内蒙古工业大学汪建文:IEA Wind TCP Task 27 课题研究报告

能见App 2021年10月20日 2999

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日下午召开的中小型风能设备行业发展研讨会上,内蒙古工业大学能源动力工程学院院长汪建文发表了《IEA Wind TCP Task 27 课题研究报告》的主题发言。

以下为发言全文:

汪建文:各位同仁,中国风电的发展非常的迅猛,借着3060双碳目标,这个热潮过后我们国家的风电有哪些,形成了哪些倒过来卡国外企业、全世界市场的技术出来,卡别人技术的东西搞出来,这才是中国强,否则我们永远受制于人。

我想给大家汇报六个方面,第一个国际能源署的项目研究内容和任务是什么呢,IEA就是国际能源署的缩写,它在能源实施协议当中有若干个课题。有TASK  IEA Wind TCP Task 27,简称TASK27分成两个阶段内容。第一个阶段内容就是小型风力机的销售与标识。第二个是强扰动下的风力机的微观选址和微观指南,也就是针对我们的小风机。有幸到内蒙古工业大学到我实验室看,这个项目是西班牙国家能源与环境研究所一个博士牵头,代理人是美国可再生资源重点实验室原来的一个负责人韩国Trudy来负责。参与项目的国家一开始也是20几个,到最后有奥地利、中国、丹麦、爱尔兰、日本、韩国、美国、等等还有观察员国家。还有一些地区和国家由于种种原因参加了以后中途就退掉了。    

中方参加单位的主要任务是什么?我们中国风能协会下的风能专委会,可再生资源学会下的专委会,内蒙古工大学山东大学,中国电科院,新能源研究所还有台湾中小型风力发电协会。我们国家开始介入是2002年,都志杰是受聘于风能专委会里面的高级顾问,全承参加,研究工作。当然他主要还是交流方面,因为英语好,也是美籍华人。我们作为一个27这样一个课题的单位,我任组长,也是从那里开始全程参加项目。参加的主要核心内容工作已经介绍了,两个风电机的标识,第二个做强扰动向,风电机微观选址。我曾经在两三年前在大会上做风电机的的微观选址的报告,我们努力做风电机的专用设备的效益提高,源源不如微观选址稍稍做一点得到的收益高,就像刚才鲁总说的风电机整个的标准不能光靠机组的设备,还要考虑维护、安装等等方面,系统进行考虑。所以我特别强调微观选址是非常重要的,大家稍微注意一下就能拿回很多钱。   

我们内蒙古工业大学在这个方面做了哪些研究工作呢?风轮的结构动态研究、应力应变的研究,建筑群,湍流,不同建筑群形式的湍流特征研究,微观选址包括软件的开发。软件开发是有一定的来历,曾经美国说我们马上要弄一个行业,发电机,小型风力机微观选址找一帮懂微观技术的人看一看花点钱请他们咨询一下,美国就这样做,然后得到的收益就远远很高。就跟我说汪教授,你做了这么多的工作,就这个课题组的人家跟我说你中国应用市场这么大,能不能做一个软件的开发。我手机上现在就有一个我的硕士生开发了一个软件,这样输进去一个典型的,我只要做过的软件输进去以后,就能安装到最佳位置和提点搞出来,APP就可以实现。另外还主要是最多的是数字模拟计算,CFD,同时也跟丹麦的DTU实验室,包括台湾的一些做过实验是计算数据的队还有大风机上采用到,理查德数和湍流强度在风力机微观选址当中的作用。    

山东工业大学一开始也介入到这里面它做了一些典刑的屋顶模型风特征,模拟研究。包括它的分离、环绕、附面层等等,电科院最主要是电科院新能源研究所给我们提供的一个张北集装箱,去那进行测试,集装箱我们同行说这有什么可测试的,当然是测风,测它的风情况,风资源状况,测风资源然后测它的流场跟数字模拟计算能不能对上,所以张北做这件事情,还有台湾跟台湾机构完成了垂直轴风力标准,这主要是我们刚才做的我们还有一些标准的同行。我们做的这里面研究的案例有这么七个方面像丹麦里索实验室搞了一个栅栏,他把实验数据有了给我们了,我们数字模拟跟他,这个得到同行的认可。你这个模型计算的不错,然后又跟美国的航天中心NASA,这个屋顶的案例又做了很好,这个大家一看,后来等等一系列案例做完了以后得到了大家的认可。    

