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施鹏飞:播种风电 40 年

   2024-10-31 金风科技微平台5050
核心提示:在很多人眼中,施鹏飞是一个活的中国风电“数据库”

本文节选自中国传媒大学科研课题、“‘十四五’时期绿色能源行业先进人物事迹传播策略研究”成果(HW23137)——《“中国新能源绿色发展”系列·御风者》。本文受访人为原中国风能技术开发中心对外联络部主任、水电水利规划设计总院副总工程师施鹏飞。

20世纪80年代和90年代的“风电初体验”,是施鹏飞等第一批风电人在泥水中摸爬滚打出来的。他们用自己的脚,踏遍了国土范围内所有适宜开发风电的地方,把风电这颗舶来的种子,精心播撒到中国的版图上,种出一片片迎风旋转的“白色森林”。每一株的长势和水土情况,施鹏飞都曾了然于心。经过20世纪80年代的顺势起步、90年代的曲折蓄力,中国风电在21世纪步入快速发展期。施鹏飞也因此成了一部活的中国风电发展史。

▲1995年施鹏飞参加电力工业部主办的北京国际风能大会,在风电场模型展台旁(供图:施鹏飞)

施鹏飞是最早一批走出国门、亲眼看到风力发电的中国人之一。

那是1981年,中国实施改革开放政策的第三年,一边是实行多年的计划经济,一边是市场、技术和资本的严重匮乏。整个国家像一道门刚刚被推开一条窄缝,一个少年扒着门缝向外张望,他对门外的世界充满好奇,全身上下的热情和能量都急切地想要释放,但终归还是筋骨孱弱,还是怯生生的,多少有些手足无措。

也正是很多在战备经济中培育和保留的人才火种,在中年之时再次出发,成为推动技术引进和融合的播种者。

施鹏飞就是其中之一。出发去荷兰留学的时候,他41岁。两年后,他回到中国,亲自参与了几乎所有中国早期风电项目。经过20世纪80年代的顺势起步、90年代的曲折蓄力,中国风电在21世纪步入快速发展期。施鹏飞也因此成了一部活的中国风电发展史。

“看螃蟹的人”

1981年,施鹏飞来到荷兰。他差点儿在超市里把宠物食品买回去吃——不管是超市还是宠物食品,都是他平生第一次见到。

当时他41岁,中年漂洋过海,开始参与此前闻所未闻的项目——300千瓦风电机组性能测试。作为产业形态的风电,别说施鹏飞从没见过、中国国内没有,就算是在西方工业化国家,也是刚出现不久。

世界上第一台真正意义的风力发电机出现于1891年的丹麦。经过近一个世纪,在20世纪70年代末至80年代初风电行业逐渐具备产业雏形,在美国加利福尼亚兴起,之后在欧洲国家得到迅速发展。特别是以三叶片、上风向、定桨距失速调节型风轮和异步发电机为特征的“丹麦概念”风电机组设计,因其可靠性高,推动了风电大规模发展。

当时,国内风能利用的主要方式是风力提水,比如在内蒙古,利用风力通过活塞泵抽水,提供人畜需要的饮用水;或者在东南沿海地区,利用风力通过螺旋泵提水,用于灌溉或者排涝,还有在盐田提取海水制盐。至于将风能直接用于发电,国内刚开始研制的微型风电机组,主要是为蓄电池充电后,在电网未覆盖地区的居民作为照明电源。然而,大电网中用风电是超出想象的事情。所以,施鹏飞在留学时所能展望的最符合国内实际的应用场景,是离网型风力发电。

就这样,他在不知不觉中首先成了一个“看螃蟹的人”。

25岁那年,施鹏飞从北京机械学院毕业。40岁之前,他先后在青海第一机床厂和西宁高原机电研究所做技术工作。按照当时培养技术人员的路线,他先在车间当工人,充分熟悉一线操作,然后在技术科做技术员。和很多同时代的工程专家一样,他是从实践一线历练出来的。

