作者:陈欢欢 来源:中国科学报 发布时间:2020/8/9 9:50:27
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乘风破浪 加速海上风电技术革命
——记中科院工程热物理研究所研究员李庆安

 

2019年9月18日晚9点半,结束了一天的工作,中国科学院工程热物理研究所研究员李庆安走出研究所大楼,又转身拍下一张灯火辉煌的正门照片。这一天是他正式回国入职一周年纪念。

从2011年3月留学日本到2018年9月全职回国,李庆安从一名机械工程方向的硕士生成长为海上风电机组设计专家。

第一次同博士生导师、日本风能学会副会长前田太佳夫见面时,教授问他:毕业后有何打算?“回国!”李庆安毫不犹豫地回答。

博士毕业后,为进一步加强对风能高效利用关键技术地探索,加之导师极力挽留,李庆安选择继续在日本工作。2017年,他顺利回国加入工程热物理所徐建中院士团队。

“这里有最好的平台。”李庆安表示,工程热物理所的科研条件虽然同日本科研机构相比还存在一定的差距,但拥有国内最好的外场测试和风洞试验条件以及强大的科研团队。在研究所和团队的支持下,他将乘风破浪、继续前行。

结缘海上风电

2011年3月,正在内蒙古工业大学读研的李庆安经历了跌宕起伏的半个月。3月11日,日本福岛地震引发的核泄露事件震惊世界,此时的李庆安正准备踏上留学日本的旅程。

当时,他获得了本校和日本三重大学联合培养的名额,突发的核泄漏事件差点让此行作废。好在三重县位于日本中部名古屋附近,距离东北部的福岛县有500公里之遥。几经考虑,学校决定继续联合培养计划。

3月29日,李庆安顺利抵达日本。他回忆,除了超市里买不到饮用水之外,三重县一切正常,工作学习也不受影响。当时的他怎么也想不到,自己日后竟会同福岛产生紧密的联系。

日本国土面积有限,海上风电发展较早,科研水平较高。尤其是核电站事故之后,福岛成为日本海上风电发展的重镇。日本政府将可再生能源研究院由茨城县搬到了福岛县,风能研究科也随同一起搬迁。

2012年,李庆安留在三重大学继续读博,从机械工程方向转到流体力学方向,开始接触风电机组设计,并作为科研骨干参与了前田太佳夫主持的日本国家重点研发计划,参与制定了日本风电机组设计标准。这其中就有很多位于福岛的研究项目。

整个博士期间,在教授的严格要求下,李庆安只说日语、看日文文献、写日文论文,第二年就在导师推荐下在日本顶级学术会议——日本机械学会上做日文报告。那几年,他渐渐融入日本社会,在日常工作学习中几乎没有被当成过外国人。但在内心,他始终惦记着回国。

作为前田太佳夫第一位毕业的博士生,导师对他要求极为严格,李庆安的第一篇日文期刊论文写作颇为痛苦,一度暴瘦。毕业之后,他一发不可收拾,利用积累的大量数据,一年之内就在能源领域国际顶级期刊发表10篇英文论文。

工作之后,他主持了日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)国家重大课题;2018年入选日本学术振兴会(JSPS)人才计划,成为当年工学领域全球12位受资助人之一;后来拿到日本可再生能源研究院实验室主任职位的内定,但前提必须加入日本国籍,李庆安毫无犹豫地放弃了。

“我肯定是要回国的。”他说。

加速技术革命

一边是急于归国的学子,一边是求贤若渴的院士。李庆安的入职申请很快得到中国科学院院士徐建中的响应。

“没有技术革命,我国很难从风电大国变成风电强国。”一直是徐建中对我国风电发展的态度。

由于风电存在自然风随机性强,地域差异性明显的问题,简单引进并不能解决问题:外来的风电叶片往往由于跟当地风资源不匹配,效率低下、容易损坏,出现“水土不服”的现象。若不加快自主研发步伐,势必制约我国海上风能发展。