第三个讲一下项目的具体研究内容。这个27有五个工作包,第一个工作包就是小型风电设备的测试机构协会,这个测试机构协会现在在美国,简成SWAT。它做的工作就是消费者消费的标签、部署,在六七年前我跟杨总说过,我们现在的发电机风电机卖出去的商标额定转速要到12米,我记得内蒙古高速公路请我当鉴定了,那时候是内蒙古大量的煤炭往秦皇岛运输的时候,堵一堵十几公里,所以下令在高速公路上全部装监测设备,结果我发现了机器,它的标定核定风速是多少?12米,300W,我后来一查我说这个地区的风速我告诉你,我说你这台机器只有23W,不可能哪有23W,300W怎么就23W,我说对,你现在风速才能多高,小风机发不出那么多电,得按照12米风速不可能达到,消费者,所以大量的路灯,高速公路上的监测摄像头看不到,因为缺电。做这项工作的任务主要由那么几方面促进小型风力发电设备的测试方法,第二个消费者的标签,还有一个把测试机构协会。   

第二个工作包,分析和模拟高度缓流的风资源。有这么几项任务,三维、二维风的数据等等包括他的测量,数字模拟。这里面刚才我说了山东大学一开始参加这个项目,垂直风力机在平坦建筑路上和典型的屋顶上数字模拟情况。   

第三个工作包,就是复杂地形风能、风力机的功率性能怎么样,这个我做的比较多,做了九个方面的工作。    

第四个工作包,在动荡地区小型风力发电机微观选址的推荐,那么这里面写了很多案例,我们刚才已经说了,我做的一些案例在这里面都有。工作包五,是通过开发垂直轴风力机的新的方法,计算方法,风力机研究的改进等等,这些工作为我们的国际标准委员会,IEC国际标准委员会去标准修订提供参考,这是做标准修订提供参考的我们这整个的十年,十年的工作就给他们提供了相当多的参考,就是写标准。   

TASK27每年召开两次面对面的会议,上半年一次下半年一次,和两次视频会议,也是上半年一次和下半年一次。参加这个工作相当于一年就要开四次会。中国风能协会刚才说了2012年加入的,都志解教授是全程参加,我是面对面的会议参加了19次,19人次不是次,19人次,那么全程参加了视频会议,涉及的人大概30多人次,20多个学生,这是我选择的一些照片,比如2012年,在爱尔兰,选择的一些照片,爱尔兰邓多克,2013年的韩国济州岛,还有中国也举办一次张北,在2014年的时候去的人很多,国内参加机构也很多,还有美国的可再生资源实验室,这个是在2015年,还有台湾,我们也搞过一次标准,那时候在那个地方。另外在2017年奥地利维也纳,还有最后的2019年,最后我也去了,最后2018年结题。   

这个参会的会议情况向大家简要介绍。IEA  Task 27课题主要成果是什么。这个工作历时十年,从2009年到2018年,主要三项成果。

第一项成果建立了小型风力发电机的IEA标识。这个标识主要是针对我们小型风力发电机的产能、扩张过快产品质量不一样,标准不齐全,我以前听到很多报告比如小风机出口到日本要认证,到英国还要取证,等等方方面面。所以我们这个给大家有一个统一的参考和认证的体系,这是我们。它的标识是什么?现在形成的共识性的东西有一个这个,大家请看一下。现在的小型风力发电机的标识首先制造商要写打上去,型号要打上去,这个咱们现在国内没有人这么做,年平均风速每秒5米时候的年发电量,这个标识标吗?现在全国是不是小风机都没标,还有噪声也是一个标识,风速每秒八米时的噪音水平,我今天介绍给大家大家就是希望在座的小风机制造和厂商是不是要考虑和注意这方面的事情,当然后面可能还有,发电机的等级,测试的单位,公布日期等等关于这方面的东西大家可以上网站去看。这是我说的标识。这个标识它配备了很多的相关的跟他一起有相关性的标注,比如耐久性测试,比如功率曲线,噪声的测试,我这儿给了几个国际标准,这些都是大家今后做小风机行业可能要做的事情。    

第二个成果就是大量的工作重头,就是微观选址,强湍流环境下的微观宣纸的实践指南,实践指南出了三个,分别三个报告都在这个地方,三个英文的报告,英文的报告我说一下比如还有第三个成果是什么,就是我觉得最大的贡献就是我们对IEC61400-2这样一个国际标准的修改建议,大家说我们不是标准委员会,我们是国际能源署的东西,那么给大家做什么?标准的修改建议,涉及到哪些范围?我跟大家说一下,推荐湍流强度参考值,取点等等。还有在风速小于等于每秒6.5米在这个低速状态下,湍流强度,湍流就取5米的时候就行,在高虽的时候我们取10米湍流强度也是今后的湍流强对可能跟高度有关系。不要说现在的湍流强度大家都分为三档,0.12、0.16,还有个0.18三档,今后可能因为不同的高度,因为湍流强度就是跟高度有关系,所以今后的推荐也是看风速,风速不同湍流强度自然要变化,还有垂直走风体机的简化模型给它搞的也建议还有现场测量怎么测。其实就是地面,太阳一出来以后空气是不是受热,地面受热,气流就要上升,上升这个时候它的湍流强度实际上是不一样的,就要发生大的变化,在这个情况下又怎么去做,这个实验我们是做过的,而且地面粗糙系数过去的经典经验公式发现误差特别大,给它怎么修正,更接近实际。我们做的实验结果跟日本学者跟其它国外的学者拿出来一样,既然一样大家开会说这个改,给它写建议,就做这些工作。    