那时,中国正计划修建青藏铁路,但盐湖地区盐雾腐蚀的问题解决不了,高原冻土带的路基问题解决不了,让这个目标在20世纪50年代和70年代两次搁浅。施鹏飞被调入的西宁高原机电研究所,主要工作就是青藏铁路建设中机械方面的技术攻坚。比如,高海拔地区空气稀薄,内燃机功率会随之下降,如何避免其影响柴油发动机的稳定运行?对于刚刚开始转型的中国工程领域来说,几乎遍地都是拦路虎。

施鹏飞在西宁高原机电研究所的职务是科技情报室主任,接触的大部分资料是英文的。在此前几十年,中国工程技术人员的主要外语语种是俄语,英语人才寥寥无几。

1978年6月23日,邓小平同志作出了关于扩大派遣留学生的重要指示:“我赞成留学生的数量增大,主要搞自然科学”“要成千成万地派,不是只派十个八个”“这是五年内快见成效、提高我国科教水平的重要方法之一”。

1980年,青海省得到1个教育部公派去荷兰进修风能利用的名额,最早挑选出的一位空气动力学专业的技术员,却因为只懂俄语被退了回来。而毕业于北京四中的施鹏飞,恰恰因为在中学时没有选择俄语,选了英语,所以机会落到了他头上,虽然他的专业是机床设计,而且当时已年过四十。

在荷兰能源研究中心,施鹏飞参与了300千瓦风电机组性能测试和10千瓦风电机组概念设计,后来在英国做了风力与柴油发电互补系统的计算机模拟,适用场景是离网情况下的风力发电和柴油发电互补。对他来说,不光风电是全新的领域,计算机编程也是边做边学。

就这样,施鹏飞成了最早一批见过大型风力发电机组的中国人之一。

留学两年后,施鹏飞回到西宁高原机电研究所。此时,全国上下还没有一个大型风力发电项目,施鹏飞首先做的,就是将从国外带回的英文版《风力发电的理论与设计》一书翻译成中文,由机械工业出版社出版发行,为国内引进先进的风电理念。

当然,一切都在悄然变化。

▲施鹏飞(右一)1981年在荷兰能源研究中心参加300千瓦风电试验机组测试(供图:施鹏飞)

“哪儿风大就戳一根杆子发电”

当施鹏飞在英国做风力与柴油发电互补系统的计算机模拟,构想着利用风能辅助海岛的柴油发电机时,中国太阳能学会(现为中国可再生能源学会)风能专业委员会在钱学森的关怀下于1981年成立。

时任风能专业委员会主任的贺德馨先后接到钱老写来的18封信。老一辈科学家殷切地提醒着世界风能利用方向的趋势。然而,当时要想找到风电专业人才,真如大海捞针。贺德馨辗转找到施鹏飞,将其借调到国家科学技术委员会(以下简称“国家科委”)于1984年新成立的中国风能技术开发中心(以下简称“风能中心”),从此开始从事风力发电方面的工作。这时,施鹏飞已经45岁。

他见证并亲自参与了中国的风电“初体验”。“在全国各处跑,协调组织研制小型风电样机和试验,进行科研示范、推广,搞国际合作,引进大型风电机组”,这就是国家科委交给风能中心的工作。

1986年4月,由航空工业部和山东省计委拨款建设的我国第一个风电场在山东荣成并网发电。该风电场选用了当时比较成熟的商品机型——3台丹麦维斯塔斯(Vestas)公司生产的55千瓦定桨距失速调节型机组,第一年运行发电33万千瓦时,利用小时数为2000小时。

1986年10月,国家科委和福建省科委利用比利时政府赠款在福建平潭岛建成另一个示范风电场,共4台比利时温德马斯特(Windmaster)公司生产的200千瓦变桨距型机组。

这两个项目,施鹏飞都曾亲自参与。

时任电力工业部副部长汪恕诚,在1995年撰写的一篇文章中,概括了这一阶段的风电实践——“买一台风力发电机,哪儿风大就戳一根杆子发电”。

其实,“风大”的地方,不管是海岛还是草原,大多是人迹罕至之地。“相比于北方草原,南方地形更复杂,其中最艰苦的要数广东的南澳岛。南澳的山相对来讲比较高,运输有的时候只能靠人拉肩扛。”

