)的進步融入到風(fēng)電行業(yè)，會使我們風(fēng)電的大型化產(chǎn)生天翻地覆的一個變化。
智能化技術(shù)，現(xiàn)在圖像識別、無人機、數(shù)字孿生等等技術(shù)的應(yīng)用，使我們風(fēng)電的運營進行了改頭換面，使我們能從故障性維修轉(zhuǎn)為狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)防性維修，使我們風(fēng)機更智能。
未來氫、制氨，氫能相關(guān)的制備、運輸和存儲，可以解決我們風(fēng)電的波動性問題，未來要實現(xiàn)100%的可再生能源，以可再生能源為主導(dǎo)的世界，波動性需要靠儲能技術(shù)，那氫可能是未來最主要的一個方式。
還有未來我們新型基礎(chǔ)數(shù)值模擬技術(shù)，比如現(xiàn)在我們中尺度模擬做得已經(jīng)很準(zhǔn)確了，但是微尺度，未來我們?nèi)~片越來越大，很多大型化之后，很多我們原來的動力學(xué)都發(fā)生了質(zhì)的改變，比如說葉片更柔了，它的氣彈問題需要更精細的模擬。微尺度的CFD模擬的技術(shù)，數(shù)字仿真技術(shù)，如果能取得突破，那會提高我們精細化的設(shè)計水平，使我們風(fēng)電產(chǎn)生更進一步的飛躍。
總之，風(fēng)電也是一種技術(shù)，它符合了布萊恩·阿瑟在他的《技術(shù)的本質(zhì)》一書里所描述的：它是對風(fēng)的現(xiàn)象的運用，組合了方方面面的技術(shù)，是其他行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，促進了風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。所以說，只要其他技術(shù)能再進步，風(fēng)電技術(shù)進步腳步就不會停止，風(fēng)電的前景應(yīng)該是無限的。
新的技術(shù)在未來與風(fēng)電進行組合，技術(shù)會自己創(chuàng)造自己!而且風(fēng)電行業(yè)自身努力之外，我們很多關(guān)鍵性性技術(shù)需要靠其他行業(yè)：化工行業(yè)、航空航天行業(yè)、計算機行業(yè)等理論去解決，尤其是基礎(chǔ)研究與創(chuàng)新，是行業(yè)技術(shù)進步的關(guān)鍵。
我開頭講了，我們整天在說創(chuàng)新，但是創(chuàng)新是什么?應(yīng)該更多的鼓勵那些基礎(chǔ)性的研究，不以商業(yè)化為目的的研究，去發(fā)現(xiàn)更多的現(xiàn)象，把現(xiàn)象總結(jié)成知識，總結(jié)成科學(xué)理論。最終，技術(shù)還是對現(xiàn)象應(yīng)用，對現(xiàn)象有目的的編程。
那我們怎么獲得先進的技術(shù)，就要去發(fā)現(xiàn)更多的現(xiàn)象，技術(shù)發(fā)展今天很多我們憑經(jīng)驗，憑這個直覺可以利用的現(xiàn)象已經(jīng)基本發(fā)現(xiàn)差不多了，但是很多現(xiàn)象是需要科學(xué)知識，需要科學(xué)工具去支持才能發(fā)現(xiàn)的，像量子、原子等技術(shù)，需要更深入的研究才能發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象，才能利用這些現(xiàn)象。
總之，市場的需求是推動技術(shù)的最根本的一個驅(qū)動力，因為我們現(xiàn)在要實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，實現(xiàn)應(yīng)對氣候變化，我們要解決能源的安全問題，有這樣的明確的市場需求，有各行各業(yè)的技術(shù)的進步，我們風(fēng)電的前途是無限光明的。謝謝大家。
來源：道達爾能源中國科學(xué)論壇
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