第五个方面我讲一下收获和体会。发了19篇文章,EI期刊9篇,像《机械工程学报》《工程热物物理学报》等等。国外核心期刊《Applied Energy》《Renewable  Energy》还有科学报告这个英文是《Wind Energy》等等这些比较重要的杂志也是国外的比较重要杂志发表了一共多少?四篇,还有一些虽然不是中国核心期刊也是受中国重小型风电设备还有风能杂志和行业杂志主动约稿让我介绍这方面的研究成果。

刚才研究成果,报告还没出来,七百多页,但最主要的还是看这个,这是第一个报告EI国际能源署的推荐,也叫指南,推荐实践,这是微型风力发电机,微观选址小型风力发电机,微观选址的安装指南,还有一些高湍流强度下的一些指南,安装建议,还有一个实践,还有一些相关的报告。比如因为做了大量的实验,主要是跟工作数字模拟计算,数字模拟计算大家知道无非是假定的条件,更加结合和贴近实际,也就风抛面,物抛面,风的抛面计算更贴近实际,计算湍流的这些区域,模型建立更好,速度激素更快,像究竟高出建筑物多少倍,我一提出大家没有反对,一下很快进入指南,甚至指南出现了一些问题在讨论过程当中,我说外语不好,外语要好的话可能我的成果写到这里面的东西可能会更多,幸亏还好,我们有都志杰教授不停的往里改,讨论,加东西。    

最后这是TASK27执行专家,我刚才说这个Trudy女士她对我们评价非常高,我们在座有位博士当时在韩国济州岛汇报这些成果,她说这是我目前为止看到的最好的,而且最后写入我们行业协会里面的最优秀的成果之一。这个我们的组长TASK27整个项目执行组,他也是IEC组织会里面的成员,他说我们在这方面的工作给整个项目完成带来了重要的贡献。那么整个在过程当中我这儿毕业的博士生是两个,毕业的硕士生5人,像其中的王强获得了2018年自治区优秀硕士论文,还有学生发了专利,蔺晓甜这就刚才我说,我手机里面,如果下来点进去,可以随便看一下,意思今后我们要走这方面是不是会兴起这个行业就是说懂得的人,搞一些风机的评估相当于,到现场看一看安装,哪个地方更好,我个人认为可能前后左右,重新改限地址带来的收益要比你风电设备带来的收益要高的多,我想说一下这个。我们还有一个博士生他就专门做微观选址建筑物群,在2017年获得了行业里面的绿色风能优秀博士论文。还有去年我获得了在行业里面中国可再生资源学会有一个三等奖,这个三等奖里面也有部分成果在里面。   

最后想说走到哪好多人们都问我,国际项目你应该有钱了,其实国际项目是自掏腰包,真的没钱,其实国际项目是自掏腰包,真的没钱,经常为出国审批手续办不下来而烦恼,为什么?人家会议通知一方,国外一般就是一个月最多两个月,我们两个月能出国手续批不下来,反正我的三四个月差不多能批出来,尽管我是一个尽管是从院长岗位下来,要院长不在更难,正在位更难,拿着我拿了很多荣誉证书一看,赶紧批,实际上等批下来人家那边早就开会。    

重量级的成果就是写指南,标准修改意见,高校论文。想写标准不是一个人,是好多人组成的,想写刚才说的标准是后面有多少人他们在收集国际上的顶尖任务研究的成果才一点一点的往里加,就我们写的成果大家想一想十年才搞这么一个东西,你想想。所以人家做事是精打细雕,我们是表面上就是看着赚钱,那么做完这个事情我个人认为我能坚持下来,就是没有看眼前的利益,耐得住寂寞,才能够研究水平跟国际上进行接轨,大家想一想的研究水平就像一个小学生,如果那些大家全是博士水平,大教授水平,开会都没有共同语言,人家讨论的问题你都插不上嘴,他那个你想那多少页,几千文件。感觉到了培养了一批人就是做了最大的一件事情,最值得称赞的就是刚才我说的培养一个人,为工业大学我们博士点今年变成了一流,一级博士点,我们原来是2003年动力工程,动力极点工程那是二级博士点,18年养一个孩子,为什么上不来?种种原因。我为这个一级博士点拍着胸脯就说为他做了支撑,国际项目,有钱吗?没钱,明说就是没钱,还有两个一流本科专业,我们工业大学一共有国家一流专业建设点14个,我这儿就拿下了两个,一个叫能源与动力工程,一个叫新能源。最重要我觉得参与这些国际上的标准修改建议指南推荐这些大的技术文件,为我们国家征得了话语权,征得了荣誉,我个人认为是问心无愧的,好了,谢谢大家。

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)