施鹏飞他们在广东上川岛考察时,请当地老乡做向导,拿着砍刀把半人高的草砍掉,才能砍出一条上山的小路。等到下山的时候,连向导都找不着路了。因为有了南澳岛上的经验,施鹏飞便动员大家赶快找有水沟的地方——有水沟就肯定有水流下去。等一行人沿着水沟下到山脚时,所有人的裤子都湿了,只能去小镇商店买裤子。

施鹏飞说:“当时的条件在今天可能都想象不出来。”

在零工程经验、零运维经验的情况下,“哪儿风大就戳一根杆子发电”并不是一件轻而易举的事。施鹏飞他们踏遍了全国所有“风大”的地方,有条件“播种”的地方,就先播下一颗。晚年他笑称:“搞风电的身体不好还真不行。”

实际上,当时很多人怀疑风电能否作为电网里面的一个电源,电力部门中也有人认为风电是“垃圾电”。风电到底能不能靠得住?只能让事实来说话,让一个一个风电场的数据来说话。

在山东崆峒岛和福建平潭岛这两个示范工程项目的带动下,风电场建设逐渐开始在全国开花,1989年起全国各地开始引进风电机组,新疆达坂城、辽宁横山、内蒙古朱日和、广东南澳等,都在那时播下了风电场的种子。装机容量逐年增长,1990年累计装机4000千瓦,最大的机组单机容量为200千瓦;1993年累计装机1.45万千瓦,单机容量最大为500千瓦。

福建平潭岛项目建设时,岛上所有物资都需要用船运输而来,安装风电机组、建设风电场的设备也严重匮乏。在即将吊装风电机组的时候,工程人员遇到了最大的难题——找不到符合比利时专家要求的大吊车。吊装不了,一切都是零。项目建设总指挥、福建省当时的科委主任,想到让当地安装队用中国的土办法“扒杆”吊装风电机组。但比利时专家对此半信半疑,他们在欧洲只见过大吊车吊装,如果“扒杆”失败了,花了大价钱、漂洋过海运过来的机组受损,责任由谁来承担?

关键时刻,施鹏飞作为技术顾问,因为研究过这种土办法的可行性和安全性,站出来坦然地说:“我们中方来承担责任。”

所谓“扒杆”,就是在风电机组旁边立一个比机舱高的杆子,即起重吊杆。顶端除了悬挂支撑吊钩及钢缆的滑轮外,还固定了多条钢索的上端,其下端分别与周围多个方向的小绞盘车连接,由多位绞盘车工人操作钢索的松弛或拉紧。在吊装的时候,安装队的工长爬到“扒杆”上边,靠视觉和经验来判断,然后喊话指挥工人。“他喊哪边松,哪边就松,他喊哪边紧,哪边就紧,各位绞盘车工人按照指令操控吊钩的准确方位,最后把机舱和叶片依次完好无损地吊了起来,安装到位。整个过程把外国人都看愣了,这就是我们的土办法,虽然工期较长,但也能解决大问题。”施鹏飞回忆道。

后来的事实证明,脚踏实地的每一步都不白走。令国外合作者折服的,从来都是赤诚的专业人员和民间智慧的“双剑合璧”。

山东烟台崆峒岛项目由中国和英国合作开发,英国政府提供一套风力发电和柴油发电互补系统。施鹏飞与英国海外开发署专家哈里森在烟台考察时发现,那里的盐田还在用非常传统的风帆水车提取海水,该地风能利用的悠久历史给哈里森留下了深刻印象,最终顺利敲定烟台崆峒岛成为合作项目所在地。

“当时崆峒岛上供电时间非常有限,白天岛上居民用不上电,只有晚上天黑才开始供电,而且供电时间不能超过十一点。”施鹏飞回忆道。由于岛上原来只有柴油发电机供电,燃油供应有限而且成本很高,项目希望通过引进风力发电系统,增加岛上居民的用电时间。项目完工后,岛上的几间浴室利用控制风电机组风轮转速的释能电阻作为加热器提供热水,甚至将原本要散发到空气中的能量也利用起来。项目既供电又供热,岛上的能源条件得到显著改善。在没有电网的情况下,真正发挥出了混合动力发电系统的优势。

