助力風能，未來能源新方向

鄭緒平

說到人類對風能的應用，印象最深刻的要數(shù)各種童話故事中的風車了，風車通過風能帶動磨盤進行磨面。以前人類應用風能是因為沒有其他能源能作為動力，而如今人們應用風能則是由于能源的缺乏。風能與動力工程專業(yè)的學生就是學習如何利用風能發(fā)電來解決能源危機的學問。

人類利用風力發(fā)電的歷史不長，卻經(jīng)歷了幾起幾落。1887年到1930年，小容量的風電機組誕生，并在技術上基本成熟，得到了一定的推廣和應用，這是風力發(fā)電的起步階段。第一臺風電機組由格拉斯哥大學安德森學院的教授James Blyth于1887年建于蘇格蘭。這臺風力發(fā)電機有10米高，由帆布制作，Blyth將它安裝在自己位于蘇格蘭的獨家莊園，并配置了一套蓄電池組，這是世界上第一座由風電機組供電的房屋。1891年，丹麥教授Paul la Cour在阿斯科夫市建造了一個風力發(fā)電試驗站。由于傳統(tǒng)的風電機組轉速較低，并不能充分利用風能，為了更好地利用風能，Paul教授進行空氣動力學實驗，研究出了葉片數(shù)和風能利用系數(shù)之間的關系，這是空氣動力學第一次應用到風力發(fā)電。在Paul教授的推動下，風力發(fā)電在丹麥得到大量的應用。20世紀30年代，為降低風力發(fā)電的成本，歐美國家開始研制較復雜的大中型風電機組。1941年，世界上第一臺兆瓦級風電機組在美國佛蒙特州的卡斯爾頓市并網(wǎng)發(fā)電。這臺發(fā)電機采用兩葉片結構，直接交流并網(wǎng)，其設計容量1.25MW，高53米，可以在47.9m/s以下的風速運行。從這時候起，風力發(fā)電技術有了較大的進步，但相對于廉價的化石能源，風電的價格存在較大劣勢，發(fā)展緩慢。

20世紀70年代，受石油危機的影響，能源價格大幅度上漲。風能的開發(fā)又重新得到各國政府的重視。風電機組進入商業(yè)化的時代。1980年，丹麥制造商開始設計自己的風電機組。丹麥的Nordtank公司在1980年開發(fā)的55kw風電機組使風力發(fā)電的成本下降了50%。美國、德國、西班牙、荷蘭、中國也開始了自己的風電機組設計。到了21世紀，風電進入了迅猛發(fā)展的階段。

在這樣的一個歷史機遇前，風能與動力工程專業(yè)應運而生。該專業(yè)屬于工學專業(yè)，是電氣、機械、自動化等專業(yè)的融合體。2006年華北電力大學率先在全國首次設立了風能與動力工程專業(yè)，被譽為中國風電的“黃埔軍?！?。此外開設這個專業(yè)的還有河海大學、長沙理工大學、蘭州理工大學、內(nèi)蒙古工業(yè)大學、河北工業(yè)大學、北京科技大學等高校。除設置風能與動力工程專業(yè)外，其他高校還以多種形式參與到風電技術的研究中。2006年，北京交通大學成立“國家風能工程技術研究中心北京檢測站”“北京交通大學新能源研究所”。該檢測站是我國設立的首個風力發(fā)電工程技術檢測站。清華大學核能與新能源研究所、沈陽工業(yè)大學風能技術研究所等多所高校的風電科研機構也承擔了多項重大課題。

風能發(fā)電是一個復雜龐大的體系。風能發(fā)電首先通過風力發(fā)電機將風能轉化成電能。風電機組一般都架設在70-80米高處，必須等有塔架支撐風力發(fā)電機，而且風電機組必須時刻迎風。這就要求我們學習機械制圖、理論力學、材料力學、結構力學、氣象學、工程材料、機械設計、空氣動力學、風力機等機械動力類課程。這些力學課程將是我們工作后設計風力發(fā)電機的基石。其次，為了使風能轉化成電能。我們又要學習電路、電子技術基礎、電力電子技術、電機學等電學課程。為了讓產(chǎn)生出的電能順利輸送到用電單位，我們還得學習電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動化、風電場并網(wǎng)等課程。此外，由于風的不穩(wěn)定性會造成電壓的不穩(wěn)定。為了能獲得穩(wěn)定的電壓，我們必須人為地控制風車，使其在風力發(fā)電過程中勻速轉動。而這部分問題的解決方案就藏在自動控制、單片機原理、plc編程等課程中。最后我們還有風電場建模與仿真，風電場規(guī)劃與設計，風電場施工與管理等專業(yè)選修課。學習完這些課程，我們才可以真正出師了。

風能與動力工程專業(yè)的學生可在發(fā)電公司、設計院、風力發(fā)電設備制造企業(yè)、風電場等單位從事風電場的技術研發(fā)、工程設計與規(guī)劃、施工、運行與維護等工作，也可在高等院校和政府部門從事風力發(fā)電項目研發(fā)、新能源科學教育與研究、新能源技術與管理等相關工作。我的學長學姐們有進入粵電集團、龍源電力等發(fā)電公司的，也有進入上海電氣等風機制造企業(yè)的。在風機設備制造行業(yè)領先的企業(yè)有新疆金風科技有限公司、華銳科技股份有限公司、國電聯(lián)合動力等。發(fā)電公司有國電集團、華電集團、國華神華、粵電集團等。薪資待遇5萬至8萬年薪不等。在研究生階段，該專業(yè)的學生可在可再生能源、電力系統(tǒng)及其自動化、自動化、熱能與動力工程、流體機械等學科繼續(xù)深造。風能與動力工程專業(yè)是一個朝陽行業(yè)，值得同學們報考。

在環(huán)保意識越來越重要的21世紀，作為風能學子，貢獻自己的力量給清潔能源，貢獻自己的智慧給未來。