在这方面,李庆安掌握的模拟自然风特征指数试验装置技术,将弥补我国自然风自主调节关键技术的空白。

在海上风电方面,李庆安也有“绝活”。

数据显示,我国海岸线长18000多公里,可开发的海上风资源储量约是陆上储量的3倍。世界风能协会认为,中国风能发展潜力位居世界第一。

李庆安表示,海上风资源具有湍流度低和风速相对较高等优点,且资源丰富,但传统固定式风电机组成本随海水深度增加急剧上升,将风电机组安装在浮式平台可有效解决这一问题,风电场建设“由陆到海、由浅到深、由固定式到浮动式”是必然趋势。

1972年,美国麻省理工大学首次提出浮式风电机组的概念。近年来,欧洲、日本等浮式风电装备已出现示范样机或商业运营,而我国还停留在理论研究与模型试验阶段,针对复杂海洋环境下海上浮动式风电机组性能测试和控制策略缺乏有效的技术手段,因此严重制约了我国海上风电的发展。

而这正是李庆安的长项。回国后,他针对我国海上风能特点,立足多场耦合机制和智能控制策略的科学问题,参与了由工信部在2019年立项的国家第一个海上浮式风电项目“海上浮式风电装备研制”,自主研发了可以模拟我国海况的风电装备浮式基础六自由度运动平台,正致力于解决研发5兆瓦级浮式风电装备遇到的卡脖子关键技术。在多物理场耦合机制方面,在风洞模拟装备开发基础上,分析了在风-浪组合扰动下浮式风电装备动态性能评估和耦合机制影响规律;在控制策略方面,基于直升机叶片旋转理论,提出了使用于浮式风电的高效周期性变桨控制技术。截止发稿,李庆安回国不到两年时间,以第一或通讯作者在Applied Energy, IEEE Transactions on Sustainable Energy, Energy, Renewable Energy等能源领域主流期刊发表 SCI 论文8篇。

奶酪的提示

李庆安1985年出生于孔孟之乡山东潍坊,父母都是普通农民,父亲多年担任村支书。记忆中,父母对孩子们的教育不太过问,但是姐弟三人成绩都很优异。姐姐从山东齐鲁工业大学毕业,在济南安家;哥哥从江苏大学硕士毕业,留在了江苏;最小的弟弟李庆安则跑得最远。

生活中的李庆安爱好美食和旅游。在日本留学期间,每次在公用厨房做饭,都会吸引不少国外友人前来蹭饭,尤其是炖排骨,他自评“水平很高”。

运动的习惯李庆安则从大学坚持至今。在海军航空大学4年的军校生活对他影响很大,除周末外,当时他每天都要长跑15公里。回到北京工作后,他几乎每天都去奥林匹克森林公园跑5公里,周末“加餐”,跑个10公里。在日本留学工作期间,李庆安也坚持在健身房运动。

李庆安的指导教师都奉行严肃严格的日式教育方式,镰田泰成副教授对学生往往会不留情面的批评,学生被骂哭属于常态。2012年,为了做风洞试验,李庆安曾连续半年每天工作18个小时,凌晨四五点才睡,早上9点起床继续干活。这期间,由于强烈的文化差异,他一度与副教授产生误解,甚至想要放弃,后来在教授的调解和鼓励下最终坚持了下来,并通过后续取得的一系列科研成果赢得了教授的认可和尊重。

每当遇到挫折时,李庆安总会想起高中时读的一本书《谁动了我的奶酪》。

在这则寓言故事中,两只小老鼠和两小矮人的奶酪突然不见了。结果这4个“人物”做出了完全不同的反应:一只小老鼠立刻出发去寻找新的奶酪,第二只小老鼠顿了一下也开始寻找新奶酪,一个小矮人在抱怨之后接受现实去找奶酪,而另一个则始终怨天尤人、郁郁寡欢。

“这提示我们,遇事不要抱怨,而是不断适应新环境带来的挑战。”李庆安说。

 
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