这十年的“风电初体验”,是第一批风电人在泥水中摸爬滚打出来的。他们用自己的脚,踏过了国土范围内所有适宜开发风电的地方。风电这颗舶来的种子,被精心播撒到中国的版图上,长成一片片迎风旋转的“白色森林”。每一株的长势和水土情况,施鹏飞他们都了然于心。从零开始,星星点点的经验一点点聚沙成塔。

▲用“扒杆”吊装大型风电设备(供图:施鹏飞)

从“游击队”到“正规军”

“如果说20世纪80年代是中国风电行业从无到有的萌芽年代,那么90年代就是摸索前进的扩张年代。”施鹏飞说。20世纪90年代初,时任中国能源部部长黄毅诚提出,中国风电应该要像火电、水电一样变成主要的电源。风电开始逐渐受到重视。

老一辈科学家再次展现了他们的历史责任感。1990年9月10日,钱学森在给贺德馨的信中,总结了自己的观点:“风力发电今后不能停留在小打小闹,要大干,从你们自己提高认识开步!”最后,钱老特别加了一句:“面向21世纪的社会主义中国!”潜台词不言而喻——推动风力发电,是事关中国21世纪前途命运的大事。这一阶段,施鹏飞的角色是水电水利规划设计总院(以下简称“水电总院”)第一任主管风电规划的新能源处处长。正因为风电和水电都是可再生能源发电,所以水电总院也是中国风电步入正轨之后的第一个主管单位。

1995年,时任电力工业部副部长汪恕诚在《水力发电》月刊撰文《中国风电发展的战略思考》,提出:“对于风力发电,重点要解决三个认识问题。一是认为风电形不成规模,二是认为风电成本太高,三是认为风电电量不稳定。”

最重要的制度探索,起步于20世纪90年代这一时期。

1993年,电力工业部也有了正式的风力发电规划,并于1994年出台了关于风电并网的规定,核心内容是:电网管理部门应允许风电场就近上网,并收购全部上网电量。风电场上网电价按发电成本加还本付息、合理利润的原则确定,并兼顾用户承受能力,增值税在价外计征。高于电网平均电价部分,其价差采取均摊方式,由全网共同负担。这个规定体现的理念是:风电具有社会效益,其投入由社会分担。在当时的情况下既具有可行性,又有利于培育风电市场,更多的投资主体开始有动力进行风电开发建设。

1996年4月1日,《中华人民共和国电力法》施行,其中两次提到国家鼓励和支持新能源发电。

20世纪90年代后半期,国家计划委员会(以下简称“国家计委”)提出“乘风计划”,科学技术部(以下简称“科技部”)也将大型风电机组国产化科研列入“九五”攻关计划。

风电在这一时期逐渐从“游击队”变成“正规军”。

事后来看,步入20世纪90年代,全球风电装机容量以年平均20%的速度增加;到2000年,全球风电装机容量达1845万千瓦,其中欧洲占比74%。中国暂时落后,但中国能源主管部门领导对风力发电的远见,使得风电行业在20世纪90年代抓住了快速发展的历史机遇。中国风电完成了从量变到质变的跃升。

这些积累,在进入21世纪之后的发力中,才被日渐清晰地看到。

在这10年的默默耕耘中,施鹏飞从不惑之年走向了花甲之年。2000年以前并网发电的所有风电场,都留下了他的足迹。

黄金时代

1999年,施鹏飞又一次来到新疆达坂城风电场,见证了一个中国风电的高光时刻。在“一致同意通过鉴定验收”的意见后面,他郑重签下了自己的名字。

这次鉴定,是针对采用引进技术在中国自主完成制造、组装的9台600千瓦风机机组。鉴定专家组认为“整机性能和引进的风电机组相当”。这个鉴定,值得签字的手为之微微颤抖。

在20世纪90年代十年积累的基础上,纳入科研课题的风电机组国产化率分别达到33%、54%、78%和96%,开创了加快国产化的新征程。

2000年,施鹏飞年满60岁,从水电总院副总工程师的岗位上退休,被返聘为专家委员会委员,旋即转入风电行业的标准编制、文献编纂、技术交流、数据规范化等工作。施鹏飞主持编制的我国第一个《风电场风能资源评估方法》国家标准,于2002年12月开始施行。

2000年之后,在风电特许权招标政策的促进下,伴随着整个国家工业基础的快速提升,中国风电装备以及风电场开发建设成本进一步显著下降。

2006年,施鹏飞赴古巴考察,意外地受邀与古巴最高领导人菲德尔·卡斯特罗会面谈话。

卡斯特罗自称“节电专家”,把交谈的大会议桌变成了全球节电用电器的展台,工作人员像变魔术一样忙不迭地轮番抱出老式电扇、新式电炉、“热得快”(保温壶电热水器)、电水壶、电烤箱、微波炉等进口家用电器,卡斯特罗对每种电器的特点和节能潜力如数家珍,后来索性带施鹏飞去参观他的特别陈列室。这个陈列室让施鹏飞惊呆了。后来他回忆说:“眼前的景象如同到了北京国美、大中等家电巨头的大商场,小到节能灯、烤面包机,大到电冰箱,每个品种都有十几台样品,内容太丰富了,留下的过道也显得狭窄。仔细观察发现,这里没有品牌广告和价格标签,每件样品上都有一张检测表格,注明电器名称、容量、生产国、品牌和耗电的瓦数,欧洲,日本、韩国和中国的产品都有。”

在中国产品“小天鹅”和“海尔”电冰箱前,卡斯特罗很高兴地指着一台冰箱的检测表格说:“这个耗电只有29瓦。”这让施鹏飞和同行的中国人感到很亲切。

他明显感受到,卡斯特罗邀请他来探讨和表达的,正是发展中国家推动后发工业化的能源困扰,这又何尝不是中国面临的挑战呢?当时的中国,正走到工业化中期,与之伴随的城市化也在疾风突进,工业和人口密集的区域常常缺电,每年的火电装机容量都以两位数的速度递增,工业体系像快速成长的猛虎,嗷嗷待哺。节能管理和新能源市场的一系列机制、管理政策都起步于那个时代。

▲施鹏飞在中国地图上向菲德尔·卡斯特罗主席介绍新疆达坂城风电场以及金风公司情况(供图:施鹏飞)

2006年,《中华人民共和国可再生能源法》(以下简称“可再生能源法”)开始施行。这部法律明确规定了对风电设备国产化水平的要求。国家发展和改革委员会(以下简称“国家发改委”)与国家电力监管委员会在此基础上配套发布了12项细则,还实施了国债风电项目,落实了对国产机组的贴息补助。

中国风电迎来起飞时刻。中国制造的机组设备迎来市场的春天。

2009年9月21日,国务院召开“新兴战略性产业发展座谈会”。国家能源局推荐施鹏飞前往中南海国务院会议室,就风电健康快速发展向国务院领导同志建言献策。

他随着中国风电一起,步入了黄金时代。

在很多人眼中,施鹏飞是一个活的中国风电“数据库”。

专事研究风力发电的咨询公司BTM,创始人曾经是丹麦政府风电考察团成员,1985年施鹏飞曾陪同他去西藏那曲踏勘,两人由此结缘。每当需要统计中国的数据时,这位创始人就找到施鹏飞。“施先生说是多少,那中国风电应该就有多少。”之所以留下这样的印象,是因为施鹏飞的数据不是从数据表中引下来的,而是从一个一个风电场中跑出来的。

截至2023年底,中国风电累计装机容量已经超过4亿千瓦(占全国电力总装机容量的1/7),近20万台风电机组在全国各地迎风招展。他不可能再像以前那样每一台都去过、每一台都了解了。

虽然施鹏飞40岁时才启航,但几十年来见证和亲历中国风电走进丰收的金秋,一切都正当其时。年逾八十的施鹏飞现在仍在工作。他担任中国可再生能源学会风能专业委员会刊物《风能》杂志总编辑,《风能》刊行的所有内容,都会经过他的审读。他每年撰写风电发展报告,不要助理帮忙,亲自收集数据、整理资料,有时一天坐在电脑前伏案工作六七个小时。夕阳西下,他就走出家门,和老伴到公园散步,汇入北京的暮色和烟火中。

像40年来的每一天一样,静水深流,百川归海,海阔天空。

 
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